基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計與開發(fā)

基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計與開發(fā),基于,can,總線,電梯,智能,控制系統(tǒng),控制器,設(shè)計,開發(fā) 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計與開發(fā) 學(xué)院（系）： 自動化學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化?0601班 學(xué)生姓名： 余倫勇 指導(dǎo)教師： 陳啟宏，黃亮 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了本論文緒論章節(jié)的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書 2、不保密囗 。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文)任務(wù)書 學(xué)生姓名： 余倫勇 專業(yè)班級： 自動化0601班 指導(dǎo)教師： 陳啟宏，黃亮 工作單位： 自動化學(xué)院 設(shè)計(論文)題目: 基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計與開發(fā) 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 解電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解電梯群控原理，設(shè)計呼梯控制器，能手動設(shè)置樓層，實時接收CAN總線信息，滾動顯示當(dāng)前樓層號，并能實時采集按鈕信號，點亮呼叫按鈕，并將呼叫信息通過CAN總線發(fā)送給電梯主控制器。完成硬件電路設(shè)計并仿真。 要求完成的主要任務(wù): 1．學(xué)習(xí)單片機的接口與應(yīng)用技術(shù)（包括硬件和軟件的設(shè)計）； 2．了解電梯的結(jié)構(gòu)和工作原理； 3．分析呼梯控制的功能需求，確定呼梯控制器的幾大功能模塊； 4．設(shè)計呼梯主控模塊的硬件電路（能設(shè)置顯示樓層-99~+99；CAN位率=0.125Mbps），并編寫相關(guān)的軟件； 5．設(shè)計LED點陣顯示屏（16×256，能同時顯示32個漢字；串行通信位率=4800bps）控制模塊的硬件電路，并編寫相關(guān)的軟件； 6．在PROTEUS中對軟件和硬件進行仿真； 7．撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，字?jǐn)?shù)不低于15000； 8．完成外文文獻翻譯，字?jǐn)?shù)約為10000左右。 必讀參考資料： [1] 朱德文．電梯群控技術(shù)[m]．北京：中國電力出版社，2005． [2] 杜尚豐．CAN總線測控技術(shù)及其應(yīng)用[m]．北京：電子工業(yè)出版社，2004． [3] 李學(xué)海．PIC單片機原理[m]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003． [4] (美) Di Jasio．PIC微控制器技術(shù)及應(yīng)用[m]．北京：電子工業(yè)出版社，2003． [5] 劉篤仁．PIC軟硬件系統(tǒng)設(shè)計[m]．北京：電子工業(yè)出版社，2003． [6] Dewen Zhu．Research on Fuzzy Logic Controller in Elevator Traffic Dispatch [m]．National University of Defense Technology Press．2001． 指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名： 院長簽名（章）： 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 隨著人類社會的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，越來越多的人口涌向城市。形成了城市人口相對過剩，而城市及周邊土地資源相對缺乏的嚴(yán)峻形勢。為了解決這一突出矛盾，人們不斷地將新科技新思維應(yīng)用于城市建筑。進而產(chǎn)生了大型高樓，智能建筑等現(xiàn)代化的建筑理念。在當(dāng)今現(xiàn)代社會，在城市的任何一個角落都可以看到電梯的身影。在高層建筑中，電梯已成為不可缺少的垂直運輸設(shè)備；每幢大型高樓都也可說是一座垂直的城市，而電梯系統(tǒng)則可以比作這個城市的交通系統(tǒng)。因此，電梯的好壞尤為重要。在這里所說的電梯的好壞并不是單純的指所制造的電梯質(zhì)量的好壞。電梯作為一種為人們?nèi)粘Ｉ罘?wù)的運輸工具，它的安全性，運輸?shù)母咝裕峁┑姆?wù)的人性化程度更是重中之重。 自從1854年，美國人伊萊沙.格雷夫斯?奧的斯第一次向世人展示了他發(fā)明的升降梯安全裝置，升降梯才開始真正的走進人們的生活并在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。而1889年，美國奧迪斯電梯公司制造出來的采用直流電動機作為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂的升降梯才算是名副其實的電梯。自那以后，電梯的外形和制作材質(zhì)都在發(fā)生著巨大的變化——100多年來，電梯的制作材質(zhì)由黑色到彩色，樣式由直式到斜式；在操縱控制方面更是步步出新，手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢；外形更是千變?nèi)f化，扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。隨著人類在機械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，調(diào)頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)保等新型電梯競相問世。我國的電梯產(chǎn)業(yè)起步較國外要晚100多年，雖然在現(xiàn)代化建設(shè)中，我國的電梯產(chǎn)業(yè)取得了長足的進步和發(fā)展。而且有一些國內(nèi)的研究所在就調(diào)頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能等先進的電梯技術(shù)進行研究，而且取得了一些成果；但是離實際應(yīng)用任然有一段距離，同國外先進相比更是相距甚遠。 回顧電梯的發(fā)展，它的控制算法可以說是發(fā)生的巨大變化，現(xiàn)代電梯已采用電梯群控技術(shù)——分為被動式控制方法和主動交互式控制方法。雖然主動交互式控制算法會比較復(fù)雜，但就控制效率而言，它不會比傳統(tǒng)的被動式控制方法低，而且在某種情況下會得到更高的運行效率，有巨大的應(yīng)用空間。而現(xiàn)在幾乎所有的電梯都是采用被動式控制方式，電梯組件也是基于此設(shè)計；因此設(shè)計基于主動交互式控制方式的呼梯控制器將有很大的商業(yè)空間。其意義也是不言而喻。 2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案 查閱文獻資料，在了解和熟悉目前國內(nèi)外電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前國內(nèi)外電梯系統(tǒng)的相關(guān)資料進行搜集。在此基礎(chǔ)上，對呼梯控制器的需求進行系統(tǒng)的歸納：第一，通過CAN總線同電梯群控系統(tǒng)通信，向系統(tǒng)提交呼梯請求，取消請求。接收系統(tǒng)發(fā)出的轎廂到站指令和清除呼梯響應(yīng)指令，讓呼梯控制器熄滅呼梯響應(yīng)指示燈。第二，通過中斷的方式接受用戶的呼梯請求和取消呼梯請求。第三，通過紅色發(fā)光二極管指示呼梯請求按鈕，取消呼梯按鈕的位置；通過綠色發(fā)光二極管指示用戶的請求是否被記錄（綠色發(fā)光二極管被點亮說明該請求被記錄，反之則未被記錄）；通過發(fā)光二極管指示當(dāng)前轎廂的某些狀態(tài)，例如：“FULL（轎廂已滿）”，“負樓層（當(dāng)前顯示的樓層號為負）”，“上行（轎廂處于上行狀態(tài)）”，“下行（轎廂處于下行狀態(tài)）”，“X（表示當(dāng)前樓層不被服務(wù)）”等等。第四，能夠設(shè)置當(dāng)前樓層號。第五，能夠?qū)崟r顯示轎廂當(dāng)前所處樓層。第六，能夠和下位單片機進行串口通信，將要顯示的信息傳輸給LED點陣顯示控制模塊。以此為依據(jù)，對電梯系統(tǒng)的呼梯控制器進行總體設(shè)計并完成電路原理圖的繪制和仿真，完成字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字得畢業(yè)設(shè)計論文。 3、進度安排 第1～2周： 畢業(yè)實習(xí)，撰寫畢業(yè)實習(xí)報告； 第3～4周： 翻譯外文資料，初步確定方案，完成開題報告； 第5周： 確定最終方案，并進行可行性分析； 第6～8周： 硬件設(shè)計及程序代碼編制； 第9周： 中期檢查； 第10～11周： 綜合調(diào)試，根據(jù)結(jié)果完善系統(tǒng)； 第12～14周： 完成論文撰寫； 第15周： 論文答辯； 第16周： 論文裝訂 4、指導(dǎo)教師意見 余倫勇同學(xué)調(diào)研充分，研究內(nèi)容充實，技術(shù)方案明確可行，現(xiàn)已經(jīng)具備開始畢業(yè)設(shè)計的條件。該生能達到預(yù)期的目標(biāo)，同意進入設(shè)計階段。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 3 1.1 引言 3 1.2 課題研究意義 4 1.3 研究現(xiàn)狀 6 1.4 主要研究內(nèi)容 9 2 呼梯控制器總體方案設(shè)計 10 2.1 CAN總線概述 10 2.2 呼梯控制器功能需求分析 11 2.3 呼梯控制器總體方案 11 3 呼梯控制器硬件設(shè)計 12 3.1 呼梯主控模塊設(shè)計 12 3.1.1 呼梯主控模塊總體電路圖 13 3.1.2 樓層顯示 13 3.1.3 呼梯請求 14 3.1.4 同LED顯示控制模塊進行串行通信 14 3.1.5 CAN總線通信 15 3.1.6 樓層設(shè)置 15 3.1.7 信息指示模塊 17 3.2 LED點陣顯示模塊設(shè)計 18 3.2.1 LED點陣顯示模塊總體電路 18 3.2.2 LED點陣顯示屏的搭建 18 3.2.3 LED點陣顯示模塊驅(qū)動 20 3.2.4 LED點陣顯示屏的主控模塊 24 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 26 4.1 軟件編輯環(huán)境介紹 26 4.2 主控模塊軟件設(shè)計 26 4.2.1 主控模塊軟件概述 26 4.2.2 主控模塊主要流程圖 27 4.3 LED點陣顯示控制器軟件設(shè)計 30 4.3.1 LED點陣顯示屏主控程序概述 30 4.3.2 LED點陣顯示屏主控程序流程圖 31 5 基于PROTEUS的系統(tǒng)仿真 32 5.1 proteus概述 32 5.2 呼梯主控模塊仿真電路 32 5.3 LED點陣顯示屏控制模塊仿真電路 32 5.4 proteus仿真結(jié)果 33 5.4.1 呼梯主控模塊仿真 33 5.4.2 LED點陣屏控制模塊仿真 37 6 全文總結(jié)及展望 38 致 謝 40 參考文獻 41 附錄1：主控制器源程序 42 附錄2：LED點陣顯示控制器源程序 49 附錄3：主控模塊總體電路 54 附錄4：LED點陣顯示控制模塊總體電路圖 55 附錄5：呼梯主控模塊仿真電路 56 附錄6：LED點陣顯示屏控制模塊仿真電路 57 II 摘要 全文對電梯的產(chǎn)生，發(fā)展歷程以及發(fā)展方向作了一個大致的介紹。其中，重點突出了電梯控制方法的發(fā)展和變化。電梯控制方法雖然千變?nèi)f化，但始終是圍繞一個目的——提高電梯的運行效率。本論文分析了現(xiàn)代電梯群控方案之后，將整個電梯系統(tǒng)始終在被動地響應(yīng)人們的呼梯請求的電梯控制方法歸為被動式電梯群控方法；并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的電梯群控構(gòu)想——電梯群控系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的呼梯請求和當(dāng)前的轎廂運行狀態(tài)給出乘客的最佳乘梯點，并通過信息顯示模塊告訴乘客。并將這種控制方法命名為主動交互式電梯群控方法。在此基礎(chǔ)上，本文分析了這種電梯控制方法對電梯系統(tǒng)硬件的新要求。經(jīng)過分析，得出了需要修改當(dāng)前呼梯控制器的設(shè)計方案的結(jié)論。 傳統(tǒng)的呼梯控制器只能接收乘客的呼梯請求，顯示轎廂的當(dāng)前樓層。顯然是不能滿足交互式的電梯群控技術(shù)的要求。一般的呼梯控制器，用戶的呼梯請求會被呼梯控制器鎖存，直到電梯運行到該樓層才會被清除。對于采用現(xiàn)代電梯群控技術(shù)的電梯群，當(dāng)某一人發(fā)出了呼梯請求，為了提高運行效率，群控算法可能讓另一部電梯為其服務(wù)。這就要求呼梯控制器可以接收總控機的指令，將呼梯請求清零或重置。由于電梯有多種工作模式，及時通知乘客當(dāng)前的運行模式并給出合適的乘梯點將會使電梯系統(tǒng)按照最優(yōu)的運行路線進行，這就需要呼梯控制器有強大的信息顯示功能。 圍繞這些新的功能需求，本文在第三章中進行了相應(yīng)的呼梯控制器的硬件設(shè)計；在第四章中對呼梯控制器的軟件部分進行了設(shè)計；在第五章中對整個呼梯控制器進行了基于PROTEUS的仿真。 關(guān)鍵字：主動交互式電梯群控；呼梯控制器；Proteus仿真 Abstract The full paper make a general introduction of production of elevator and the process of elevator’s develop . Highlights the development of elevator control and change in the paper. Although changing the lift control , but it is always around a purpose—improving the efficiency of the elevator . After analyzes the modern elevator group control program in the paper , we define the elevator control method in which the whole system will always call a passive response to people’s requests for elevator control ladder as a passive method of elevator group control . On this basis , we propose a new concept of elevator group control method—According to the user’s call request and the current car running , elevator group control system ladder give passengers the best point a . On this basis , this paper analyzes the new elevator control method’s new requirements for elevator hardware . After analysis , we get a result that we should modify the current ladder controller design . Conventional controller can only receive calls ladder ladder passengers call request and show car of the current floor . Obviously can not meet the requests of interactive elevator group control technology . In the general call ladder controller , the user’s call request will be latched by call ladder controller until the car run to the floor . In the elevator that uses modern elevator group control technology , when a ladder give a call request , group control algorithm may allow the other car serve the ladder for improving efficiency . This requires the call ladder controller can accept the master controller’s instructions and clear or reset the call request . As the elevator has a variety of operating modes , to inform passengers of the current operating mode and give the right point by ladder will run the elevator system in accordance with the optimal route . So call ladder controller requires a display . Around the needs of these new features , this paper describes the hardware design of the controller call ladder in the third chapter . This paper describes the software design of the controller call ladder in the fourth chapter . This paper simulate the entire call ladder based on the “PROTEUS” in the fifth chapter . Key words: active interactive elevator group control；call ladder controller ; “PROTEUS” simulate 1 緒論 1.1 引言 隨著人類社會的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，越來越多的人口涌向城市。形成了城市人口相對過剩，而城市及周邊土地資源相對缺乏的嚴(yán)峻形勢。為了解決這一突出矛盾，人們不斷地將新科技新思維應(yīng)用于城市建筑。進而產(chǎn)生了大型高樓，智能建筑等現(xiàn)代化的建筑理念。在當(dāng)今現(xiàn)代社會，在城市的任何一個角落都可以看到電梯的身影。公司大樓需要電梯，以方便工作人員上班下班；大學(xué)中的教學(xué)樓需要電梯，以方便師生上下課；醫(yī)院更是需要有電梯，以運送重傷的病人上下樓。毫無疑問，在高層建筑中，電梯已成為不可缺少的垂直運輸設(shè)備；每幢大型高樓都也可說是一座垂直的城市，而電梯系統(tǒng)則可以比作這個城市的交通系統(tǒng)。因此，電梯的好壞尤為重要。在這里所說的電梯的好壞并不是單純的指所制造的電梯質(zhì)量的好壞。電梯作為一種為人們?nèi)粘Ｉ罘?wù)的運輸工具，它的安全性，運輸?shù)母咝?，所提供的服?wù)的人性化程度更是重中之重。 電梯作為運輸人的交通工具以來，它的安全性始終是放在第一位的。但是自從1854年，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他發(fā)明的升降梯安全裝置，升降梯開始為人們服務(wù)以來；雖然電梯歷經(jīng)一百多年的發(fā)展，電梯的制作材質(zhì)由黑色到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新，手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，外形更是千變?nèi)f化，扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉[1]。然而電梯的安全裝置在原理并沒有發(fā)生太大的突破，所改變的僅僅是將以往的機械安全裝置電氣化，以提高電梯使用的安全性。 為了提高電梯的運行效率，電梯的控制技術(shù)歷經(jīng)一百多年的發(fā)展，出現(xiàn)了將多臺電梯進行分組，根據(jù)樓內(nèi)交通量的變化，用計算機控制，實現(xiàn)最優(yōu)輸送的電梯群控技術(shù)。早在1946年就設(shè)計了電梯群控系統(tǒng)，1949年建成的聯(lián)合國大廈中的電梯應(yīng)用了電梯群控技術(shù)，1975年以后，發(fā)展到現(xiàn)代電梯群控系統(tǒng)階段。電梯群控系統(tǒng)的應(yīng)用歷經(jīng)了簡易自動控制，集選控制和群控幾個發(fā)展階段。在使用電梯的初期，由于電梯由司機來操縱的控制方式很不經(jīng)濟，因此人們采用了簡易的自動控制方式。但是它不能同時響應(yīng)多個呼梯信號，使用起來很不方便，而且運行效率低下。后來出現(xiàn)了集選控制，它能記錄所有的呼梯信號，并在前進方向上根據(jù)呼梯順序?？?。直到這一時期，各電梯都是單獨控制的。到后來，隨著社會的發(fā)展和大型建筑的出現(xiàn)，特別是大型辦公樓，只有單臺電梯不能很好地應(yīng)付全部客流，因此需要在建筑中同時設(shè)置多部電梯。這樣就出現(xiàn)了一個問題，這多部電梯是共用一個控制器，還是分別配置相應(yīng)的控制器。如果各電梯采用獨立的控制器，由于各電梯之間缺少必要的聯(lián)系，如果在某一層的乘客同時向每部電梯都發(fā)出了呼梯請求，那么這幾部電梯有可能都為該乘客服務(wù)，這樣根本不能體現(xiàn)大型建筑中設(shè)置多部電梯的意義。另一方面，在類似于辦公大樓的這種大型建筑中，上下班的單行客流十分集中，上班的上行乘客，下班的下行乘客，午飯時的上下行乘客十分多，單靠增加電梯的荷載，速度，臺數(shù)是不能適應(yīng)這種客流量的劇烈變化規(guī)律的，也難以克服轎廂的頻繁往返運行，更無法改善在某時間段內(nèi)必然出現(xiàn)的長候梯現(xiàn)象。關(guān)鍵問題在于如何對這幾部電梯進行集中調(diào)度。要根據(jù)轎廂的人數(shù)，上下行的停站數(shù)，層站及轎廂內(nèi)呼梯，以及轎廂所在的位置等因素，來實時分析客流的變化情況，自動選擇最合適的輸送方式。為此，這多部電梯應(yīng)該共用一個控制器。這里所說的共用一個控制器并不是說在物理上只有一個控制器，而是在各個電梯的控制器的基礎(chǔ)上還有一個主控制器，負責(zé)各電梯的綜合調(diào)度。在邏輯上，就像是只有一個控制器一樣。在這樣的系統(tǒng)中，層站的召喚按鈕對所有并聯(lián)電梯來說是共有的，交通流量監(jiān)控系統(tǒng)能確定電梯群中的哪一部電梯去應(yīng)答層站召喚信號。 據(jù)不完全統(tǒng)計，從1986年到2002年，我國發(fā)布的電梯交通配置方面的專利共有231項，其中同電梯群控相關(guān)的專利就占了105項，大約占電梯交通配置專利的45%[2]。由此可見，人們對電梯群控技術(shù)可算得上是情有獨鐘。為什么人們偏偏對電梯群控技術(shù)情有獨鐘呢？雖然電梯已有一百多年的歷史，但電梯的安全技術(shù)早已成熟定型。隨著社會的進步，城市的發(fā)展和大型高樓的涌現(xiàn)，電梯運行效率逐漸成為電梯應(yīng)用的瓶頸。如何將現(xiàn)有電梯的運行效率提升得更高成為學(xué)者們探討的話題和研究的課題。電梯控制技術(shù)發(fā)展到今天的現(xiàn)代電梯群控技術(shù)，雖然電梯的運行效率較以往要高得多；但社會在進步，大樓會越來越高，越來越大，人們對更高效率的電梯的需求將是一個永恒不變的課題。 1.2 課題研究意義 隨著社會的進步和城市的發(fā)展，智能建筑的概念應(yīng)運而生。智能建筑是以建筑為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備，辦公自動化及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)，服務(wù)，管理及他們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個安全，高效，舒適，便利的建筑環(huán)境。也可以說，智能建筑是綜合采用了電子信息技術(shù)，通信技術(shù)和計算機技術(shù)，對大樓的設(shè)備進行綜合自動監(jiān)控，對信息資源進行管理，對用戶提供綜合信息服務(wù)的，符合未來信息化社會要求的建筑物。興建智能建筑已成為當(dāng)今世界的開發(fā)熱點，也是各國綜合國力的具體表征。電梯交通配置是構(gòu)成智能建筑的三大系統(tǒng)之一——樓宇自動化系統(tǒng)中的重要內(nèi)容。智能建筑業(yè)的飛速發(fā)展必然帶動電梯交通業(yè)的發(fā)展。沒有電梯交通配置技術(shù)與之相適應(yīng)，智能建筑業(yè)的飛速發(fā)展將是不可想象的。當(dāng)今在美國，在新建建筑和改建的樓房中，70%是智能建筑。日本到20世紀(jì)末，有65%的大樓已經(jīng)達到智能建筑的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)智能建筑業(yè)也在飛速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，全國已建成智能建筑1400幢，其中北京700幢，上海400幢，廣東和江蘇各為200幢。外刊預(yù)測：21世紀(jì)全世界的智能建筑有一半以上將建在中國。由此可見電梯交通配置的重要地位。而對電梯交通配置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——電梯群控的研究的意義更是不言而喻[3]。 電梯作為一種專為人服務(wù)的交通工具，乘客對電梯性能的評價是十分重要的。作為大樓公共交通工具的電梯系統(tǒng)，最重要的是安全運行，這樣，乘客對電梯才能產(chǎn)生一種信任感。乘客的要求可分為兩類：生理上的和心理上的，即生理上的承受能力和心理上的承受能力。這兩種承受能力和多個因素有關(guān)，且表現(xiàn)得相當(dāng)程度的復(fù)雜性。生理上的要求是指乘客對其在垂直平面內(nèi)的轎廂運動方式提出要求。當(dāng)人們在電梯所在的垂直平面內(nèi)運動時，引起體內(nèi)器官在體內(nèi)移動，從而產(chǎn)生不舒服的感覺，這種感覺發(fā)生在人體承受加速和減速時，即所謂的超重和失重效應(yīng)。作為飛行員或者航天員而言，他們需要進行這方面的訓(xùn)練。但作為垂直公共交通系統(tǒng)主要交通工具的電梯系統(tǒng)，不可能要求電梯系統(tǒng)的乘客擁有飛行員一樣的身體素質(zhì)，能承受較大的加速度。因此必須在生理上滿足大部分人的要求。人們對重力加速度效應(yīng)反應(yīng)的輕重，不僅取決于年齡，還與人們生理和心理方面的健康狀況，以及運行是否突然發(fā)生等因素有關(guān)。到目前為止，還沒有一個明確的理論來解釋加速度和人體健康之間的關(guān)系，但憑經(jīng)驗可以知道：人們對電梯的運行速度的適應(yīng)性是很強的，甚至可以說是沒有限制的，但是對加速度的適應(yīng)性卻是很有限的。因此加減速度應(yīng)限制在大約1.5米每平方秒之內(nèi)，加速度的變化率不超過2米每立方秒且保持恒定，這種不舒服的感覺便可以減輕[3]。 可以預(yù)料，人們心理上的感覺是十分微妙的。乘客對同一部電梯的服務(wù)級別有一定的要求，但同樣是這位乘客在一天中的不同時間和不同地點，卻對電梯的服務(wù)級別有著不同的要求。就以一個普通的白領(lǐng)為例，在上班乘電梯的過程中對電梯的服務(wù)沒有太多的要求，尤其是在他打過上班卡后，更是沒有任何的煩躁感產(chǎn)生；但同樣是這位員工，乘坐同樣的電梯，當(dāng)他下班回家的時候如果不能迅速離開辦公大樓，就會產(chǎn)生明顯的煩躁感；相對而言，他就不會對自家住宅電梯的服務(wù)級別作出相同的要求。乘客的這種要求可以歸納為乘客對候梯時間的要求，候梯時間是主要的心理要求。 乘客對乘梯時間長短是影響乘客心理狀態(tài)的第二為因素。例如，去建筑物的頂層的乘客在乘梯時間長于90秒時，會對電梯的中間層?？孔兊脴O為不賴煩。其容忍程度還取決于他是否有同伴同行，以及其他乘客的行為舉止如何等。這種心理上的要求由一位外國學(xué)者歸納為：乘客乘坐電梯的時間應(yīng)保持在一個特定的期限內(nèi)。另外也存在著其它心理因素，如美觀大方的轎廂裝潢，考究的候梯廳和轎門外觀等因素，增加了乘客對電梯系統(tǒng)的信任感，克服了人們對乘坐電梯的擔(dān)心心理。 實踐證明，對于辦公大樓等大型建筑，采用電梯群控技術(shù)，可使電梯交通系統(tǒng)質(zhì)量大為改善，一般可使平均間隙時間縮短15%~25%，即輸送能力提升15%~25%。由于實現(xiàn)自動高度和各層均等服務(wù)，可使長候梯時間大為縮短，一般可減少40%~60%。根據(jù)研究，乘客的候梯心理煩躁程度與候梯時間的平方成正比。而候梯時間超過60秒即為所謂的長候梯時間，其心理煩躁程度會急劇上升，采用電梯群控技術(shù)將使種情況大為改善[3]。 乘客對電梯生理上的要求一般可以通過改善單臺電梯的運行性能來滿足，這些改動現(xiàn)在已經(jīng)由電梯生產(chǎn)廠家直接在電梯的運行參數(shù)中予以保證，一般不再電梯交通配置設(shè)計的考慮范圍之內(nèi)。而乘客心理上的要求就不是簡單地改善電梯系統(tǒng)的運行能夠滿足得了，他需要通過對電梯群的有效協(xié)調(diào)控制來滿足。乘客對乘坐電梯的心理要求主要表現(xiàn)在對候梯時間和行程時間上的要求，但在不同的客流交通情況下，轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌木唧w要求。這就要在電梯系統(tǒng)安裝之前通過有效的計算和分析，設(shè)計合適的群控算法，確保電梯系統(tǒng)在運行期間能夠保證乘客的心理要求。 綜合以上分析，電梯群控技術(shù)的應(yīng)用將是一個不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展方向。一個技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用必然對原有電梯的設(shè)備提出了新的要求。例如：在某些商務(wù)大樓中，如果在某層有一個臨時會議。這就需要電梯系統(tǒng)分配一個臨時的專線電梯（如從廳堂直達會議樓層），為這些特定的乘客服務(wù)。在這種情況下，該臺電梯將不會為其它的樓層服務(wù)，這就需要用有效的方式將這一臨時變更及時地告訴給任何可能需要乘坐該電梯的人。最有效的方法是在呼梯廳設(shè)置一個專用的信息顯示面板，供系統(tǒng)發(fā)布實時的變更通知。除此以外，還要求系統(tǒng)能按需求隨時禁用和啟用該呼梯面板；撤消某一呼梯廳口的呼梯請求等等。研究并設(shè)計適應(yīng)新型電梯控制技術(shù)要求的電梯呼梯控制器在內(nèi)的一系列相應(yīng)電梯組件對于新技術(shù)的應(yīng)用的意義不言而喻。 1.3 研究現(xiàn)狀 不同用途的建筑，客流交通的特點也不盡相同。對各類建筑的客流交通特點的分析和計算是進行電梯合理配置，研究控制方法和策略的基礎(chǔ)。即使同一個建筑，由于具體使用情況的不同，當(dāng)?shù)厣盍?xí)慣和作息制度的不同，以及季節(jié)的變化，其客流情況也會有很大的差別。但是統(tǒng)計結(jié)果表明，它的確是存在一種穩(wěn)定的規(guī)律。但是，即使在同一座建筑物，由于其具體使用情況的不同和季節(jié)的變化，都會導(dǎo)致客流規(guī)律的變化，這也正是電梯交通系統(tǒng)固有的一種不確定性，也是導(dǎo)致電梯控制與配置的難點之一[3]。 不同的電梯系統(tǒng)對交通模式的分類會有些不同，但一般模式相同，包括：上行高峰交通模式，下行高峰交通模式，午飯前交通模式，午飯后交通模式，隨機層間交通模式，客閑交通模式，會議交通模式等。 當(dāng)主要的客流是上行方向，即全部或者大多數(shù)乘客在建筑物的門廳進入電梯且上行，然后分散到大樓的各層。這種情況被定義為上行高峰交通模式。它一般發(fā)生在早上上班時刻和午休結(jié)束時刻。一般這樣認為，一個電梯系統(tǒng)如果能夠有效地應(yīng)付上行高峰期的交通需求，那么該電梯系統(tǒng)也可以滿足其它交通模式的交通需求。 當(dāng)主要的客流是下行方向，全部或者大多數(shù)乘客是從大樓的各層站乘梯下行到門廳并離開電梯，這種狀況被定義為下行高峰交通模式。通常發(fā)生在下班時刻和午休開始時刻。下行高峰期，乘客密度較大，往往使轎廂?？恳粌蓪雍筠I廂就滿員了，因此應(yīng)合理地確定上行轎廂的目的層，然后向下運行，使電梯系統(tǒng)均勻地服務(wù)于各層的下行乘客。 當(dāng)主要的客流是從某一層來或朝著某一層去，而該層不是門廳，這種狀況被定義為兩路交通模式。兩路交通狀況多是由于在大樓的某一層設(shè)置有茶點部或會議室，在某一天的某一時段該層吸引了相當(dāng)多的到達和離開的呼梯信號。所以兩路交通模式發(fā)生在上午和下午休息期間或會議期間。出現(xiàn)兩路交通模式時，電梯系統(tǒng)應(yīng)加強特定樓層的客流輸送能力，應(yīng)派剩余空間比較大的電梯來服務(wù)，或干脆將轎廂直接調(diào)過來為其服務(wù)。電梯系統(tǒng)應(yīng)對這特定樓層交通進行記憶和學(xué)習(xí)，對此類樓層的呼梯給予更多的重視和優(yōu)先權(quán)。對此類樓層服務(wù)的轎廂的可用空間給予較高的權(quán)值。 當(dāng)主要的客流是朝著某兩個樓層或從某兩個特定的樓層而來，而其中的一個樓層可能是門廳，這種交通狀況被定義為四路交通模式。在中午休息期間，會出現(xiàn)客流上行和下行兩個方向的高峰狀況。午飯時客流主要是下行，超門廳和餐廳。午休快結(jié)束時，主要是從門廳和餐廳上行。所以四路交通多發(fā)生在午休期間。四路交通又可分為午飯前模式和午飯后模式。此兩種交通模式與早上晚上發(fā)生的上行和下行客流高峰不同，雖然主要客流都為上行模式和下行模式，但這兩類交通模式同時還有相當(dāng)比例的層間交通和相反方向的交通。交通量的比例還與午休時間的長短，餐廳的位置以及大樓的使用情況有關(guān)。出現(xiàn)四路交通時，不但要考慮主要交通客流，還要考慮其它客流。與單純的上下高峰期有所不同。 在上午上班時間后和午飯前之間和中午上班后至下午下班前之間，大樓層間客流交通占主要部分。這種客流模式被定義為層間交通模式。層間交通模式是一種基本的交通狀況，存在于一天中的大部分時間。層間交通要求合理的?？坎呗?。當(dāng)轎廂沒有呼梯信號分配給它時，應(yīng)考慮轎廂停靠在哪一層。可以要求空轎廂均勻的?？吭诟鱾€樓層，也可以要求轎廂停在客流較大的樓層（當(dāng)然這需要電梯系統(tǒng)經(jīng)過較長時間的學(xué)習(xí)），還可以根據(jù)各樓層當(dāng)前的人員數(shù)量來確定轎廂優(yōu)先停靠點?？烷e交通模式是指客流量很小時的情況，如在休息日，夜晚，清晨等。 由電梯群控系統(tǒng)的交通特性可知，同一座建筑物在一天中的不同時期，客流模式差異也很大，不同的客流情況對電梯系統(tǒng)有不同的要求，只有采用不同的控制策略和算法，才能獲得滿意的控制效果。對客流模式的辨識的正確性和及時性對電梯系統(tǒng)的性能具有重要影響。 針對電梯控制的這一現(xiàn)實狀況，人們開發(fā)了幾類電梯群控系統(tǒng)。全自動群控運行方式電梯群控系統(tǒng)——該系統(tǒng)適用于上下班時，比較緩慢地出現(xiàn)暫時客流高峰的情況。全自動群控方式兼帶高峰負荷服務(wù)的群控系統(tǒng)——該系統(tǒng)適用于上下班時出現(xiàn)暫時客流高峰的情況。這種高級運行操作方式，在平時能消除特定的或暫時高峰負荷而出現(xiàn)的混亂。全自動群控運行方式兼帶信息存儲的群控系統(tǒng)——該系統(tǒng)適用于獨家公司專用大型辦公樓或大型賓館，可適應(yīng)營業(yè)時間內(nèi)的各種交通客流變化情況，用及時預(yù)約和縮短候梯時間等功能來提高服務(wù)效率。 在計算機控制技術(shù)出現(xiàn)以前，主要應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行電梯交通統(tǒng)計特性的研究。到了現(xiàn)代電梯階段電梯技術(shù)以計算機，群控和集成模塊為特征，對于超高層建筑來說，電梯結(jié)構(gòu)向雙層轎廂和空中大廳形式發(fā)展，電梯交通系統(tǒng)也已成為樓宇自動化的一個重要子系統(tǒng)。電梯交通配置的發(fā)展趨勢是：從統(tǒng)計特性過渡到動態(tài)特性；以專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)為武裝；廣泛使用計算機群控技術(shù)和電梯交通配置CAD；同時也繼續(xù)拓寬研究統(tǒng)計公式及確定統(tǒng)計參數(shù)。 電梯交通系統(tǒng)利用計算機控制的第一個方法，是將常規(guī)控制算法用軟件程序?qū)崿F(xiàn)。由于常規(guī)控制算法提供的性能必然受到它的固定邏輯程序所限制，因此不是最優(yōu)的方法。另一種可能是一種新的設(shè)計的控制系統(tǒng)，按照每個轎廂應(yīng)答召喚信號的時間，把層站召喚信號分配給轎廂。它還包括許多其它的功能，如優(yōu)先級的確定，對客流頻繁的樓層的考慮，以及對長時間候梯信號的優(yōu)先服務(wù)等。 計算機控制能直接完成控制算法參數(shù)的在線變化，通過新程序輸入計算機，不需要重新布線，能很快實現(xiàn)控制算法的完全改變。計算機控制的另一個優(yōu)點是其數(shù)據(jù)的記錄功能。在計算機中能記錄和分析交通狀況和目的數(shù)據(jù)信息，記錄分析轎廂的運行和電梯的性能，開關(guān)門的時間，故障部件檢測記錄數(shù)據(jù)的保存等。可以實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的遠距離查詢，并隨時監(jiān)測任何故障的發(fā)生。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以改進控制算法參數(shù)，使其適應(yīng)建筑物的需求。 自從計算機應(yīng)用到電梯交通系統(tǒng)之后，開始研究系統(tǒng)的動態(tài)特性，即用模糊邏輯，專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)來描述電梯交通系統(tǒng)的非線性，不確定性，模糊性和擾動性，從而提高電梯交通系統(tǒng)的整體服務(wù)性能，完成電梯交通整體最優(yōu)配置。表1列舉出了從1986年到2002年以來，我國發(fā)布的電梯群控專利情況[3]。 表1 電梯群控專利明細表 項目 系統(tǒng)整體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 專家系統(tǒng) 計算機網(wǎng)絡(luò) 分組算法 電子信息 硬件其它 數(shù)量（項） 42 7 1 1 2 12 12 28 比例（%） 40 6.7 1 1 1.9 11.4 11.4 26.7 合計（項） 105 正如前面所述，為了使電梯在各種客流模式下都有較高的運行效率，人們針對各種客流模式的特點設(shè)計出了相應(yīng)的電梯群控模式，例如：客閑模式，平常模式，上行高峰模式，下行高峰模式，午飯交通狀態(tài)等。電梯系統(tǒng)采用相應(yīng)的辨識算法，識別當(dāng)前的客流模式，并將電梯切換到相應(yīng)的運行模式。這樣固然能得到很高的運行效率，但是有沒有辦法將整個系統(tǒng)的運行效率提升得更高呢？ 從表1可以看出，人們將太多的精力都花在改進電梯的控制算法（電梯系統(tǒng)的軟件部分），而將很少的精力花在電梯硬組件的改進。從人們的生活中也可以看出一些端倪。在很多大型建筑內(nèi)，雖然用的是比較先進的電梯群控算法，但是呼梯控制器等一些電梯組件卻沒有更新。就拿呼梯控制器來說，都只有“上”、“下”兩個呼梯請求按鈕。也有一些呼梯控制器多安裝了一個呼梯“取消”按鈕，用來撤消用戶的錯誤呼梯請求。也有少數(shù)國外智能電梯系統(tǒng)還在呼梯控制面板上設(shè)置了一個觸摸面板，可以讓用戶輸入目的樓層，以便電梯群控系統(tǒng)更具該請求優(yōu)化整個電梯系統(tǒng)的運行。從某種程度說，這是對傳統(tǒng)電梯組件的改進，但并未從根本上去改變傳統(tǒng)的電梯組件——設(shè)計電梯組件的觀念并未改變。 不難看出，整個電梯系統(tǒng)始終在被動地響應(yīng)人們的呼梯請求。就像學(xué)生被動地聽老師將課一樣，缺少老師和學(xué)生之間的交流——老師不知到那些該講那些可不講。這樣教學(xué)的效果也高不到哪里去。試想一下，如果客戶在某一樓層發(fā)出了呼梯請求，按照群控算法60秒后客戶可以乘上電梯；然而系統(tǒng)提示，客戶可以花20秒的時間步行到某一層，然后過20秒的時間就可以乘上電梯（當(dāng)然這只適用于普通的電梯系統(tǒng)，對于醫(yī)院電梯和運貨電梯并不適用）。對于乘客而言不但多了一種快捷的乘梯選擇，而且在某種程度上減輕了乘客候梯所產(chǎn)生的煩躁感。對于整個電梯系統(tǒng)而言，可以通過這種交互式方式讓乘客到最優(yōu)的乘梯點候梯，可以主動地削弱隨機的呼梯請求對整個系統(tǒng)的干擾，使得整個電梯系統(tǒng)始終在最優(yōu)運行方式附近工作。相對于傳統(tǒng)的被動式電梯群控系統(tǒng)而言，這種主動交互式電梯群控方案似乎具有更好的魯棒性和更高的運行效率。這就需要用新的理念去設(shè)計呼梯控制器—— 一種與這種群控算法相適應(yīng)的呼梯控制器。 1.4 主要研究內(nèi)容 正如上文所論述的那樣，本文主要內(nèi)容就是分析主動交互式電梯群控系統(tǒng)中，系統(tǒng)對呼梯控制器所提出的新功能需求，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計與之相適應(yīng)的呼梯控制器。 第二章主要介紹了選用CAN總線的原因所在，分析了新的電梯群控方案對呼梯控制器的新要求，并在此基礎(chǔ)上提出了一個新概念呼梯控制器的設(shè)計方案——基于雙控制核心的主動交互式電梯群控系統(tǒng)呼梯控制器。 第三章在第二章的基礎(chǔ)上對呼梯控制器進行硬件設(shè)計。該呼梯控制器由兩個控制核心構(gòu)成——主控模塊和LED顯示控制模塊。主控模塊采用PIC18F6680單片機，主要用于接收用戶的各種呼梯請求，并將呼梯請求按照既定的通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)打包，通過CAN總線提交給電梯群控中心。除此以外，還要接收電梯群控系統(tǒng)發(fā)來的各種命令，并執(zhí)行——完成用戶呼梯請求的撤銷，置呼梯請求，禁用呼梯面板，同LED顯示控制模塊進行串行通信等任務(wù)。LED顯示控制模塊通過串口同主控模塊進行通信，接收要顯示的數(shù)據(jù)信息并在LED點陣顯示屏上動態(tài)顯示。 第四章針對第三章設(shè)計的硬件電路圖和第二章中的功能分析進行在線軟件設(shè)計。其中包括通信協(xié)議的設(shè)計，通信數(shù)據(jù)的打包和數(shù)據(jù)解碼，數(shù)據(jù)信息的動態(tài)顯示，CAN通信，串口通信等功能模塊。 第五章對設(shè)計方案進行了軟件仿真。主要對主控模塊的呼梯請求部分和LED點陣顯示控制模塊的文字信息的動態(tài)顯示進行了仿真。 第六章對前文進行了總結(jié)性論述，比較詳細地闡述了提出主動交互式控制方案的緣由和電梯系統(tǒng)采用這一群控方案的優(yōu)勢所在，并提出了實現(xiàn)這一控制方案所要解決的兩個問題：一是設(shè)計出一個合適地群控算法，二是設(shè)計出與之相適應(yīng)的呼梯控制器。 2 呼梯控制器總體方案設(shè)計 2.1 CAN總線概述 CAN 是Controller Area Network 的縮寫，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。由于它的高性能和可靠性，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化，汽車，工業(yè)設(shè)備等方面CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信協(xié)議[4]。CAN總線是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達1MBPS。 CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，例如：位填充，數(shù)據(jù)塊編碼，循環(huán)冗余校驗，優(yōu)先級判別等工作。CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼通信方式，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼的通信方式。采用這種方法的一大優(yōu)點是可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式還可以使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。按照CAN協(xié)議，數(shù)據(jù)段長度最多為8字節(jié)，可以滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中的控制命令，工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8字節(jié)數(shù)據(jù)不會占用太長的總線時間，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議對數(shù)據(jù)采用CRC檢驗，可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性[5]Error! Reference source not found.。CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。除此之外，CAN總線還有許多優(yōu)點： (1) 采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突 (2) 具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點； (3) 采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作； (4) 可靠的錯誤處理和檢錯機制； (5) 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)； (6) 節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響； (7) 可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文； (8) 采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短； (9) 報文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息 (10) 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò)。 2.2 呼梯控制器功能需求分析 正如前面的分析，人們總是在想方設(shè)法地完善現(xiàn)有的客流模型，從而進一步提高電梯的運行效率。人們總是在以“人”為中心，總是在試著建立更優(yōu)的乘客乘梯模型，總是在揣摩乘梯者的心理。人們的種種嘗試和努力近乎全部將提升電梯系統(tǒng)運行效率的責(zé)任交給了電梯群控系統(tǒng)，而乘客的呼梯請求卻總是在降低電梯系統(tǒng)的運行效率。要知道，雖然電梯是專為人服務(wù)的，但結(jié)果始終是人們從中受益。對提升電梯系統(tǒng)的運行效率，乘客也應(yīng)該承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任和義務(wù)。這就要求人們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的電梯群控觀念，變被動的電梯群控技術(shù)為主動交互式的電梯群控技術(shù)。 電梯系統(tǒng)同乘客的交互可以在兩個時段進行：候梯階段和乘梯階段。候梯階段的交互可以是電梯系統(tǒng)動態(tài)地給出乘客候梯的剩余時間，也可以給出一個更省時的候梯方案。雖然這樣并不一定能提高電梯系統(tǒng)的運行效率（假如乘客不愿意到更合適的候梯點，抑或乘客到指定的候梯點乘上電梯后乘梯時間將更長），但有一點是可以肯定的，這樣可以顯著的改善乘客的候梯心理。就像人們等公交車一樣，如果可以乘坐的公交只有一輛，那么即使是等30秒，他也會很不耐煩。相反，如果可乘坐的公交車有很多輛，即使是等上1分鐘，他的心情也一定不會比前一種情況糟糕。因為他心里很清楚，可乘坐的車很多，也許下一輛就是他所等的車了。相對而言，乘梯階段的交互似乎很困難。當(dāng)目的樓層有多個時，給出到達目的樓層的時間視乎并不現(xiàn)實；而根據(jù)顧客的目的樓層，給出合適的轉(zhuǎn)乘路線似乎也不符合乘梯心理。就像人們乘坐公交車一樣，人們寧愿多花10分鐘也不愿意為了這10分鐘而去轉(zhuǎn)車。 由以上分析可知，在呼梯階段實現(xiàn)電梯系統(tǒng)同乘客間的交互似乎更有效。傳統(tǒng)的呼梯控制器只能接收乘客的呼梯請求，顯示轎廂的當(dāng)前樓層。顯然是不能滿足交互式的電梯群控技術(shù)的要求。一般的呼梯控制器，用戶的呼梯請求會被呼梯控制器鎖存，直到電梯運行到該樓層才會被清除。對于采用現(xiàn)代電梯群控技術(shù)的電梯群，當(dāng)某一人發(fā)出了呼梯請求，為了提高運行效率，群控算法可能讓另一部電梯為其服務(wù)。這就要求呼梯控制器可以接受總控機的指令，將呼梯請求清零或重置。由于電梯有多種工作模式，及時通知乘客當(dāng)前的運行模式并給出合適的乘梯點將會使電梯系統(tǒng)按照最優(yōu)的運行路線進行，這就需要呼梯控制器有強大的信息顯示功能。 2.3 呼梯控制器總體方案 呼梯控制器由兩部分組成：主控模塊和LED點陣顯示模塊。主控模塊完成同電梯控制系統(tǒng)的通信，接受用戶的呼梯請求，動態(tài)顯示轎廂的運行狀態(tài)（運行方向和所處樓層）以及將要顯示的信息發(fā)送給LED點陣顯示模塊顯示。LED顯示模塊負責(zé)存儲和顯示電梯系統(tǒng)發(fā)送來的信息，它是實現(xiàn)電梯系統(tǒng)同用戶之間交互的重要平臺。呼梯控制器的方框原理圖如圖1所示。 呼梯主控模塊PIC18F6680 LED點陣顯示控制模塊AT89C51 LED點陣顯示屏16×256 CAN總線網(wǎng)絡(luò) CAN雙向 CAN通信 串口通信 行選 列選 圖1 呼梯控制器總體方框圖 3 呼梯控制器硬件設(shè)計 3.1 呼梯主控模塊設(shè)計 本模塊是呼梯控制器的核心部分。它主要的功能是：第一，通過CAN總線同電梯群控系統(tǒng)通信，向系統(tǒng)提交呼梯請求，取消請求。接收系統(tǒng)發(fā)出的轎廂到站指令和清除呼梯響應(yīng)指令，讓呼梯控制器熄滅呼梯響應(yīng)指示燈。第二，通過中斷的方式接受用戶的呼梯請求和取消呼梯請求。第三，通過紅色發(fā)光二極管指示呼梯請求按鈕，取消呼梯按鈕的位置；通過綠色發(fā)光二極管指示用戶的請求是否被記錄（綠色發(fā)光二極管被點亮說明該請求被記錄，反之則未被記錄）；通過發(fā)光二極管指示當(dāng)前轎廂的某些狀態(tài)，例如：“FULL（轎廂已滿）”，“負樓層（當(dāng)前顯示的樓層號為負）”，“上行（轎廂處于上行狀態(tài)）”，“下行（轎廂處于下行狀態(tài)）”“X（表示當(dāng)前樓層不被服務(wù)）”等等。第四，能夠設(shè)置當(dāng)前樓層號。第五，能夠?qū)崟r顯示轎廂當(dāng)前所處樓層。第六，能夠和下位單片機進行串口通信，將要顯示的信息傳輸給LED點陣顯示控制模塊。 PIC單片機不但管腳多，而且驅(qū)動能力強，單個管腳的輸出電流可達到25毫安，灌入電流可達20毫安。而所有管腳的總電流可達到200毫安，Vss的輸出電流可達300毫安，輸入電流可達250毫安[6]。一般發(fā)光二極管的驅(qū)動電流為10毫安[7]，可以直接驅(qū)動多個發(fā)光二極管。PIC18F6680的片內(nèi)代碼ROM容量高達64KB，足以容納代碼[8]。CAN總線控制接口更方便應(yīng)用編程，而且還有通用串口[9]，可以和LED點陣顯示模塊進行串行通信。 綜合上述考慮，主控制單片機選用PIC18F6680。 3.1.1 呼梯主控模塊總體電路圖 根據(jù)以上對呼梯主控模塊的功能分析，設(shè)計總體硬件電路如附錄3所示。 3.1.2 樓層顯示 圖3 樓層顯示7端數(shù)碼管 呼梯控制器應(yīng)該實時顯示對應(yīng)轎廂所在的當(dāng)前樓層。在這里，用一個I/O口控制兩個七段數(shù)碼管，顯示對應(yīng)轎廂所在的當(dāng)前樓層；用一個發(fā)光二極管指示該樓層號的正負。電路接線圖如圖3所示。電梯群控系統(tǒng)將該轎廂所處的樓層（BCD碼）通過CAN總線傳輸給呼梯控制器，呼梯控制器根據(jù)該信息動態(tài)顯示樓層信息。 3.1.3 呼梯請求 圖4 呼梯請求模塊 呼梯控制器的主要功能就是接收乘客的呼梯請求，并將該請求提交給電梯群控系統(tǒng)。一般呼梯請求分為上行請求和下行請求。這里，多設(shè)立了一個服務(wù)，就是呼梯取消請求。當(dāng)乘客誤呼梯或乘客決定選擇電梯群控系統(tǒng)給出的第二乘梯站點時，可以通過該按鈕取消先前的呼梯請求。從某種程度上講，這樣可以提高電梯系統(tǒng)的效率。具體的接線電路如圖4所示。在這里，用中斷的方式接收用戶的請求信息，也在一定的程度上提高了控制器的運行效率。 3.1.4 同LED顯示控制模塊進行串行通信 要在一個LED點陣顯示屏上顯示一個漢字字符需要32字節(jié)的數(shù)據(jù)信息。如果要能顯示32個漢字就需要用1KB的空間存儲相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對于一個沒有進行片外RAM擴充的單片機而言，這顯然是一種奢求。如果要顯示的信息的長度更長，不進行擴容是沒辦法的。上位PIC單片機擴容是很麻煩的，在這里要在下位C51單片機進行片外RAM擴展。這樣就出現(xiàn)一個問題：上位機接收到要通過LED點陣顯示屏顯示的數(shù)據(jù)后就必須將數(shù)據(jù)傳輸給下位單片機。下位單片機不但要顯示文字信息，還要同上位機進行串口通信，這就需要下位機采用中斷方式接受上位機的數(shù)據(jù)。如果下位機在顯示文字信息時接收到串行通信中斷，就需要清除原來的中斷返回斷點。具體電路如圖5所示。 圖5 串口通信 3.1.5 CAN總線通信 由于這里選用的單片機PIC18F8680內(nèi)部嵌入了CAN總線控