摘 要： 針對電梯控制系統(tǒng)對分布式、實時性和模塊化的特點要求，設計了以AT91RM9200微處理器為核心、以MCP2510為CAN控制器的CAN通信節(jié)點，從硬件和軟件兩方面詳細敘述了如何進行CAN網絡節(jié)點的設計，并將其成功應用在電梯控制系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)實時響應和抗干擾能力。
關鍵詞： CAN總線； CAN控制器； 智能節(jié)點； 電梯控制系統(tǒng)； MCP2510

　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）是一種非常典型的實現(xiàn)分布式網絡控制的總線結構。它將工業(yè)控制現(xiàn)場大量的傳感器、電子控制單元和執(zhí)行機構等裝置互連，實現(xiàn)高準確性、快實時性的控制。CAN（Controller Area Network）總線屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的多主串行總線，能將掛接在其上作為網絡節(jié)點的智能設備連接成網絡系統(tǒng)，并進一步構成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)控制的目的。CAN 總線通信具有速度快 （最高可達1 Mb/s）、傳輸距離長（最遠可達10 km）和干擾小等特點，被認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一，被廣泛應用于交通工具、智能樓宇、醫(yī)療儀器和工業(yè)現(xiàn)場控制等領域中[1]。
　CAN總線網絡的拓撲結構是多個智能裝置節(jié)點分別連接在總線上構成局域網，進行信息傳遞用以實現(xiàn)實時控制。設備控制器連接到CAN總線主要是通過CAN控制器和CAN驅動器。CAN控制器主要分為兩大類：一類直接集成在微控制器（MCU）上，即用于控制的MCU本身具有用于CAN總線通信的模塊；另一類則是獨立可編程CAN控制器芯片。前者不需另外擴展CAN口，集成度較高，但價格較昂貴；后者配置靈活，MCU的選擇范圍不受限制，獨立的CAN控制器功能也更加完善。CAN總線驅動器提供了CAN總線控制器與物理總線之間的接口，是影響系統(tǒng)網絡性能的關鍵因素之一[2]。本文設計了以AT91RM9200微處理器為核心、以MCP2510為CAN控制器和以PCA82C250為總線驅動器的CAN通信節(jié)點，并應用于電梯控制系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)實時響應和抗干擾能力。
1 電梯控制系統(tǒng)結構
　電梯控制系統(tǒng)的結構示意圖如圖1所示。對于一個單梯系統(tǒng)，主要包括外呼控制器、內選控制器和主控制器。外呼控制器分布于大樓各層電梯間內，主要負責收集和向主控制器傳送乘客目的樓層的方向（上行或下行）信息，還負責顯示目的樓層方向和當前電梯所在樓層等信息。內選控制器位于電梯轎廂內，主要負責收集和向主控制器傳送乘客目的樓層號（要去第幾層）信息，還負責顯示轎廂內所有乘客的目的樓層號和當前電梯所在樓層等信息。主控制器匯總接收到的外呼、內選控制器的信息，依據規(guī)則進行邏輯調度以控制電機實現(xiàn)轎廂運行接送乘客，同時發(fā)送電梯運行信息給各外呼、內選控制器去顯示，此外，主控制器還兼有其他的擴展功能。外呼控制器、內選控制器和主控制器通過CAN總線進行信息傳遞，它把三者連成網絡實現(xiàn)了單部電梯系統(tǒng)整體控制。在該控制系統(tǒng)中，外呼控制器、內選控制器和主控制器是分別作為節(jié)點掛接到CAN總線上的。單部電梯的內部系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

　與傳統(tǒng)RS-485總線“主從”的工作方式相比，CAN總線采用“多主”的工作方式，把各個控制器看成網絡中平等自治的節(jié)點，相互協(xié)調完成總的控制任務，而且這樣的結構也有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在CAN控制器的“多主”的工作方式中，網絡中的各節(jié)點都可根據總線訪問優(yōu)先權（取決于報文標識符）采用無損結構的逐位仲裁方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據，CAN協(xié)議廢除了站地址編碼而對通信數(shù)據進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據，這些特點使得CAN總線構成的網絡各節(jié)點之間的數(shù)據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。采取“多主”的工作方式，各個網絡節(jié)點能根據本身的狀態(tài)是否發(fā)生變化來自主判斷是否發(fā)送信息，這樣與RS-485只能以主站輪詢的方式進行通信相比，可以有效地減輕網絡負載，減小網絡時延，增加系統(tǒng)的實時性[3-4]。
　對于目前建筑物中比較常見的由多個電梯組成的多梯系統(tǒng)，由于要求其能夠在調度的性能上實現(xiàn)快速、高效、穩(wěn)定、節(jié)能，因此大多嵌入了一些優(yōu)化的電梯群控調度算法用以實現(xiàn)復雜控制。這就要求在各電梯獨立運行的基礎上設置一個群控器用于綜合信息結合群控算法實現(xiàn)群組控制?？梢圆捎肅AN總線將各單梯的主控制器與另外的群組控制器及監(jiān)控設備等相連組成更高一級的CAN網絡來實現(xiàn)。如圖1中的外部群控CAN總線。
2 主控制器在CAN網絡中的節(jié)點設計
2.1 節(jié)點硬件設計
　主控制器CAN節(jié)點硬件上主要包括MCU、CAN控制器和CAN驅動器，CAN通信節(jié)點硬件電路原理圖如圖2所示。其由AT91RM9200通過SPI串行外設接口連接CAN控制器MCP2510進行數(shù)據傳輸，MCP2510負責將數(shù)據再通過光電耦合器6N137連接到CAN驅動器PCA82C250，最后掛在CAN網絡上與其他CAN通信節(jié)點進行通信。