基于ARM微處理器的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于ARM微處理器的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電工電氣 (2009 No.1基于ARM微處理器的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)張利娜，黃娟麗，李少綱(福州大學(xué)，福建 福州 350108摘 要：基于嵌入式ARM 微處理器技術(shù)、CAN總線技術(shù)和組態(tài)軟件MCGS，設(shè)計(jì)了一種適用于不同控制系統(tǒng)的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)地記錄電梯的各種運(yùn)行參數(shù)和監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀態(tài)，并具有故障報(bào)警、故障診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，可實(shí)現(xiàn)電梯的集中化和智能化管理。關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控；ARM微處理器；CAN總線；電梯；組態(tài)軟件MCGS中圖分類號(hào)：TM73；TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3175(20090

2、1-0025-03Design of Intelligent Elevator Monitoring System Based on Advanced RISC MachineZHANG Li-na, HUANG Juan-li, LI Shao-gang（Fuzhou University, Fuzhou 350108, China）Abstract: This paper presented an intelligent monitoring system of elevator applied to different control systems, which is based on

3、 ad-vanced RISC machine (ARM technology, CAN bus and the con guration software MCGS. This system could carry on data acquisition, real-time recording of various operating parameters and monitoring the operational status of elevators. It has functions such as malfunc-tion alert, fault diagnosis and r

4、emote monitoring to realize elevators centralized and intellectualized management. Key words: intelligent monitoring; advanced RISC machine; CAN bus; elevator; con guration software MCGS0 引言傳統(tǒng)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)主要采用電話線撥號(hào)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，它只適用于特定型號(hào)的電梯，系統(tǒng)通用性差。本文介紹了一種基于ARM微處理器和組態(tài)軟件的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)，下位機(jī)采用ARM的嵌入式微處理器作為電梯的控制系統(tǒng)或信號(hào)采集器(

5、可編程控制器PLC、繼電器等其他類型電梯，監(jiān)控微機(jī)(上位機(jī)采用組態(tài)軟件MCGS對(duì)多臺(tái)電梯進(jìn)行監(jiān)控，上位機(jī)和下位機(jī)之間采用安全、實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)單易操作和價(jià)格低廉的CAN總線進(jìn)行通信。系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)地記錄電梯的各種運(yùn)行參數(shù)，還可進(jìn)行部分故障診斷，并為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電梯群控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化提供便利接口。組態(tài)軟件的監(jiān)控界面和CAN總線接口，它一方面實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)CAN總線接收下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，并向下位機(jī)傳輸命令信息；另一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)版的MCGS與局域網(wǎng)內(nèi)的其他監(jiān)控微機(jī)進(jìn)行連接，并且可以通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)行電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。下位機(jī)系統(tǒng)包括基于ARM微處理器的嵌入式控制器S3C4510B

6、和CAN總線接口，它負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并通過(guò)CAN總線向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。其他節(jié)點(diǎn)PC MCGS其他PCMCGS 本地監(jiān)控CAN 總線CAN 接口基于ARM 微處理器S 3C 4510B 串行數(shù)據(jù)接口可編程控制器并行數(shù)據(jù)接口繼電器或微機(jī)PC MCGS遠(yuǎn)程監(jiān)控中心因特網(wǎng)1 電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，電梯監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖見(jiàn)圖1。上位機(jī)系統(tǒng)包括MCGS圖1 電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖作者簡(jiǎn)介：張利娜(1984- ，女，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡姽だ碚摷皯?yīng)用技術(shù)。25 電工電氣 (2009 No.1基于ARM微處理器的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所以本文分為三部分：

7、基于ARM微處理器的硬件平臺(tái)，基于組態(tài)軟件MCGS的監(jiān)控界面，MCGS與CAN總線通信模塊。AD7分別與主控制器S3C4510B的XDATA8XDATA15相連, WR、RD、ALE和CS分別與S3C4510B的對(duì)應(yīng)引腳相連。采集端2 基于ARM微處理器的硬件平臺(tái)本文采用Samsung公司制造的32位精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC嵌入式ARM處理器S3C4510B作為電梯主控制器，它內(nèi)含ARM7TDMI核，具有低功耗、高性能的RISC指令內(nèi)核，有I2C、UART串口等通信接口，支持8位/16位/32位的外部總線寬度，實(shí)施高性價(jià)比，基于JTAG接口的調(diào)試方案，開(kāi)發(fā)方式與51系列相似。硬件系統(tǒng)還包括電

8、源模塊、時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器模塊、JTAG調(diào)試端口、CAN總線接口模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、液晶顯示模塊等?；贏RM微處理器的電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有1：(1采集各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如：電梯所在樓層信號(hào)、呼梯信號(hào)、運(yùn)行方向、是否滿載、開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)以及安全信號(hào)等運(yùn)行信息；(2實(shí)時(shí)更新運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以供上位機(jī)查詢；(3發(fā)生某些故障時(shí)，發(fā)送故障信號(hào)，并可按上位機(jī)的命令執(zhí)行故障處理子程序。為了滿足不同情況下的控制要求，設(shè)計(jì)了兩種數(shù)據(jù)接口：并行采集單元和串行采集單元。并行采集單元負(fù)責(zé)完成對(duì)繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)的電梯外部電路中開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集。通過(guò)光電耦合器，把繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)電梯外

9、部信號(hào)送入主控制器的數(shù)據(jù)采集端，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)的采集。串行采集單元負(fù)責(zé)完成對(duì)PLC控制系統(tǒng)的電梯信息的采集。串行采集單元通過(guò)RS-485通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，原理圖見(jiàn)圖2。主控制器的RXD、TXD分別接入MAX485接收端的DI、RO，MAX485采集端接PLC控制型電梯信號(hào)串行傳輸模塊。采集數(shù)據(jù)時(shí)，PLC控制型電梯把數(shù)據(jù)送入MAX485采集端，MAX485接收端把接收到數(shù)據(jù)送入控制器中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行采集。ARM微處理器和CAN總線接口電路采用PHILIPS公司的CAN總線控制器SJA1000和總線驅(qū)動(dòng)接口PCA82C250，其通信接口的電路原理圖見(jiàn)圖3。SJA1000是獨(dú)立的CAN控制器，總線驅(qū)動(dòng)接口

10、PCA82C250提供了CAN控制器與物理總線之間的接口。SJA1000的AD0接收端圖2 串行數(shù)據(jù)采集電路的原理圖圖3 下位機(jī)與CAN接口電路的原理圖當(dāng)接收一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)PCA82C250的RXD引腳，將信號(hào)送至SJA1000，SJA1000產(chǎn)生一個(gè)接收中斷，并將接收中斷傳遞給主控制器S3C4510B，S3C4510B 對(duì)中斷信息進(jìn)行分析和響應(yīng)；當(dāng)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，S3C4510B判別出信號(hào)的有效性后，將信號(hào)送至SJA1000發(fā)送緩沖區(qū)，啟動(dòng)SJA1000發(fā)送信息，通過(guò)PCA82C250的TXD引腳，將信號(hào)從CANH和CANL引腳送至總線。3 基于組態(tài)軟件MCGS的監(jiān)控界面MCGS通用監(jiān)

11、控系統(tǒng)是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，能夠在Windows平臺(tái)上運(yùn)行。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式，向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案。因充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好的優(yōu)點(diǎn)，具有易學(xué)易用的特基于ARM微處理器的電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電工電氣 (2009 No.1點(diǎn)。比以往使用專用機(jī)開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用，所以采用MCGS軟件來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的監(jiān)控界面。MCGS軟件包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分，各部分的具體功能見(jiàn)圖4。 圖5 MCGS軟件與CAN總線接口結(jié)構(gòu)框

12、圖在ZOPC_Server中有兩種數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)模式，分別為數(shù)值存儲(chǔ)模式和字符串存儲(chǔ)模式。本設(shè)計(jì)采用字符串存儲(chǔ)模式，在此模式下，對(duì)于每個(gè)監(jiān)控單元的每路CAN，都有兩個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，它們的名稱分別為In_CANData和Out_CANData。對(duì)于數(shù)據(jù)項(xiàng) In_CANData服務(wù)器把從CAN網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)存放到此數(shù)據(jù)項(xiàng)中，客戶端只能讀取它的數(shù)據(jù)；而對(duì)于數(shù)據(jù)項(xiàng)Out_CANData，客戶端把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到此數(shù)據(jù)項(xiàng)中，服務(wù)器再把此數(shù)據(jù)項(xiàng)中的數(shù)據(jù)提取出來(lái)發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)，客戶端不能讀取此數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)。圖4 MCGS組態(tài)軟件的整體框圖 監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)的功能主要有：(1利用MCGS和CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，

13、同時(shí)使上位機(jī)實(shí)時(shí)地、可靠地采集電梯的各類運(yùn)行參數(shù)。(2利用MCGS提供的圖形工具，建立監(jiān)控的各級(jí)畫(huà)面，利用數(shù)據(jù)鏈接把畫(huà)面上的對(duì)象與相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，對(duì)不同性質(zhì)的對(duì)象采用不同的動(dòng)畫(huà)連接命令，直觀形象地顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)。(3利用MCGS的報(bào)警設(shè)置功能，在電梯發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警，并進(jìn)行故障診斷。(4利用MCGS提供的歷史記錄功能，實(shí)時(shí)記錄發(fā)生故障，建立故障檔案，并提供歷史查詢功能。(5在電梯發(fā)生某些故障時(shí)，電梯的管理人員可以通過(guò)上位機(jī)來(lái)控制電梯的故障運(yùn)行，以及提供維修指導(dǎo)。系統(tǒng)中電梯的監(jiān)控界面包括有主監(jiān)控界面、電梯信息界面、故障界面和歷史數(shù)據(jù)查詢界面等2。5 結(jié)語(yǔ)本電梯監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)軟

14、件，以高性能的ARM微處理器為核心，以可靠的CAN總線為紐帶，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于組態(tài)軟件MCGS的通用電梯監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)地反映出電梯的運(yùn)行狀況、運(yùn)行動(dòng)態(tài)曲線及其運(yùn)行舒適感等動(dòng)態(tài)信息，并具有故障報(bào)警、故障診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，可實(shí)現(xiàn)電梯的集中化和智能化管理，這樣可預(yù)先分析出電梯潛在的隱患，工程人員可以作預(yù)防性維修與保養(yǎng)，確保電梯安全可靠運(yùn)行。參考文獻(xiàn)1 朱蓉.電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷專家系統(tǒng)D.天津：天津大學(xué)，2003.2 胡志華，許亞蘭.基于組態(tài)軟件的多臺(tái)電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)J.電工技術(shù)，2005(7：30-33.3 孫琮琮，王金全，呂磊.基于ARM和CAN總線的PEMFC氫能電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15(5：602-604.