电梯控制系统CAN通信节点设计
来源： 作者： 发布时间：2016-09-08 06:32:08 浏览量：2 主控制器在CAN网络中的节点设计
2.1 节点硬件设计
主控制器CAN节点硬件上主要包括MCU、CAN控制器和CAN驱动器，CAN通信节点硬件电路原理图如图2所示。其由AT91RM9200通过SPI串行外设接口连接CAN控制器MCP2510进行数据传输，MCP2510负责将数据再通过光电耦合器6N137连接到CAN驱动器PCA82C250，最后挂在CAN网络上与其他CAN通信节点进行通信。
针对智能电梯控制系统，除了基本的运动逻辑控制和CAN节点网络通信外，还有很多智能功能模块，如视频监控、指纹识别、语音报警和嵌入智能调度算法等，因此要嵌入操作系统进行多任务实时控制，这就对MCU性能提出了较高的需求，采用双51单片机分别进行逻辑控制和CAN节点通信已经不能满足要求。MCU选取ATMEL公司生产的32 bit ARM处理器AT91RM9200，它是一款性能优良的微处理器，在180 MHz频率下运算速度高达200 MIPS；存储器容量大，SRAM为16 KB，ROM为128 KB，还可以另外通过配置外部总线接口扩展多种类型的存储器，如SDRAM、静态存储器、Burst Flash、无缝连接的CompactFlash、SmartMedia及NAND Flash等，适合于对性能和价格要求苛刻的嵌入式设计。AT91RM9200是一款工业级MCU，对于工业控制非常适合，不但性能卓越，而且价格相对低廉，其集成度也很高，几乎包含了嵌入式应用领域内的各种主流接口，特别是AT91RM9200本身含有用于CAN总线通信的SPI串口通信单元，其4路SPI接口可以并行连接4路CAN网络，很适合进行多层次电梯控制的CAN网络构建。图1的电梯控制结构为单梯控制和群组控制2 层CAN网络结构。
MCP2510是Microchip公司推出的具有SPI接口的独立CAN控制器。它完全支持CAN V2.0B技术规范，通信速率最高可达1 Mb/s，内含3个发送缓冲器、2个接收缓冲器、6个29 bit验收滤波寄存器和2个29 bit验收屏蔽寄存器[2]。其SPI接口时钟频率最高可达10 MHz，可满足1个SPI主机接口扩展多路CAN总线接口的需要[3]。
CAN驱动器选择PHILIPS公司的PCA82C250，其完全符合ISO-11898标准，用以完成对物理总线差动发送和接收的功能。PCA82C250集成了CAN协议物理层的部分功能，是CAN控制器和物理总线之间的接口。它主要实现了差分电信号的转换，同时具有抗共模干扰、电磁干扰、射频干扰的电气保护功能以及防止电池和地之间发生短路过热保护等功能。PCA82C250可以连接110个节点，满足CAN总线5 kb/s~1 Mb/s高速率通信的要求[5]。
为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，在CAN控制器MCP2510与CAN驱动器PCA82C250之间加入了光电耦合器6N137进行隔离。为了进一步提高节点的稳定性和安全性，PCA82C250的CANH和CANL与地之间并联2个30 pF的电容来滤除总线上高频干扰；CAN总线接入端与地之间分别反接1个二级管，可以在总线电压发生瞬变干扰时起保护作用。
2.2 节点软件设计
电梯主控器的软件设计主要分为驱动程序和应用程序两部分。主控制器主要有CAN总线、以太网、RS232、数字量输入输出和人机接口5个模块。在主控制器MCU上添加实时操作系统ARMlinux可以有效地进行多任务调度，满足智能电梯多功能模块实时的需求。在驱动程序方面，重点对AT91RM9200的相关功能寄存器、外围器件MCP2510的工作方式和通信方式及其寄存器进行配置，然后编写调试各模块驱动程序；在应用程序方面，将在深入研究电梯工作原理的基础上，结合嵌入式系统应用程序的设计方法，编写电梯控制系统的基本逻辑程序和智能模块应用程序。
在整个电梯控制系统的设计中，CAN总线起着进行网络通信的作用。这里着重介绍主控制器的CAN总线模块的节点软件设计。
从图2可以看出，MCU对CAN控制器MCP2510的控制是通过SPI串口来完成的，MCU向CAN控制器MCP2510写SPI命令，可以对其进行初始化配置，读写报文帧。
下面先介绍一下针对MCP2510定义的一些较重要SPI控制命令，如表1所示[4]。
（1）节点初始化
节点的初始化包括AT91RM9200的SPI初始化和MCP2510的初始化。SPI初始化包括PIO口配置、时钟配置、中断配置、工作模式配置和MCP2510片选分配；MCP2510的初始化包括对各个控制寄存器的初值和波特率的设定，根据已经设定好的节点标志为两个接收缓冲区配置屏蔽寄存器和滤波寄存器。
（2）报文发送
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