目 录

一、设计题目 ...................................................................................................................................................... 1 二、设计要求 ...................................................................................................................................................... 1 三、设计作用与目的 .......................................................................................................................................... 1 四、所用设备及软件 .......................................................................................................................................... 3 五、系统设计方案 .............................................................................................................................................. 3

5.1、系统总体设计 .................................................................................................................................... 4 5.2、系统工作原理 .................................................................................................................................... 5 六、系统硬件设计 .............................................................................................................................................. 7

6.1、系统整体设计 .................................................................................................................................... 8 6.2、整流滤波单元 .................................................................................................................................. 10 6.3、电机速度及转子位置检测单元 .......................................................................................................11 6.4、逆变单元 .......................................................................................................................................... 12 6.5、控制电路电源模块 .......................................................................................................................... 12 6.6、看门狗模块 ...................................................................................................................................... 14 6.7、低电压复位模块 .............................................................................................................................. 15 6.8、电流检测模块 .................................................................................................................................. 16 6.9、故障报警模块 .................................................................................................................................. 16 6.10、编程与仿真接口 ............................................................................................................................ 17 七、系统软件设计 ............................................................................................................................................ 18

7.1、主程序流程设计 .............................................................................................................................. 18 7.2、初始化模块 ...................................................................................................................................... 19 7.3、中断模块 .......................................................................................................................................... 20 7.4、开关量输入模块 .............................................................................................................................. 21 7.5、故障处理模块 .................................................................................................................................. 22 7.6、正常工作模块 .................................................................................................................................. 23 7.7、检修工作模块 .................................................................................................................................. 23 7.8、消防状态工作模块 .......................................................................................................................... 24 7.9、CAN总线接收的数据处理模块 ....................................................................................................... 25 7.10、系统断电数据保存模块 ................................................................................................................ 26 7.11、软件定时器模块 ............................................................................................................................ 26 八、实验调试结果 ............................................................................................................................................ 27 九、设计中的问题及解决方法 ........................................................................................................................ 30 十、设计心得 .................................................................................................................................................... 31 十一、参考文献 ................................................................................................................................................ 32

嵌入式系统在智能电梯中的应用研究

一、设计题目

嵌入式系统在智能电梯中的应用研究

二、设计要求

嵌入式实时系统作为计算机应用的一个崭新领域，以其简洁、高效等特点越来越多地受到人们的广泛关注。本文以嵌入式实时操作系统在一种基于CAN总线的分布式智能电梯控制系统中的应用为背景，以高性能的嵌入式微处理器为核心，采用嵌入式实时操作系统μC/OS—Ⅱ在各任务间优化地分配CPU时间和系统资源，简化了软件编程，保证了系统的实时性，提高了系统的可靠性。

电梯控制系统硬件上采用嵌入式微处理器作为控制核心，以现场总线作为通讯总线，各控制器之间只需一对绞线通过网络拓扑结构连接即可，安装极为方便，对于不同的楼层数的控制系统只需在现场总线中加入相应数目的呼梯控制器即可，主控器硬件软件不需做任何改动。使得电梯控制系统安装更加灵活、方便。

本设计重点讨论了电梯变频驱动部分的电路设计，及应用嵌入式实时操作系统μC/OS—Ⅱ的系统程序设计。

三、设计作用与目的

传统的电梯控制系统各楼层与控制器之间采用以PLC为控制核心的点对点的连接方式每个呼叫器都有一套数据线与主控器相连，当电梯楼层数比较多时，系统就会有大量的数据线需要连接，使得电梯的安装、维护比较麻烦。特别是不同楼层数的控制系统需要有相应输入输出点数的主控制器相匹配，通用性差，给生产带来许多不便[3]。

以嵌入式微处理器为核心控制器的嵌入式系统作为计算机应用的一个崭新领域，以其简洁、高效等特点越来越多地受到人们的广泛关注。而且在工业控制系统中已得到了广泛的应用，应用于电梯控制系统，具有很大的优越性。

1

(1) 可以实现无触点逻辑线路，提高系统可靠性，降低维修费用，提高产品质量。 (2) 编制控制程序灵活性大，可以适应各种不同的功能要求。

(3) 可以实现故障显示，使得维修方便，减少故障时间，提高运行率，而且调速灵活，提高电梯的舒适感。

(4) 使得电梯控制系统体积减小，成本降低，节省能源，可靠性提高，通用性强，灵活性答，实现了复杂功能。不但可以装配用于新的电梯产品，还可以用来改造旧电梯控制系统，并能取得良好的经济效益和社会效益。

(5) 便于实现电梯群控系统的管理，合理调配电梯，提高电梯运行效率，节约能源，缩短候梯时间。

(6) 可以减少控制装置的占地面积。

电梯控制系统硬件上采用嵌入式微处理器作为控制核心，以现场总线作为通讯总线，各控制器之间只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可，安装极为方便，对于不同楼层数的控制系统只需在现场总线中加入相应数目的呼梯控制器即可，主控器硬件软件不需做任何改动。使得电梯控制系统安装更加灵活，方便。但是随着对电梯运行速度、逻辑功能的要求越来越高，常用的8位、16位单片机已逐渐不能满足快速处理、实时响应和系统结构高效、简洁的需求。

目前国内的电梯控制系统还是以PLC和8位单片机为主，软件编程采用的还是以无嵌入式实时操作系统的单任务循环的前后台编程方式，使得电梯控制系统的实时性、稳定性和软件编程的灵活性已不能满足电梯系统功能和速度的要求。

随着各种高速、高集成的嵌入式处理器的飞速发展，包括嵌入式数字信号处理器(DSP)在内的嵌入式处理器广泛应用于工业控制系统，其中TMS32OCZooo系列DSP的体系结构专为实时控制和实时信号处理而设计，所配置的片内外设为电梯控制系统应用提供了理想的解决方案。

对电梯控制系统功能要求越高，控制程序就必然越复杂，引入嵌入式实时操作系统作为软件开发平台可以优化系统结构，提高系统可靠性、实时性和编程的灵活性，将是智能电梯控制系统开发的必需环节。

2

四、所用设备及软件

表4.1 部分元件清单

DSP56F8025MFBE芯片 MC33395 LM2940T-5.0 NCV1117-3.3 TPS3824 CAT809S PC机 电阻 电容 晶振 反相器 二极管 三极管

1个 1个 1个 1个 1个 1个 1台 若干 若干 1个 若干 若干 若干 μC/OS—Ⅱ嵌入式实时操作系统

五、系统设计方案

电梯控制系统是一个相当复杂的逻辑控制系统，系统要在极短的时间内对几百个信号进行检测、处理，加上系统对安全性能要求较高，使得电梯的控制和管理相当复杂，现有国内的电梯控制系统大多数采用PLC作为电梯的控制核心，对每层楼进行点对点控制，进一步加大了电梯的复杂性，给电梯的安装、调试、以及扩展带来了许多麻烦。

随着计算机硬件、软件技术和集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大的进步，突出表现为嵌入式微处理器和嵌入式微控制器技术在控制系统中的大量运用。

而电梯控制系统中主控制器不仅要完成复杂的逻辑控制、还要实现数据通讯、数据处

3

理、安全监测及实时响应的功能，根据电梯主控制器的特点，对智能电梯控制系统主控制器进行了设计。

5.1、系统总体设计

随着计算机技术和网络技术的发展，电梯的分布式控制成为了可能。将电梯的控制功能分为若干模块，由不同的控制器完成各部分特定的功能，各控制器间采用可靠的通信技术控制局域网传递信息，相互进行通信，协同工作。这样，系统可以实现电缆的插接化，并大大减少井道中电缆数量，减少布线工作量和维护成本。而且，可以使得系统中各个控制器有更充裕的时间用于进一步完善其自身的功能，以改善电梯的性能。本次课题研究开发的智能电梯控制系统可分为四个主要部分：

1. 主控制器

即电梯控制器。它是电梯控制系统的主要部分，负责整个电梯的运行控制。一般主控器和位于楼房的顶部电梯机房内的电梯动力装置曳引机构成了整个电梯控制系统的核心。

2. 轿厢

轿厢是电梯系统中运载乘客的装置，它通过轿厢中的键盘、显示屏，使乘客与电梯建立起了相互联系。曳引机通过钢丝牵引轿厢的上下运行，用于运送乘客。在轿顶（轿厢的顶部）还有一个门机控制器，用于电梯的开关门动作。

3. 呼梯

它是每一层楼的呼叫装置，给出每一楼层的呼叫请求信息，并且显示电梯当前运行状态。此外，电梯整个系统还包括上、下限位开关，上、下限速开关，限速器，安全闸，对重，随行电缆，平层检测板，道轨和缓冲器等一系列电梯运行机械装置和安全保护设备。

4. 控制器之间的通信方式

主控制器、轿厢控制器和呼梯控制器之间采用现场总线之一的CAN总线进行通信，各控制器之间只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可，安装极为方便。CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，具有非常好的抗干扰能力和可靠性。通信速率可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps。可挂接设备最多为110个。

电梯控制系统总体结构框,如图5.1所示。

4