CN101306778A

CN101306778A - 智能电梯核心控制器

Info

Publication number: CN101306778A
Application number: CNA2007100584277A
Authority: CN
Inventors: 宗群; 孙连坤; 张皓天; 刘文静; 窦立谦
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2008-11-19

Abstract

本发明涉及电梯技术领域，尤其涉及一种智能电梯核心控制器，包括ARM处理器及其外围器件，可编程逻辑器件，数字量输入输出模块以及人机交互模块，其中，可编程逻辑器件与ARM处理器通过相连，直接控制与其相连的数字量输入输出模块和人机交互模块；数字量输入输出模块包括输入部分和输出部分；人机交互模块，包括显示电梯当前位置的LED显示器，用于对电梯的参数进行配置的键盘以及用于建立电梯的配置界面和故障信息的实时显示的LCD显示屏。本发明提供的智能电梯核心控制器，能够实现可重构设计，允许设计人员在开发阶段甚至在现场进行改动的智能电梯核心控制器。

Description

智能电梯核心控制器

技术领域

本发明涉及电梯领域，尤其涉及一种智能电梯核心控制器。

背景技术

电梯核心控制器主要负责采集电梯各部分数据以完成电梯基本控制功能，同时将相关信息传输给监视工作站和群控器。随着对电梯性能和控制系统的要求越来越高，目前PLC或电路板+变频器系统已经无法满足现代电梯控制的要求。

近年来，随着集成电路产业的飞速发展，国内外电梯制造厂商开始将专用集成电路ASIC芯片和可编程逻辑器件引入到了电梯系统中。基于这种结构设计的使得电梯控制器的集成度更高、器件成本低廉、运行稳定，并且大大提高了系统的实时性和可靠性。但是由于专用集成电路设计完成后，芯片内部结构难以更改，无法适应功能需求的变化，如当核心控制器的并行I/O信号定义、硬件接线标准、附加功能等发生改变时，基于ASIC设计的控制器难以作出相应改变以适应设计需求。现有常用的控制器不适于未来智能电梯发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电梯控制器的上述不足，提出一种能够实现可重构设计，允许设计人员在开发阶段甚至在现场进行改动的智能电梯核心控制器。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种智能电梯核心控制器，包括ARM处理器及其外围器件，可编程逻辑器件，数字量输入输出模块以及人机交互模块，其中，可编程逻辑器件与ARM处理器通过ARM的静态存储器控制器相连，作为ARM处理器的协处理器，直接控制与其相连的数字量输入输出模块和人机交互模块；所述的数字量输入输出模块包括输入部分和输出部分，所述输入部分用于向控制器提供包括井道信息、变频器信息、电路是否正常工作在内的信息和反馈；输出部分用于控制包括变频器、门机控制器、各种接触器在内的相关外部设备；所述的人机交互模块，包括显示电梯当前位置的LED显示器，用于对电梯的参数进行配置的键盘以及用于建立电梯的配置界面和故障信息的实时显示的LCD显示屏。

上述的智能电梯核心控制器还可以包括内网通讯模块，所述的内网通讯模块与可编程逻辑器件相连，用于接收从电梯内网挂接的外呼、操纵盘和门机单元采集呼梯、开关门按钮和门状态信息，并实时点亮应响应的呼梯灯，以实现对呼梯系统的控制。内网通讯模块可以为第一CAN总线模块。

上述的智能电梯核心控制器还可以包括外网通讯模块，所述的外网通讯模块与可编程逻辑器件相连，用于将ARM处理器和可编程逻辑器件与外部的监视工作站和群控器相连。外网通讯模块为第二CAN总线模块和以太网模块，所述的第二CAN总线模块用于将ARM处理器和可编程逻辑器件与外部的群控器相连，所述的以太网模块用于将ARM处理器和可编程逻辑器件与外部的监视工作站相连。

上述的智能电梯核心控制器还可以包括GPRS通讯模块，所述的GPRS通讯模块与可编程逻辑器件相连，用于向远程维修服务器或远程维修人员以无线方式发送报警信号及相关的故障信息，或者/和用于本地的语音报警。

本发明采用32位嵌入式ARM硬核处理器作为控制器的主处理器，负责控制电梯的运行逻辑、管理通信接口。同时，将可编程逻辑器件CPLD的设计思想引入到电梯核心控制器中，作为主处理器的协处理单元，完成对输入输出信号的实时采集和处理以及人机交互模块的控制。从而实现了电梯核心控制器的可重构设计，使得产品具有了较长的生命周期，可以随着新的产品需求的出现而多次使用同一个设计，允许设计人员在开发阶段甚至是在现场进行改动，突出产品优势，降低每一环节的成本，缩短开发时间，提高了效率。

本发明充分发挥ARM处理器外设接口丰富、网络功能强大的优势以及可编程逻辑器件CPLD实时性强、可重构的优势，设计的核心控制器具有两路CAN模块、一路以太网通信模块、一路RS232通信模块、丰富的数字量输入输出模块以及人机交互模块。从而在实现电梯内网的数据交换的同时，还使智能控制器实现与外部的监视工作站和群控器相连，并能实现本地语音报警和远程维护的功能。

本发明为智能大厦智能电梯系统的研究与发展打下良好的基础，为国内智能电梯控制的产业化做好了准备。本发明的智能核心控制器具有较好的推广应用价值，它不仅可以为未来智能电梯提供更加全面、复杂的控制功能；同时可以与虚拟环境结合研究开发智能电梯调度方法，解决优化设计及测试问题，既节约能源又可以节省开支。

附图说明

图1为电梯核心控制器的硬件结构。

图2为以太网模块硬件结构图。

图3为RS323/MODEM模块硬件结构图。

图4为CAN模块硬件结构图。

图5为人机交互模块的硬件结构图。

图6数字量输入输出模块的硬件结构图。

图7CPLD并行I/O模块的输入输出电路。

图8CPLD并行I/O模块的位置脉冲计数电路。

图9CPLD人机交互模块的LED段码显示控制电路。

图10CPLD人机交互模块的键盘扫描电路。

图11CPLD人机交互模块的LCD显示控制电路引脚定义。

具体实施方式

本发明的智能电梯核心控制器本发明为保证硬件资源的模块化和可重用性，核心控制器采用核心板加外围板的架构。核心板上由CPU、SDRAM和FLASH等组成最小系统，将CPU的所有可用信号管脚和电源管脚通过并行总线接口引出，外围板按照核心板预留的接口标准进行设计，只将有用的信号线引入到外围板中，然后在外围板中进行各功能模块的设计。这样，一方面最小系统的电源可以由外围板提供，另一方面CPU的所有可用信号都引入到总线接口中，外围板可以根据实际需要进行针对性设计，当外围板的需求发生变化时，只需改动外围板，核心板并不需要改动，有效地节省了硬件资源。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

参见图1，本发明采用32位嵌入式ARM硬核处理器作为控制器的主处理器，负责控制电梯的运行逻辑、管理通信接口。同时，将可编程逻辑器件CPLD的设计思想引入到电梯核心控制器中，作为主处理器的协处理单元，完成对输入输出信号的实时采集和处理以及人机交互模块的控制。本发明发挥ARM处理器外设接口丰富、网络功能强大的优势以及可编程逻辑器件CPLD实时性强、可重构的优势，设计的核心控制器具有两路CAN模块、一路以太网通信模块、一路RS232通信模块、丰富的数字量输入输出模块以及人机交互模块。

本发明的核心控制器从功能上可划分为基本控制功能和智能功能两大部分。

对于基本控制功能，核心控制器通过CAN总线方式从电梯内部控制网络上挂接的外呼、操纵盘和门机单元采集呼梯、开关门按钮和门状态信息，并实时点亮应响应的呼梯灯，以实现对呼梯系统的控制。同时，更为重要的是以并行通信方式由CPLD对井道和变频器反馈的数字量信息进行实时采集和处理，并根据逻辑运算结果对变频器、门机控制器及其他相关单元进行控制。

在智能方面，电梯核心控制器可实现监视、群控、GPRS报警、语音以及良好的人机交互界面。其中，群控器和监视工作站的通信方式有两种，一种是二者位于同一个网络中，我们通过另一条CAN总线(异于电梯内部的CAN控制网络)将群控器、监视工作站和若干台主控制器挂接在一起；另一种是群控和监视信息分别在不同的网络中传输，其中群控通过CAN总线方式实现，而监视信息可通过以太网方式传输。

通过添加GPRS语音模块，控制器可实现GPRS功能。可用于向远程维修服务器或远程维修人员以无线方式发送报警信号及相关的故障信息，而语音功能可用于本地的语音报警。对于这两种功能，我们拟定采用一个专用模块实现，主控器与此模块之间通过RS232方式通信，这种方式使得电梯系统的功能更加模块化，方便不同档次电梯的配置。

最后，为方便电梯的管理与配置，核心控制器配备了良好的人机交互界面。通过核心控制器上的协处理器CPLD控制显示和人机交互设备，如由LED段码显示电梯当前位置，通过键盘对电梯的参数进行配置，通过具有中文显示功能的LCD显示屏建立电梯的配置界面，并可用于故障信息的实时显示。

参见图2-4，对于CAN模块，本发明通过ARM的SPI总线连接CAN总线控制器来实现；对于以太网通信模块，利用ARM的EMAC单元及RMII总线来扩展；对于RS232模块，为了保证兼容Modem通信方式，我们采用ARM的USART1来扩展；对于数字量输入输出，采用的方式是通过数据、地址总线外扩缓冲器、锁存器来实现。

在电梯系统中存在着许多数字量开关信号，分为输入和输出两大部分。输入部分主要用于向控制器提供各种信息和反馈，比如井道信息、变频器信息、电路是否正常工作等；输出部分主要用于控制变频器和各类接触器，一般为继电器输出。本发明通过ARM的静态存储器控制器(SMC)扩展一片CPLD，通过此CPLD对所有输入输出接口进行统一管理，当输入输出信号定义或硬件接线标准发生改变时，通过改变CPLD的内部电路结构，可以实现核心控制器的自适应调整，进而实现了可重构设计；与数字量输入输出模块相类似，对于人机交互模块，本发明通过SMC再扩展一片CPLD对所有输入、显示设备进行统一管理，当出现附加功能需求时，如辅助故障诊断处理、配置电梯运行参数、控制网络监控和文件传输等，CPLD作为ARM的协处理器可以完成对上述附加功能的控制，进而实现核心控制器的人机交互功能。图5和图6分别为人机交互模块和数字量输入输出模块的硬件结构图。图7和图8分别为CPLD并行I/O模块的输入输出电路和位置脉冲计数电路原理图。图9-11分别为CPLD人机交互模块的LED段码显示控制电路、键盘扫描电路和LCD显示控制电路引脚定义。

Claims

1.一种智能电梯核心控制器，包括ARM处理器及其外围器件，可编程逻辑器件，数字量输入输出模块以及人机交互模块，其中，可编程逻辑器件与ARM处理器通过ARM的静态存储器控制器相连，作为ARM处理器的协处理器，直接控制与其相连的数字量输入输出模块和人机交互模块；所述的数字量输入输出模块包括输入部分和输出部分，所述输入部分用于向控制器提供包括井道信息、变频器信息、电路是否正常工作在内的信息和反馈；输出部分用于控制包括变频器、门机控制器、各种接触器在内的相关外部设备；所述的人机交互模块，包括显示电梯当前位置的LED显示器，用于对电梯的参数进行配置的键盘以及用于建立电梯的配置界面和故障信息的实时显示的LCD显示屏。

2.根据权利要求1所述的智能电梯核心控制器，其特征在于，所述智能电梯核心控制器还包括内网通讯模块，所述的内网通讯模块与可编程逻辑器件相连，用于接收从电梯内网挂接的外呼、操纵盘和门机单元采集呼梯、开关门按钮和门状态信息，并实时点亮应响应的呼梯灯，以实现对呼梯系统的控制。

3.根据权利要求2所述的智能电梯核心控制器，其特征在于，所述的内网通讯模块为第一CAN总线模块。

4.根据权利要求1所述的智能电梯核心控制器，其特征在于，所述智能电梯核心控制器还包括外网通讯模块，所述的外网通讯模块与可编程逻辑器件相连，用于将ARM处理器和可编程逻辑器件与外部的监视工作站和群控器相连。

5.根据权利要求4所述的智能电梯核心控制器，其特征在于，所述的外网通讯模块为第二CAN总线模块和以太网模块，所述的第二CAN总线模块用于将ARM处理器和可编程逻辑器件与外部的群控器相连，所述的以太网模块用于将ARM处理器和可编程逻辑器件与外部的监视工作站相连。

6.根据权利要求1所述的智能电梯核心控制器，其特征在于，所述智能电梯核心控制器还包括GPRS通讯模块，所述的GPRS通讯模块与可编程逻辑器件相连，用于向远程维修服务器或远程维修人员以无线方式发送报警信号及相关的故障信息，或者/和用于本地的语音报警。