摘   要： 介紹了嵌入式電梯群控系統的設計，群控主機通過CAN總線串行通信方式實時采集各臺電梯的狀態信息，采用模糊算法處理后，將派梯命令分配給各臺電梯，實現8臺64層以下電梯的群控控制。
關鍵詞： 電梯群控系統； CAN通信； 群控模糊算法

    為了提高電梯的運行效率和服務質量,減少乘客的候梯時間、乘梯時間并降低電梯的能量消耗,就必須用電梯群控系統來對其進行合理的管理和調度[1]。
    目前,大多數電梯公司的群控系統都是采用RS485總線進行通信，但RS485采用主從式的通信方式,由主機發起呼叫，對應的終端應答，因此只能采取輪詢的通信方式，實時性差，一旦主機出現故障，整個系統將癱瘓；而CAN總線在電梯群控系統中卻體現出更多的優勢：CAN總線通信與RS485通信相比抗干擾能力更好；可連接較多的通信節點；通信速率更高；實時性與穩定性高，所以本文采用CAN總線來實現群控主機和各電梯之間的通信[2]。
1 系統總體結構
　本系統以ARM7為內核，主頻達72 MHz的32 bit微處理器LPC2368作為群控主控制器,它有高達512 KB的片內Flash程序存儲器，具有在系統編程（ISP）和在應用編程（IAP）功能，同時LPC2368內部集成了2個CAN控制器，CAN控制器提供了一個完整的CAN協議（遵循CAN規范V2.0 B）實現方案。包含這個片內CAN控制器的微控制器用來構建功能強大的局域網，支持極高安全級別的分布式實時控制，可以用在汽車、工業環境、高速網絡和低價位多路連線的應用中。系統還選用了CAN總線收發器MPC2551，它可作為CAN控制器與物理總線接口，提供對總線的差動發送和接收能力。
2 通信模塊設計
2.1 通信模塊硬件實現
　本系統采用LPC2368內部集成了的CAN控制器和高速CAN收發器MPC2551配合實現群控主機和各電梯之間的通信任務的，CAN模塊由2個部分組成：控制器和接收濾波器，所有的寄存器和RAM都作為32 bit的字來訪問。LPC2368的CAN控制器具有如下的特點：2個控制器和總線；支持11 bit和29 bit的標識符；雙重接收緩沖器和三態發送緩沖器；可編程的錯誤報警界限和可讀/寫訪問的錯誤計數器；仲裁丟失捕獲和錯誤代碼捕獲（帶有詳細的位位置）；單次觸發的發送（不會重復發送）；只聽模式（無應答、無活動錯誤標志）；“自身”報文的接收（自接收請求）[3]。
　LPC2368的接收濾波器有如下的特點：快速硬件實現的搜索算法，支持大量的CAN標識符；全局驗收濾波器識別所有CAN總線的11 bit和29 bit Rx標識符；允許11 bit和29 bit CAN標識符的明確定義和分組定義；驗收濾波器可以為選擇的標準標識符提供FullCAN-style自動接收。
　高速CAN收發器MPC2551是一個可容錯的高速CAN器件，可作為CAN協議控制器和物理總線接口。MCP2551可為CAN協議控制器提供差分收發能力，它完全符合ISO-11898標準，包括能滿足24 V電壓要求。其工作速率高達1 Mb/s。典型情況下，CAN系統上的每個節點都必須有一個器件，把CAN控制器生成的數字信號轉化為適合總線傳輸(差分輸出)的信號。它也為CAN控制器和CAN總線上的高壓尖峰信號之間加入了緩沖器，這些高壓尖峰信號可能是由外部器件產生(EMI、ESD和電氣瞬態等)。
　本系統設計的電路中，2個二極管D3與D4可有效地抑制傳輸介質的浪涌干擾，由于電梯群控系統中存在多個CAN通信節點，因此本電路中加入了終端電阻跳線JP3，由用戶靈活地選擇是否在該節點處加入終端通信電阻，本系統設計的CAN通信電路連接如圖1。

2.2    通信協議及通信軟件設計
2.2.1 CAN總線幀種類
　 CAN總線上傳輸的信息稱為報文，報文傳輸按照幀結構的不同，通常可表示為如下5種不同類型的幀：
    (1)數據幀:用于發送單元向接收單元傳送數據的幀;
    (2)遙控幀：用于接收單元向具有相同ID的發送單元請求數據的幀;
    (3)錯誤幀：用于當檢測出錯誤時向其他單元通知錯誤的幀;
    (4)過載幀：用于接收單元通知其尚未做好接收準備的幀;
    (5)幀間隔：用于將數據幀及遙控幀與前面的幀分離開來的幀。
2.2.2 CAN報文格式
    在總線中傳送的報文,每幀由7部分組成，CAN協議支持2種報文格式，其唯一的不同是標識符(ID)長度不同,標準格式為11 bit,擴展格式為29 bit[4]。標準格式幀的組成如圖2所示 。

    在標準格式中,報文的起始位稱為幀起始(SOF),然后是由11 bit標識符和遠程發送請求位(RTR)組成的仲裁段。RTR位標明是數據幀還是請求幀，在請求幀中沒有數據字節。
　 控制段包括標識符擴展位(IDE),指出是標準格式還是擴展格式。它還包括1個保留位 (ro),為將來擴展使用。它的最后4個字節用來指明數據段中數據的長度(DLC)。數據段范圍為0～8個字節,其后有一個檢測數據錯誤的循環冗余檢查CRC段。
　ACK段用來確認是否正常接收，由ACK槽(ACK Slot)和ACK界定符2個位構成。發送站發送的這兩位均為隱性電平(邏輯1),這時正確接收報文的接收站發送主控電平(邏輯0)覆蓋它。用這種方法,發送站可以保證網絡中至少有一個站能正確接收到報文。
　 報文的尾部由幀結束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,如果這時沒有站進行總線存取,總線將處于空閑狀態。
2.2.3 通信協議設計
　 由于在CAN總線中，標識符(ID)的大小規定了各節點發送消息的優先級，ID號越小,發送優先級越高，本系統中規定群控主控制器優先級最高,因此設為0x01，其他電梯主控制器次之，設為0x11,依次類推。
　 本系統消息格式采用：目的ID號+命令+數據字節1+數據字節2＋……+數據字節6的格式，在LPC2368中，存放數據的寄存器是CANRDA、CANRDB，每個寄存器是4個字節，因此一條CAN消息最多可存放8個字節。本協議中，CANRDA對應目的ID號、命令、數據字節1、數據字節2；CANRDB對應數據字節3~6。
　目的ID號確定消息的發出源，當目的ID號的內容為0x00時，所對應的消息是一條由主控制器發出的廣播消息，各節點均接收并分析。
　命令字節的內容是協議的核心，由各命令組成，包括狀態命令、控制命令，通常與數據字節搭配使用。
2.2.4 通信軟件設計
　通信模塊軟件設計，首先要初始化CAN控制器，CAN控制器初始化主要實現CAN工作時的參數設置，這些初始化的內容包括：硬件使能CAN、設置CAN報警界限、設置總線波特率、設置中斷工作方式、設置CAN驗收過濾器的工作方式、設置CAN控制器的工作模式等。初始化結束之后CAN模塊就可以進入工作狀態，進行數據發送和接收。發送數據時，首先判斷發送緩沖區是否空閑，如果有空閑發送緩沖區則將發送數據寫入該發送緩沖區內，再啟動發送命令，完成一幀數據的發送。接收數據時，讀取接收緩沖區數據，同時釋放該接收緩沖區，完成一幀數據的接收。數據發送和接收流程如圖3所示。

3 其他模塊設計
3.1  液晶顯示模塊
　液晶顯示模塊選用容量為2行16個字的液晶模塊，每個字以5×8點陣塊組成。本設計中群控主機對各電梯進行監控，通過液晶顯示模塊可以實時顯示各個電梯的狀態，包括各電梯的群控狀態、樓層狀態、運行方向，同時對群控主機的各種參數設置也可以很清楚地在液晶模塊上顯示出來。
3.2  鍵盤模塊
   鍵盤模塊采用了5個按鍵實現對群控參數、模式的設置，這5個按鍵分別對應為：ESC、UP、DOWN、ROTA、ENT，各按鍵作用如下：ESC為返回鍵，返回主顯示界面；UP為上翻頁鍵，該按鍵可實現循環上選擇菜單。在參數設置中，實現數字循環＋1,并實現ON/OFF、YES/NO、HIGH/LOW之間的切換。DOWN為下翻頁鍵，該按鍵可實現循環下翻頁選擇菜單。在參數設置中,實現數字循環－1，并實現ON/OFF、YES/NO、HIGH/LOW之間的切換。ROTA為右方向鍵，該按鍵可循環右移。在參數設置中，實現光標移位。ENT為確認鍵，在選中某菜單(即菜單在LCD上反白顯示）后，按Enter鍵進入菜單，執行相應功能。
4 群控算法設計
4.1 模糊控制概念
   模糊控制是建立在模糊集合論基礎上的一種語言規則與模糊推理的控制理論，它將自然語言轉化為計算機所能接受的算法語言,并模擬人的思維方法,對被控過程進行有效的確定性的控制，它利用專家知識獲得各種控制規則,可以很好地處理電梯系統的多目標性、隨機性和非線性[5]。所以本系統采用模糊控制理論來處理群控中電梯的調度問題。
4.2 群控模糊算法設計
　為了有效地調度電梯來滿足乘梯者的要求，提高乘客的舒適度和總體服務質量，在電梯群控研究和應用過程中，常常把減少乘客的平均候梯時間(AWT)、平均乘梯時間(ART)及能源消耗(RPC)作為評價標準，因此在算法設計上通過模糊控制調整各評價因素(候梯時間、乘梯時間、能量消耗等)的權重系數,從而確定最佳派梯方案，進而實現電梯群控的高效性[6]。
   本系統將AWT、ART及RPC作為電梯群控的優化參數和評價標準，通過一個調度算法判斷出哪部電梯來響應各廳層召喚。所以構造一個評價函數，綜合以上評價標準，評價函數如式(1)所示：

    本系統實現了電梯群的高效穩定運行。
參考文獻
[1]    周瑋，朱明富.電梯群控系統的設計與實現[J].微型機與應用，2004(2):38-39.
[2]    黃劍禮，周義江.CAN總線在電梯群控系統中的應用研究[J].福建電腦，2007(6):161-162.
[3]    周立功公司著. LPC23XX微控制器用戶指南User manual[EB/OL]. http://www.zlgmcu.com/philips/arm/lpc23xx/lpc23 xx_us_en.pdf, Rev.01-6 July  2007.
[4]    王黎明.CAN現場總線系統的設計與應用[M].北京:電子工業出版社，2008.
[5]    湯兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理論與應用技術[M].北京:清華大學出版社，2002.
[6]    姚玉剛，柏逢明.模糊控制在電梯群控系統中的應用[J].長春理工大學學報(自然科學版)，2008,31(1):107-101.