【自动化】基于can总线的电梯智能控制系统呼梯控制器设计与开发

武汉理工大学毕业设计（论文）题目基于CAN总线的电梯智能控制系统呼梯控制器设计与开发学院（系）自动化学院专业班级自动化0601班学生姓名余伦勇指导教师陈启宏，黄亮学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了本论文绪论章节的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“”）作者签名年月日导师签名年月日武汉理工大学本科生毕业设计（论文任务书学生姓名余伦勇专业班级自动化0601班指导教师陈启宏，黄亮工作单位自动化学院设计论文题目基于CAN总线的电梯智能控制系统呼梯控制器设计与开发设计（论文）主要内容解电梯控制系统结构，了解电梯群控原理，设计呼梯控制器，能手动设置楼层，实时接收CAN总线信息，滚动显示当前楼层号，并能实时采集按钮信号，点亮呼叫按钮，并将呼叫信息通过CAN总线发送给电梯主控制器。完成硬件电路设计并仿真。要求完成的主要任务1学习单片机的接口与应用技术（包括硬件和软件的设计）；2了解电梯的结构和工作原理；3分析呼梯控制的功能需求，确定呼梯控制器的几大功能模块；4设计呼梯主控模块的硬件电路（能设置显示楼层9999；CAN位率0125MBPS），并编写相关的软件；5设计LED点阵显示屏（16256，能同时显示32个汉字；串行通信位率4800BPS）控制模块的硬件电路，并编写相关的软件；6在PROTEUS中对软件和硬件进行仿真；7撰写毕业设计论文，字数不低于15000；8完成外文文献翻译，字数约为10000左右。必读参考资料1朱德文电梯群控技术M北京中国电力出版社，20052杜尚丰CAN总线测控技术及其应用M北京电子工业出版社，20043李学海PIC单片机原理M北京北京航空航天大学出版社，20034美DIJASIOPIC微控制器技术及应用M北京电子工业出版社，20035刘笃仁PIC软硬件系统设计M北京电子工业出版社，20036DEWENZHURESEARCHONFUZZYLOGICCONTROLLERINELEVATORTRAFFICDISPATCHMNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYPRESS2001指导教师签名系主任签名院长签名（章）武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着人类社会的发展和城镇化进程的加快，越来越多的人口涌向城市。形成了城市人口相对过剩，而城市及周边土地资源相对缺乏的严峻形势。为了解决这一突出矛盾，人们不断地将新科技新思维应用于城市建筑。进而产生了大型高楼，智能建筑等现代化的建筑理念。在当今现代社会，在城市的任何一个角落都可以看到电梯的身影。在高层建筑中，电梯已成为不可缺少的垂直运输设备；每幢大型高楼都也可说是一座垂直的城市，而电梯系统则可以比作这个城市的交通系统。因此，电梯的好坏尤为重要。在这里所说的电梯的好坏并不是单纯的指所制造的电梯质量的好坏。电梯作为一种为人们日常生活服务的运输工具，它的安全性，运输的高效性，所提供的服务的人性化程度更是重中之重。自从1854年，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他发明的升降梯安全装置，升降梯才开始真正的走进人们的生活并在世界范围内得到广泛的应用。而1889年，美国奥迪斯电梯公司制造出来的采用直流电动机作为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢的升降梯才算是名副其实的电梯。自那以后，电梯的外形和制作材质都在发生着巨大的变化100多年来，电梯的制作材质由黑色到彩色，样式由直式到斜式；在操纵控制方面更是步步出新，手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；外形更是千变万化，扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。随着人类在机械、电子、光学等领域的发展，调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保等新型电梯竞相问世。我国的电梯产业起步较国外要晚100多年，虽然在现代化建设中，我国的电梯产业取得了长足的进步和发展。而且有一些国内的研究所在就调频门控、智能远程监控、主机节能等先进的电梯技术进行研究，而且取得了一些成果；但是离实际应用任然有一段距离，同国外先进相比更是相距甚远。回顾电梯的发展，它的控制算法可以说是发生的巨大变化，现代电梯已采用电梯群控技术分为被动式控制方法和主动交互式控制方法。虽然主动交互式控制算法会比较复杂，但就控制效率而言，它不会比传统的被动式控制方法低，而且在某种情况下会得到更高的运行效率，有巨大的应用空间。而现在几乎所有的电梯都是采用被动式控制方式，电梯组件也是基于此设计；因此设计基于主动交互式控制方式的呼梯控制器将有很大的商业空间。其意义也是不言而喻。2、基本内容和技术方案查阅文献资料，在了解和熟悉目前国内外电梯系统结构、功能以及发展现状的基础上，对当前国内外电梯系统的相关资料进行搜集。在此基础上，对呼梯控制器的需求进行系统的归纳第一，通过CAN总线同电梯群控系统通信，向系统提交呼梯请求，取消请求。接收系统发出的轿厢到站指令和清除呼梯响应指令，让呼梯控制器熄灭呼梯响应指示灯。第二，通过中断的方式接受用户的呼梯请求和取消呼梯请求。第三，通过红色发光二极管指示呼梯请求按钮，取消呼梯按钮的位置；通过绿色发光二极管指示用户的请求是否被记录（绿色发光二极管被点亮说明该请求被记录，反之则未被记录）；通过发光二极管指示当前轿厢的某些状态，例如“FULL（轿厢已满）”，“负楼层（当前显示的楼层号为负）”，“上行（轿厢处于上行状态）”，“下行（轿厢处于下行状态）”，“X（表示当前楼层不被服务）”等等。第四，能够设置当前楼层号。第五，能够实时显示轿厢当前所处楼层。第六，能够和下位单片机进行串口通信，将要显示的信息传输给LED点阵显示控制模块。以此为依据，对电梯系统的呼梯控制器进行总体设计并完成电路原理图的绘制和仿真，完成字数不少于15万字得毕业设计论文。3、进度安排第12周毕业实习，撰写毕业实习报告；第34周翻译外文资料，初步确定方案，完成开题报告；第5周确定最终方案，并进行可行性分析；第68周硬件设计及程序代码编制；第9周中期检查；第1011周综合调试，根据结果完善系统；第1214周完成论文撰写；第15周论文答辩；第16周论文装订4、指导教师意见余伦勇同学调研充分，研究内容充实，技术方案明确可行，现已经具备开始毕业设计的条件。该生能达到预期的目标，同意进入设计阶段。指导教师签名年月日目录摘要1ABSTRACT21绪论311引言312课题研究意义413研究现状614主要研究内容92呼梯控制器总体方案设计1021CAN总线概述1022呼梯控制器功能需求分析1123呼梯控制器总体方案113呼梯控制器硬件设计1231呼梯主控模块设计12311呼梯主控模块总体电路图13312楼层显示13313呼梯请求14314同LED显示控制模块进行串行通信14315CAN总线通信15316楼层设置15317信息指示模块1732LED点阵显示模块设计18321LED点阵显示模块总体电路18322LED点阵显示屏的搭建18323LED点阵显示模块驱动20324LED点阵显示屏的主控模块244系统软件设计2641软件编辑环境介绍2642主控模块软件设计26421主控模块软件概述26422主控模块主要流程图2743LED点阵显示控制器软件设计30431LED点阵显示屏主控程序概述30432LED点阵显示屏主控程序流程图315基于PROTEUS的系统仿真3251PROTEUS概述3252呼梯主控模块仿真电路3253LED点阵显示屏控制模块仿真电路3254PROTEUS仿真结果33541呼梯主控模块仿真33542LED点阵屏控制模块仿真376全文总结及展望38致谢40参考文献41附录1主控制器源程序42附录2LED点阵显示控制器源程序49附录3主控模块总体电路54附录4LED点阵显示控制模块总体电路图55附录5呼梯主控模块仿真电路56附录6LED点阵显示屏控制模块仿真电路57摘要全文对电梯的产生，发展历程以及发展方向作了一个大致的介绍。其中，重点突出了电梯控制方法的发展和变化。电梯控制方法虽然千变万化，但始终是围绕一个目的提高电梯的运行效率。本论文分析了现代电梯群控方案之后，将整个电梯系统始终在被动地响应人们的呼梯请求的电梯控制方法归为被动式电梯群控方法；并在此基础上提出了一种新的电梯群控构想电梯群控系统可以根据用户的呼梯请求和当前的轿厢运行状态给出乘客的最佳乘梯点，并通过信息显示模块告诉乘客。并将这种控制方法命名为主动交互式电梯群控方法。在此基础上，本文分析了这种电梯控制方法对电梯系统硬件的新要求。经过分析，得出了需要修改当前呼梯控制器的设计方案的结论。传统的呼梯控制器只能接收乘客的呼梯请求，显示轿厢的当前楼层。显然是不能满足交互式的电梯群控技术的要求。一般的呼梯控制器，用户的呼梯请求会被呼梯控制器锁存，直到电梯运行到该楼层才会被清除。对于采用现代电梯群控技术的电梯群，当某一人发出了呼梯请求，为了提高运行效率，群控算法可能让另一部电梯为其服务。这就要求呼梯控制器可以接收总控机的指令，将呼梯请求清零或重置。由于电梯有多种工作模式，及时通知乘客当前的运行模式并给出合适的乘梯点将会使电梯系统按照最优的运行路线进行，这就需要呼梯控制器有强大的信息显示功能。围绕这些新的功能需求，本文在第三章中进行了相应的呼梯控制器的硬件设计；在第四章中对呼梯控制器的软件部分进行了设计；在第五章中对整个呼梯控制器进行了基于PROTEUS的仿真。关键字主动交互式电梯群控；呼梯控制器；PROTEUS仿真ABSTRACTTHEFULLPAPERMAKEAGENERALINTRODUCTIONOFPRODUCTIONOFELEVATORANDTHEPROCESSOFELEVATORSDEVELOPHIGHLIGHTSTHEDEVELOPMENTOFELEVATORCONTROLANDCHANGEINTHEPAPERALTHOUGHCHANGINGTHELIFTCONTROL,BUTITISALWAYSAROUNDAPURPOSEIMPROVINGTHEEFFICIENCYOFTHEELEVATORAFTERANALYZESTHEMODERNELEVATORGROUPCONTROLPROGRAMINTHEPAPER,WEDEFINETHEELEVATORCONTROLMETHODINWHICHTHEWHOLESYSTEMWILLALWAYSCALLAPASSIVERESPONSETOPEOPLESREQUESTSFORELEVATORCONTROLLADDERASAPASSIVEMETHODOFELEVATORGROUPCONTROLONTHISBASIS,WEPROPOSEANEWCONCEPTOFELEVATORGROUPCONTROLMETHODACCORDINGTOTHEUSERSCALLREQUESTANDTHECURRENTCARRUNNING,ELEVATORGROUPCONTROLSYSTEMLADDERGIVEPASSENGERSTHEBESTPOINTAONTHISBASIS,THISPAPERANALYZESTHENEWELEVATORCONTROLMETHODSNEWREQUIREMENTSFORELEVATORHARDWAREAFTERANALYSIS,WEGETARESULTTHATWESHOULDMODIFYTHECURRENTLADDERCONTROLLERDESIGNCONVENTIONALCONTROLLERCANONLYRECEIVECALLSLADDERLADDERPASSENGERSCALLREQUESTANDSHOWCAROFTHECURRENTFLOOROBVIOUSLYCANNOTMEETTHEREQUESTSOFINTERACTIVEELEVATORGROUPCONTROLTECHNOLOGYINTHEGENERALCALLLADDERCONTROLLER,THEUSERSCALLREQUESTWILLBELATCHEDBYCALLLADDERCONTROLLERUNTILTHECARRUNTOTHEFLOORINTHEELEVATORTHATUSESMODERNELEVATORGROUPCONTROLTECHNOLOGY,WHENALADDERGIVEACALLREQUEST,GROUPCONTROLALGORITHMMAYALLOWTHEOTHERCARSERVETHELADDERFORIMPROVINGEFFICIENCYTHISREQUIRESTHECALLLADDERCONTROLLERCANACCEPTTHEMASTERCONTROLLERSINSTRUCTIONSANDCLEARORRESETTHECALLREQUESTASTHEELEVATORHASAVARIETYOFOPERATINGMODES,TOINFORMPASSENGERSOFTHECURRENTOPERATINGMODEANDGIVETHERIGHTPOINTBYLADDERWILLRUNTHEELEVATORSYSTEMINACCORDANCEWITHTHEOPTIMALROUTESOCALLLADDERCONTROLLERREQUIRESADISPLAYAROUNDTHENEEDSOFTHESENEWFEATURES,THISPAPERDESCRIBESTHEHARDWAREDESIGNOFTHECONTROLLERCALLLADDERINTHETHIRDCHAPTERTHISPAPERDESCRIBESTHESOFTWAREDESIGNOFTHECONTROLLERCALLLADDERINTHEFOURTHCHAPTERTHISPAPERSIMULATETHEENTIRECALLLADDERBASEDONTHE“PROTEUS”INTHEFIFTHCHAPTERKEYWORDSACTIVEINTERACTIVEELEVATORGROUPCONTROL；CALLLADDERCONTROLLER“PROTEUS”SIMULATE1绪论11引言随着人类社会的发展和城镇化进程的加快，越来越多的人口涌向城市。形成了城市人口相对过剩，而城市及周边土地资源相对缺乏的严峻形势。为了解决这一突出矛盾，人们不断地将新科技新思维应用于城市建筑。进而产生了大型高楼，智能建筑等现代化的建筑理念。在当今现代社会，在城市的任何一个角落都可以看到电梯的身影。公司大楼需要电梯，以方便工作人员上班下班；大学中的教学楼需要电梯，以方便师生上下课；医院更是需要有电梯，以运送重伤的病人上下楼。毫无疑问，在高层建筑中，电梯已成为不可缺少的垂直运输设备；每幢大型高楼都也可说是一座垂直的城市，而电梯系统则可以比作这个城市的交通系统。因此，电梯的好坏尤为重要。在这里所说的电梯的好坏并不是单纯的指所制造的电梯质量的好坏。电梯作为一种为人们日常生活服务的运输工具，它的安全性，运输的高效性，所提供的服务的人性化程度更是重中之重。电梯作为运输人的交通工具以来，它的安全性始终是放在第一位的。但是自从1854年，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他发明的升降梯安全装置，升降梯开始为人们服务以来；虽然电梯历经一百多年的发展，电梯的制作材质由黑色到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新，手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，外形更是千变万化，扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭1。然而电梯的安全装置在原理并没有发生太大的突破，所改变的仅仅是将以往的机械安全装置电气化，以提高电梯使用的安全性。为了提高电梯的运行效率，电梯的控制技术历经一百多年的发展，出现了将多台电梯进行分组，根据楼内交通量的变化，用计算机控制，实现最优输送的电梯群控技术。早在1946年就设计了电梯群控系统，1949年建成的联合国大厦中的电梯应用了电梯群控技术，1975年以后，发展到现代电梯群控系统阶段。电梯群控系统的应用历经了简易自动控制，集选控制和群控几个发展阶段。在使用电梯的初期，由于电梯由司机来操纵的控制方式很不经济，因此人们采用了简易的自动控制方式。但是它不能同时响应多个呼梯信号，使用起来很不方便，而且运行效率低下。后来出现了集选控制，它能记录所有的呼梯信号，并在前进方向上根据呼梯顺序停靠。直到这一时期，各电梯都是单独控制的。到后来，随着社会的发展和大型建筑的出现，特别是大型办公楼，只有单台电梯不能很好地应付全部客流，因此需要在建筑中同时设置多部电梯。这样就出现了一个问题，这多部电梯是共用一个控制器，还是分别配置相应的控制器。如果各电梯采用独立的控制器，由于各电梯之间缺少必要的联系，如果在某一层的乘客同时向每部电梯都发出了呼梯请求，那么这几部电梯有可能都为该乘客服务，这样根本不能体现大型建筑中设置多部电梯的意义。另一方面，在类似于办公大楼的这种大型建筑中，上下班的单行客流十分集中，上班的上行乘客，下班的下行乘客，午饭时的上下行乘客十分多，单靠增加电梯的荷载，速度，台数是不能适应这种客流量的剧烈变化规律的，也难以克服轿厢的频繁往返运行，更无法改善在某时间段内必然出现的长候梯现象。关键问题在于如何对这几部电梯进行集中调度。要根据轿厢的人数，上下行的停站数，层站及轿厢内呼梯，以及轿厢所在的位置等因素，来实时分析客流的变化情况，自动选择最合适的输送方式。为此，这多部电梯应该共用一个控制器。这里所说的共用一个控制器并不是说在物理上只有一个控制器，而是在各个电梯的控制器的基础上还有一个主控制器，负责各电梯的综合调度。在逻辑上，就像是只有一个控制器一样。在这样的系统中，层站的召唤按钮对所有并联电梯来说是共有的，交通流量监控系统能确定电梯群中的哪一部电梯去应答层站召唤信号。据不完全统计，从1986年到2002年，我国发布的电梯交通配置方面的专利共有231项，其中同电梯群控相关的专利就占了105项，大约占电梯交通配置专利的452。由此可见，人们对电梯群控技术可算得上是情有独钟。为什么人们偏偏对电梯群控技术情有独钟呢虽然电梯已有一百多年的历史，但电梯的安全技术早已成熟定型。随着社会的进步，城市的发展和大型高楼的涌现，电梯运行效率逐渐成为电梯应用的瓶颈。如何将现有电梯的运行效率提升得更高成为学者们探讨的话题和研究的课题。电梯控制技术发展到今天的现代电梯群控技术，虽然电梯的运行效率较以往要高得多；但社会在进步，大楼会越来越高，越来越大，人们对更高效率的电梯的需求将是一个永恒不变的课题。12课题研究意义随着社会的进步和城市的发展，智能建筑的概念应运而生。智能建筑是以建筑为平台，兼备建筑设备，办公自动化及通信网络系统，集结构，系统，服务，管理及他们之间的最优化组合，向人们提供一个安全，高效，舒适，便利的建筑环境。也可以说，智能建筑是综合采用了电子信息技术，通信技术和计算机技术，对大楼的设备进行综合自动监控，对信息资源进行管理，对用户提供综合信息服务的，符合未来信息化社会要求的建筑物。兴建智能建筑已成为当今世界的开发热点，也是各国综合国力的具体表征。电梯交通配置是构成智能建筑的三大系统之一楼宇自动化系统中的重要内容。智能建筑业的飞速发展必然带动电梯交通业的发展。没有电梯交通配置技术与之相适应，智能建筑业的飞速发展将是不可想象的。当今在美国，在新建建筑和改建的楼房中，70是智能建筑。日本到20世纪末，有65的大楼已经达到智能建筑的标准。国内智能建筑业也在飞速发展，据统计，全国已建成智能建筑1400幢，其中北京700幢，上海400幢，广东和江苏各为200幢。外刊预测21世纪全世界的智能建筑有一半以上将建在中国。由此可见电梯交通配置的重要地位。而对电梯交通配置的关键环节电梯群控的研究的意义更是不言而喻3。电梯作为一种专为人服务的交通工具，乘客对电梯性能的评价是十分重要的。作为大楼公共交通工具的电梯系统，最重要的是安全运行，这样，乘客对电梯才能产生一种信任感。乘客的要求可分为两类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。这两种承受能力和多个因素有关，且表现得相当程度的复杂性。生理上的要求是指乘客对其在垂直平面内的轿厢运动方式提出要求。当人们在电梯所在的垂直平面内运动时，引起体内器官在体内移动，从而产生不舒服的感觉，这种感觉发生在人体承受加速和减速时，即所谓的超重和失重效应。作为飞行员或者航天员而言，他们需要进行这方面的训练。但作为垂直公共交通系统主要交通工具的电梯系统，不可能要求电梯系统的乘客拥有飞行员一样的身体素质，能承受较大的加速度。因此必须在生理上满足大部分人的要求。人们对重力加速度效应反应的轻重，不仅取决于年龄，还与人们生理和心理方面的健康状况，以及运行是否突然发生等因素有关。到目前为止，还没有一个明确的理论来解释加速度和人体健康之间的关系，但凭经验可以知道人们对电梯的运行速度的适应性是很强的，甚至可以说是没有限制的，但是对加速度的适应性却是很有限的。因此加减速度应限制在大约15米每平方秒之内，加速度的变化率不超过2米每立方秒且保持恒定，这种不舒服的感觉便可以减轻3。可以预料，人们心理上的感觉是十分微妙的。乘客对同一部电梯的服务级别有一定的要求，但同样是这位乘客在一天中的不同时间和不同地点，却对电梯的服务级别有着不同的要求。就以一个普通的白领为例，在上班乘电梯的过程中对电梯的服务没有太多的要求，尤其是在他打过上班卡后，更是没有任何的烦躁感产生；但同样是这位员工，乘坐同样的电梯，当他下班回家的时候如果不能迅速离开办公大楼，就会产生明显的烦躁感；相对而言，他就不会对自家住宅电梯的服务级别作出相同的要求。乘客的这种要求可以归纳为乘客对候梯时间的要求，候梯时间是主要的心理要求。乘客对乘梯时间长短是影响乘客心理状态的第二为因素。例如，去建筑物的顶层的乘客在乘梯时间长于90秒时，会对电梯的中间层停靠变得极为不赖烦。其容忍程度还取决于他是否有同伴同行，以及其他乘客的行为举止如何等。这种心理上的要求由一位外国学者归纳为乘客乘坐电梯的时间应保持在一个特定的期限内。另外也存在着其它心理因素，如美观大方的轿厢装潢，考究的候梯厅和轿门外观等因素，增加了乘客对电梯系统的信任感，克服了人们对乘坐电梯的担心心理。实践证明，对于办公大楼等大型建筑，采用电梯群控技术，可使电梯交通系统质量大为改善，一般可使平均间隙时间缩短1525，即输送能力提升1525。由于实现自动高度和各层均等服务，可使长候梯时间大为缩短，一般可减少4060。根据研究，乘客的候梯心理烦躁程度与候梯时间的平方成正比。而候梯时间超过60秒即为所谓的长候梯时间，其心理烦躁程度会急剧上升，采用电梯群控技术将使种情况大为改善3。乘客对电梯生理上的要求一般可以通过改善单台电梯的运行性能来满足，这些改动现在已经由电梯生产厂家直接在电梯的运行参数中予以保证，一般不再电梯交通配置设计的考虑范围之内。而乘客心理上的要求就不是简单地改善电梯系统的运行能够满足得了，他需要通过对电梯群的有效协调控制来满足。乘客对乘坐电梯的心理要求主要表现在对候梯时间和行程时间上的要求，但在不同的客流交通情况下，转变为不同的具体要求。这就要在电梯系统安装之前通过有效的计算和分析，设计合适的群控算法，确保电梯系统在运行期间能够保证乘客的心理要求。综合以上分析，电梯群控技术的应用将是一个不可逆转的发展方向。一个技术的发展和应用必然对原有电梯的设备提出了新的要求。例如在某些商务大楼中，如果在某层有一个临时会议。这就需要电梯系统分配一个临时的专线电梯（如从厅堂直达会议楼层），为这些特定的乘客服务。在这种情况下，该台电梯将不会为其它的楼层服务，这就需要用有效的方式将这一临时变更及时地告诉给任何可能需要乘坐该电梯的人。最有效的方法是在呼梯厅设置一个专用的信息显示面板，供系统发布实时的变更通知。除此以外，还要求系统能按需求随时禁用和启用该呼梯面板；撤消某一呼梯厅口的呼梯请求等等。研究并设计适应新型电梯控制技术要求的电梯呼梯控制器在内的一系列相应电梯组件对于新技术的应用的意义不言而喻。13研究现状不同用途的建筑，客流交通的特点也不尽相同。对各类建筑的客流交通特点的分析和计算是进行电梯合理配置，研究控制方法和策略的基础。即使同一个建筑，由于具体使用情况的不同，当地生活习惯和作息制度的不同，以及季节的变化，其客流情况也会有很大的差别。但是统计结果表明，它的确是存在一种稳定的规律。但是，即使在同一座建筑物，由于其具体使用情况的不同和季节的变化，都会导致客流规律的变化，这也正是电梯交通系统固有的一种不确定性，也是导致电梯控制与配置的难点之一3。不同的电梯系统对交通模式的分类会有些不同，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，午饭前交通模式，午饭后交通模式，随机层间交通模式，客闲交通模式，会议交通模式等。当主要的客流是上行方向，即全部或者大多数乘客在建筑物的门厅进入电梯且上行，然后分散到大楼的各层。这种情况被定义为上行高峰交通模式。它一般发生在早上上班时刻和午休结束时刻。一般这样认为，一个电梯系统如果能够有效地应付上行高峰期的交通需求，那么该电梯系统也可以满足其它交通模式的交通需求。当主要的客流是下行方向，全部或者大多数乘客是从大楼的各层站乘梯下行到门厅并离开电梯，这种状况被定义为下行高峰交通模式。通常发生在下班时刻和午休开始时刻。下行高峰期，乘客密度较大，往往使轿厢停靠一两层后轿厢就满员了，因此应合理地确定上行轿厢的目的层，然后向下运行，使电梯系统均匀地服务于各层的下行乘客。当主要的客流是从某一层来或朝着某一层去，而该层不是门厅，这种状况被定义为两路交通模式。两路交通状况多是由于在大楼的某一层设置有茶点部或会议室，在某一天的某一时段该层吸引了相当多的到达和离开的呼梯信号。所以两路交通模式发生在上午和下午休息期间或会议期间。出现两路交通模式时，电梯系统应加强特定楼层的客流输送能力，应派剩余空间比较大的电梯来服务，或干脆将轿厢直接调过来为其服务。电梯系统应对这特定楼层交通进行记忆和学习，对此类楼层的呼梯给予更多的重视和优先权。对此类楼层服务的轿厢的可用空间给予较高的权值。当主要的客流是朝着某两个楼层或从某两个特定的楼层而来，而其中的一个楼层可能是门厅，这种交通状况被定义为四路交通模式。在中午休息期间，会出现客流上行和下行两个方向的高峰状况。午饭时客流主要是下行，超门厅和餐厅。午休快结束时，主要是从门厅和餐厅上行。所以四路交通多发生在午休期间。四路交通又可分为午饭前模式和午饭后模式。此两种交通模式与早上晚上发生的上行和下行客流高峰不同，虽然主要客流都为上行模式和下行模式，但这两类交通模式同时还有相当比例的层间交通和相反方向的交通。交通量的比例还与午休时间的长短，餐厅的位置以及大楼的使用情况有关。出现四路交通时，不但要考虑主要交通客流，还要考虑其它客流。与单纯的上下高峰期有所不同。在上午上班时间后和午饭前之间和中午上班后至下午下班前之间，大楼层间客流交通占主要部分。这种客流模式被定义为层间交通模式。层间交通模式是一种基本的交通状况，存在于一天中的大部分时间。层间交通要求合理的停靠策略。当轿厢没有呼梯信号分配给它时，应考虑轿厢停靠在哪一层。可以要求空轿厢均匀的停靠在各个楼层，也可以要求轿厢停在客流较大的楼层（当然这需要电梯系统经过较长时间的学习），还可以根据各楼层当前的人员数量来确定轿厢优先停靠点。客闲交通模式是指客流量很小时的情况，如在休息日，夜晚，清晨等。由电梯群控系统的交通特性可知，同一座建筑物在一天中的不同时期，客流模式差异也很大，不同的客流情况对电梯系统有不同的要求，只有采用不同的控制策略和算法，才能获得满意的控制效果。对客流模式的辨识的正确性和及时性对电梯系统的性能具有重要影响。针对电梯控制的这一现实状况，人们开发了几类电梯群控系统。全自动群控运行方式电梯群控系统该系统适用于上下班时，比较缓慢地出现暂时客流高峰的情况。全自动群控方式兼带高峰负荷服务的群控系统该系统适用于上下班时出现暂时客流高峰的情况。这种高级运行操作方式，在平时能消除特定的或暂时高峰负荷而出现的混乱。全自动群控运行方式兼带信息存储的群控系统该系统适用于独家公司专用大型办公楼或大型宾馆，可适应营业时间内的各种交通客流变化情况，用及时预约和缩短候梯时间等功能来提高服务效率。在计算机控制技术出现以前，主要应用数理统计的方法进行电梯交通统计特性的研究。到了现代电梯阶段电梯技术以计算机，群控和集成模块为特征，对于超高层建筑来说，电梯结构向双层轿厢和空中大厅形式发展，电梯交通系统也已成为楼宇自动化的一个重要子系统。电梯交通配置的发展趋势是从统计特性过渡到动态特性；以专家系统和神经网络等人工智能技术为武装；广泛使用计算机群控技术和电梯交通配置CAD；同时也继续拓宽研究统计公式及确定统计参数。电梯交通系统利用计算机控制的第一个方法，是将常规控制算法用软件程序实现。由于常规控制算法提供的性能必然受到它的固定逻辑程序所限制，因此不是最优的方法。另一种可能是一种新的设计的控制系统，按照每个轿厢应答召唤信号的时间，把层站召唤信号分配给轿厢。它还包括许多其它的功能，如优先级的确定，对客流频繁的楼层的考虑，以及对长时间候梯信号的优先服务等。计算机控制能直接完成控制算法参数的在线变化，通过新程序输入计算机，不需要重新布线，能很快实现控制算法的完全改变。计算机控制的另一个优点是其数据的记录功能。在计算机中能记录和分析交通状况和目的数据信息，记录分析轿厢的运行和电梯的性能，开关门的时间，故障部件检测记录数据的保存等。可以实现这些数据的远距离查询，并随时监测任何故障的发生。根据这些数据可以改进控制算法参数，使其适应建筑物的需求。自从计算机应用到电梯交通系统之后，开始研究系统的动态特性，即用模糊逻辑，专家系统和人工神经网络等人工智能技术来描述电梯交通系统的非线性，不确定性，模糊性和扰动性，从而提高电梯交通系统的整体服务性能，完成电梯交通整体最优配置。表1列举出了从1986年到2002年以来，我国发布的电梯群控专利情况3。表1电梯群控专利明细表项目系统整体模糊控制神经网络专家系统计算机网络分组算法电子信息硬件其它数量（项）427112121228比例（）40671119114114267合计（项）105正如前面所述，为了使电梯在各种客流模式下都有较高的运行效率，人们针对各种客流模式的特点设计出了相应的电梯群控模式，例如客闲模式，平常模式，上行高峰模式，下行高峰模式，午饭交通状态等。电梯系统采用相应的辨识算法，识别当前的客流模式，并将电梯切换到相应的运行模式。这样固然能得到很高的运行效率，但是有没有办法将整个系统的运行效率提升得更高呢从表1可以看出，人们将太多的精力都花在改进电梯的控制算法（电梯系统的软件部分），而将很少的精力花在电梯硬组件的改进。从人们的生活中也可以看出一些端倪。在很多大型建筑内，虽然用的是比较先进的电梯群控算法，但是呼梯控制器等一些电梯组件却没有更新。就拿呼梯控制器来说，都只有“上”、“下”两个呼梯请求按钮。也有一些呼梯控制器多安装了一个呼梯“取消”按钮，用来撤消用户的错误呼梯请求。也有少数国外智能电梯系统还在呼梯控制面板上设置了一个触摸面板，可以让用户输入目的楼层，以便电梯群控系统更具该请求优化整个电梯系统的运行。从某种程度说，这是对传统电梯组件的改进，但并未从根本上去改变传统的电梯组件设计电梯组件的观念并未改变。不难看出，整个电梯系统始终在被动地响应人们的呼梯请求。就像学生被动地听老师将课一样，缺少老师和学生之间的交流老师不知到那些该讲那些可不讲。这样教学的效果也高不到哪里去。试想一下，如果客户在某一楼层发出了呼梯请求，按照群控算法60秒后客户可以乘上电梯；然而系统提示，客户可以花20秒的时间步行到某一层，然后过20秒的时间就可以乘上电梯（当然这只适用于普通的电梯系统，对于医院电梯和运货电梯并不适用）。对于乘客而言不但多了一种快捷的乘梯选择，而且在某种程度上减轻了乘客候梯所产生的烦躁感。对于整个电梯系统而言，可以通过这种交互式方式让乘客到最优的乘梯点候梯，可以主动地削弱随机的呼梯请求对整个系统的干扰，使得整个电梯系统始终在最优运行方式附近工作。相对于传统的被动式电梯群控系统而言，这种主动交互式电梯群控方案似乎具有更好的鲁棒性和更高的运行效率。这就需要用新的理念去设计呼梯控制器一种与这种群控算法相适应的呼梯控制器。14主要研究内容正如上文所论述的那样，本文主要内容就是分析主动交互式电梯群控系统中，系统对呼梯控制器所提出的新功能需求，并在此基础上设计与之相适应的呼梯控制器。第二章主要介绍了选用CAN总线的原因所在，分析了新的电梯群控方案对呼梯控制器的新要求，并在此基础上提出了一个新概念呼梯控制器的设计方案基于双控制核心的主动交互式电梯群控系统呼梯控制器。第三章在第二章的基础上对呼梯控制器进行硬件设计。该呼梯控制器由两个控制核心构成主控模块和LED显示控制模块。主控模块采用PIC18F6680单片机，主要用于接收用户的各种呼梯请求，并将呼梯请求按照既定的通信协议进行数据打包，通过CAN总线提交给电梯群控中心。除此以外，还要接收电梯群控系统发来的各种命令，并执行完成用户呼梯请求的撤销，置呼梯请求，禁用呼梯面板，同LED显示控制模块进行串行通信等任务。LED显示控制模块通过串口同主控模块进行通信，接收要显示的数据信息并在LED点阵显示屏上动态显示。第四章针对第三章设计的硬件电路图和第二章中的功能分析进行在线软件设计。其中包括通信协议的设计，通信数据的打包和数据解码，数据信息的动态显示，CAN通信，串口通信等功能模块。第五章对设计方案进行了软件仿真。主要对主控模块的呼梯请求部分和LED点阵显示控制模块的文字信息的动态显示进行了仿真。第六章对前文进行了总结性论述，比较详细地阐述了提出主动交互式控制方案的缘由和电梯系统采用这一群控方案的优势所在，并提出了实现这一控制方案所要解决的两个问题一是设计出一个合适地群控算法，二是设计出与之相适应的呼梯控制器。2呼梯控制器总体方案设计21CAN总线概述CAN是CONTROLLERAREANETWORK的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。由于它的高性能和可靠性，被广泛地应用于工业自动化，汽车，工业设备等方面CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信协议4。CAN总线是一种多主总线，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，例如位填充，数据块编码，循环冗余校验，优先级判别等工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码通信方式，而代之以对通信数据块进行编码的通信方式。采用这种方法的一大优点是可以使网络内的节点个数在理论上不受限制。这种按数据块编码的方式还可以使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。按照CAN协议，数据段长度最多为8字节，可以满足通常工业领域中的控制命令，工作状态及测试数据的一般要求。同时，8字节数据不会占用太长的总线时间，从而保证了通信的实时性。CAN协议对数据采用CRC检验，可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性5ERRORREFERENCESOURCENOTFOUND。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送数据而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。除此之外，CAN总线还有许多优点1采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突2具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；3采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；4可靠的错误处理和检错机制；5发送的信息遭到破坏后，可自动重发；6节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；7可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；8采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；9报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息10具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CANBUS上，形成多主机局部网络。22呼梯控制器功能需求分析正如前面的分析，人们总是在想方设法地完善现有的客流模型，从而进一步提高电梯的运行效率。人们总是在以“人”为中心，总是在试着建立更优的乘客乘梯模型，总是在揣摩乘梯者的心理。人们的种种尝试和努力近乎全部将提升电梯系统运行效率的责任交给了电梯群控系统，而乘客的呼梯请求却总是在降低电梯系统的运行效率。要知道，虽然电梯是专为人服务的，但结果始终是人们从中受益。对提升电梯系统的运行效率，乘客也应该承担相应的责任和义务。这就要求人们转变传统的电梯群控观念，变被动的电梯群控技术为主动交互式的电梯群控技术。电梯系统同乘客的交互可以在两个时段进行候梯阶段和乘梯阶段。候梯阶段的交互可以是电梯系统动态地给出乘客候梯的剩余时间，也可以给出一个更省时的候梯方案。虽然这样并不一定能提高电梯系统的运行效率（假如乘客不愿意到更合适的候梯点，抑或乘客到指定的候梯点乘上电梯后乘梯时间将更长），但有一点是可以肯定的，这样可以显著的改善乘客的候梯心理。就像人们等公交车一样，如果可以乘坐的公交只有一辆，那么即使是等30秒，他也会很不耐烦。相反，如果可乘坐的公交车有很多辆，即使是等上1分钟，他的心情也一定不会比前一种情况糟糕。因为他心里很清楚，可乘坐的车很多，也许下一辆就是他所等的车了。相对而言，乘梯阶段的交互似乎很困难。当目的楼层有多个时，给出到达目的楼层的时间视乎并不现实；而根据顾客的目的楼层，给出合适的转乘路线似乎也不符合乘梯心理。就像人们乘坐公交车一样，人们宁愿多花10分钟也不愿意为了这10分钟而去转车。由以上分析可知，在呼梯阶段实现电梯系统同乘客间的交互似乎更有效。传统的呼梯控制器只能接收乘客的呼梯请求，显示轿厢的当前楼层。显然是不能满足交互式的电梯群控技术的要求。一般的呼梯控制器，用户的呼梯请求会被呼梯控制器锁存，直到电梯运行到该楼层才会被清除。对于采用现代电梯群控技术的电梯群，当某一人发出了呼梯请求，为了提高运行效率，群控算法可能让另一部电梯为其服务。这就要求呼梯控制器可以接受总控机的指令，将呼梯请求清零或重置。由于电梯有多种工作模式，及时通知乘客当前的运行模式并给出合适的乘梯点将会使电梯系统按照最优的运行路线进行，这就需要呼梯控制器有强大的信息显示功能。23呼梯控制器总体方案呼梯控制器由两部分组成主控模块和LED点阵显示模块。主控模块完成同电梯控制系统的通信，接受用户的呼梯请求，动态显示轿厢的运行状态（运行方向和所处楼层）以及将要显示的信息发送给LED点阵显示模块显示。LED显示模块负责存储和显示电梯系统发送来的信息，它是实现电梯系统同用户之间交互的重要平台。呼梯控制器的方框原理图如图1所示。呼梯主控模块PIC18F6680LED点阵显示控制模块AT89C51LED点阵显示屏16256CAN总线网络CAN双向CAN通信串口通信行选列选图1呼梯控制器总体方框图3呼梯控制器硬件设计31呼梯主控模块设计本模块是呼梯控制器的核心部分。它主要的功能是第一，通过CAN总线同电梯群控系统通信，向系统提交呼梯请求，取消请求。接收系统发出的轿厢到站指令和清除呼梯响应指令，让呼梯控制器熄灭呼梯响应指示灯。第二，通过中断的方式接受用户的呼梯请求和取消呼梯请求。第三，通过红色发光二极管指示呼梯请求按钮，取消呼梯按钮的位置；通过绿色发光二极管指示用户的请求是否被记录（绿色发光二极管被点亮说明该请求被记录，反之则未被记录）；通过发光二极管指示当前轿厢的某些状态，例如“FULL（轿厢已满）”，“负楼层（当前显示的楼层号为负）”，“上行（轿厢处于上行状态）”，“下行（轿厢处于下行状态）”“X（表示当前楼层不被服务）”等等。第四，能够设置当前楼层号。第五，能够实时显示轿厢当前所处楼层。第六，能够和下位单片机进行串口通信，将要显示的信息传输给LED点阵显示控制模块。PIC单片机不但管脚多，而且驱动能力强，单个管脚的输出电流可达到25毫安，灌入电流可达20毫安。而所有管脚的总电流可达到200毫安，VSS的输出电流可达300毫安，输入电流可达250毫安6。一般发光二极管的驱动电流为10毫安7，可以直接驱动多个发光二极管。PIC18F6680的片内代码ROM容量高达64KB，足以容纳代码8。CAN总线控制接口更方便应用编程，而且还有通用串口9，可以和LED点阵显示模块进行串行通信。综合上述考虑，主控制单片机选用PIC18F6680。311呼梯主控模块总体电路图根据以上对呼梯主控模块的功能分析，设计总体硬件电路如附录3所示。312楼层显示A7QA13B1B12C2QC1D6D10BI/RBO4QE9I5F15LT3QG14U1374LS4865412U7OPTO65412U8OPTO65412U6OPTO65412U9OPTO65412U1OPTO65412U12OPTO65412U10OPTOR392KR402KR412KR422KR42KR452KR462KR392KR402KR412KR422KR42KR452KR462K24VA7QA13B1B12C2QC1D6D10BI/RBO4QE9I5F15LT3QG14U1374LS4865412U7OPTO65412U8OPTO65412U6OPTO65412U9OPTO65412U1OPTO65412U12OPTO65412U10OPTOR392KR402KR412KR422KR42KR452KR462KR392KR402KR412KR422KR42KR452KR462K24V图3楼层显示7端数码管呼梯控制器应该实时显示对应轿厢所在的当前楼层。在这里，用一个I/O口控制两个七段数码管，显示对应轿厢所在的当前楼层；用一个发光二极管指示该楼层号的正负。电路接线图如图3所示。电梯群控系统将该轿厢所处的楼层（BCD码）通过CAN总线传输给呼梯控制器，呼梯控制器根据该信息动态显示楼层信息。313呼梯请求24V65412U1OPTO5V65412U3OPTO65412U4OPTOC410UFC510U