電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)(Remote Elevator Monitoring System， REMS) ， 是指某個區(qū)域 (一幢大樓，一群大樓，一個小區(qū)，一個城市等)中安裝多部電梯后，對這些電梯進行集中遠程監(jiān)控，并對這些電梯的數(shù)據(jù)資料進行管理、維護、統(tǒng)計、分析、故障診斷及救援。其目的是對在用電梯進行遠程維護，遠程故障診斷及處理， 故障的早期診斷與早期排除，以及對電梯的運行性能及故障情況進行統(tǒng)計與分析，以利于不同部門利用該系統(tǒng)進行有效的監(jiān)控與管理。 目前電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要存在的問題是因為不同廠家的不同標(biāo)準(zhǔn)而產(chǎn)生的監(jiān)控系統(tǒng)開放性相對較低，因而對系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高要求。針對這些現(xiàn)狀，本文以開發(fā)適用

2、于不同廠家不同型號電梯的遠程監(jiān)控系統(tǒng)為目的，融合多種技術(shù)，提出由終端控制器、 傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺組成的電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。文中對終端控制器的開發(fā)與設(shè)計進行了詳細論述，硬件上以ARM 微控制器 LPC2378 為核心，外擴RS232 、RS485 、Modem 、USB 以及雙以太網(wǎng)接口，以實現(xiàn)對不同電梯接口的數(shù)據(jù)采集；軟件上設(shè)計了功能接口程序、多協(xié)議接口轉(zhuǎn)換程序，制定了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)了電梯監(jiān)控數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。同時具體介紹了監(jiān)控平臺上動態(tài)數(shù)據(jù)交換、電梯運行狀態(tài)實時監(jiān)控、 Web發(fā)布等功能的設(shè)計與開發(fā)。并最終給出了系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果。本文構(gòu)建的多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)對組建區(qū)域性多電梯監(jiān)控系統(tǒng)、

3、推進電梯監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化有重要的實際意義。關(guān)鍵詞：電梯遠程監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換監(jiān)控軟件組態(tài)軟件1緒論11背景介紹近年來， 隨著計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，通過專用網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸在各個領(lǐng)域的應(yīng)用已日益廣泛，電梯的遠程監(jiān)控技術(shù)便是其中一例【l】。電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng) (Remote Elevator Monitoring System，REMS) ，是指某個區(qū)域(一幢大樓，一群大樓，一個小區(qū)，一個城市等)中安裝多部電梯后，對這些電梯進行集中遠程監(jiān)控，并對這些電梯的數(shù)據(jù)資料進行管理、維護、統(tǒng)計、分析、故障診斷及救援。其目的是對在用電梯進行遠程維護，遠程故障診斷及處理， 故障的早期診

4、斷與早期排除，以及對電梯的運行性能及故障情況進行統(tǒng)計與分析，并在分析的基礎(chǔ)之上選擇合理的運行方案 121 。總之安全可靠、運行穩(wěn)定、界面友好、管理便捷已日益成為如今電梯監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀【3】目前，我國的電梯業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計近幾年來全行業(yè)共生產(chǎn)各類電梯數(shù)十萬臺，且每年都在遞增，2008 年年產(chǎn)量達到 24 31 萬臺。同時出現(xiàn)了一批專業(yè)化配套件生產(chǎn)企業(yè)。目前國內(nèi)對電梯的維護與管理主要采用的是定期上門保養(yǎng)，發(fā)生故障時電話召修的傳統(tǒng)方式，但這種方式越來越不適應(yīng)時代的發(fā)展要求，原因有：(1)電梯的數(shù)量增多，維修人員少，不能及時趕到故障電梯的現(xiàn)場。(2)電梯內(nèi)缺乏有效的通信工

5、具，維修部門既不了解故障現(xiàn)狀又不能提供必要的安撫，使被困人員承受著巨大的身心壓力。(3)不能及時地提供對電梯日常運行的記錄和監(jiān)測資料，增加了分析與排除故障的難度，大大延長了維修的時間。電梯的遠程監(jiān)控技術(shù)正是基于以上原因而出現(xiàn)的，電梯遠程監(jiān)控技術(shù)是隨著計算機控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的電梯控制領(lǐng)域的前沿技術(shù)。121國內(nèi)外現(xiàn)狀及存在問題目前國外的大型電梯企業(yè)都有了成熟的電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，例如蒂森公司的遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有控制電梯的功能，能檢測和識別濫用或者誤操作緊急呼救功能，能較好的掌握電梯的運行情況， 并進行分析與處理， 轉(zhuǎn)化為圖表來顯示各行駛方向和每層樓的呼叫次數(shù)，呼叫與事件處理曲線等；自

6、動故障報警，該系統(tǒng)可以同時監(jiān)控電梯，自動扶梯以及樓內(nèi)其它設(shè)備：但是該系統(tǒng)僅適用于蒂森公司的電梯和扶梯。奧的斯公司的遠程監(jiān)控中心(RME) 是奧的斯公司自行開發(fā)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，具有分級報警的功能(乘客被困報警，自動故障報警和電梯運行表現(xiàn)報警)。RME 系統(tǒng)自動發(fā)出電梯服務(wù)中斷的訊號，顯示地點，性質(zhì)，問題以及乘客的狀況資料，當(dāng)電梯運行表現(xiàn)不符合預(yù)定的界限時，系統(tǒng)發(fā)出偏差信號。 KNOE 公司的 EMC 監(jiān)控指令系統(tǒng)通過MODME 和標(biāo)準(zhǔn)電話線實現(xiàn)電梯和自動扶梯的遠程實時監(jiān)控，具有較好的運行數(shù)據(jù)庫管理分析功能，可以將指定時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀形象的圖表；具有獨特的運行記錄回放功能，有助于故障查詢診

7、斷【4卅。以上這些電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)相對來說都具有一些代表性，是國外的電梯遠程監(jiān)控比較常見的方式，這些系統(tǒng)普遍的特點就是專用性很強，開放性、通用性與其功能發(fā)展程度不相匹配， 無法支持其他公司的電梯系統(tǒng)。這種現(xiàn)狀也大大增加了監(jiān)控系統(tǒng)區(qū)域運營的成本。在國內(nèi)，已經(jīng)有了關(guān)于電梯遠程監(jiān)控的研究。但起步較晚，具有自主版權(quán)的成熟的產(chǎn)品也比較少。 由于電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)是涉及到電梯控制、計算機控制、現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)通訊、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及WINDOWS 平臺下面向?qū)ο蟮母呒壵Z言編程等多個專業(yè)的較大的系統(tǒng)工程，技術(shù)難度較大，同時還需考慮到與各個廠家的電梯控制系統(tǒng) (包括微機控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)以及早期的繼

8、電器控制系統(tǒng))的接口問題等諸多因素，因此，現(xiàn)在國內(nèi)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)的同類產(chǎn)品中，在開放性、統(tǒng)一性和實時性等方面同樣存在著很大的不足【丌?？偨Y(jié)下來，主要由以下問題：(1)開放性相對較低，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。(2)功能簡單， 如只能進行簡單的電梯運行狀態(tài)監(jiān)控、同時監(jiān)控的電梯數(shù)量少、不能進行電梯故障的早期預(yù)警。(3)界面簡單、 單一，監(jiān)控信號量少； 只能對電梯狀態(tài)進行監(jiān)控，而不能采集電梯轎廂中的圖像與聲音。(4)適用電梯種類少，或者是不能兼容不同類型的電梯。(5)多采用 RS232 或RS485 總線傳輸，或采用兩級結(jié)構(gòu)的Modem 傳輸，系統(tǒng)的實時性與可靠性相對較低。122目前電梯監(jiān)控系統(tǒng)的分類隅

9、J電梯的監(jiān)控系統(tǒng)需實時反饋電梯的操作、運行及故障信息，要求安全可靠、運行穩(wěn)定、界面友好、管理便捷，其實時采集的電梯信號包括：(1)電梯操作狀態(tài)信息，如檢修、正常、司機、消防等；(2)電梯運行狀態(tài)信息，如樓層顯示、上下行、開關(guān)門等；(3)井道信息，如平層、端站、限位等；(4)各種故障信息。目前電梯的監(jiān)控系統(tǒng)大約分三類：(1)大部分品牌電梯都有自己開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都包括不同的通信方式，不同的硬件接口， 能較好的實現(xiàn)多臺電梯的運行監(jiān)視和一些基本的遠程控制。但是此類產(chǎn)品由于銷量有限，一般價格很貴，能消費的客戶很少。(2)用PLC 構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控。PLC可以很方便的構(gòu)成系統(tǒng)，開發(fā)此類系統(tǒng)完全

10、省去了硬件開發(fā)的成本， 只要軟件開發(fā)成熟即可開工安裝，而且系統(tǒng)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，很容易與建筑的其它智能設(shè)備一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，但是電梯控制要附加PLC并且連帶相應(yīng)的通信單元，成本較高。目前隨著PLC的價格不斷下降，也不失一個好方法。(3)用單片機構(gòu)成一個獨立的采樣通信單元，形成一個二級監(jiān)控系統(tǒng)，此類監(jiān)控在初期的開發(fā)成本包括軟硬件，開發(fā)成本較高，但形成系統(tǒng)后，再銷售的成本就很低了。但是由于市場不大，難以形成規(guī)模，還有此類系統(tǒng)由于不采用標(biāo)準(zhǔn)配件，今后維護的難度，成本較高。123多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢19l 多電梯遠程監(jiān)控在電梯遠程監(jiān)控的基礎(chǔ)上，融合了的最優(yōu)控制，是一種基于時間最優(yōu)、能量最優(yōu)的

11、動態(tài)綜合最優(yōu)化策略。因此，多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢為：(1)遠程監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議開放化采用統(tǒng)一開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以在同一系統(tǒng)中采用多種品牌的電梯，并對其進行監(jiān)控，無須二次開發(fā)轉(zhuǎn)換協(xié)議。(2)遠程監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能化從靜態(tài)的電梯交通配置到動態(tài)的多電梯群控系統(tǒng)，電梯的能耗指標(biāo)往往被忽視。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，電梯的能耗約占大樓綜合能耗的37， 與電梯群控系統(tǒng)的性能直接相關(guān)。因此，節(jié)能目標(biāo)將是多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)必須考慮的關(guān)鍵目標(biāo)。(3)遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化電梯群控系統(tǒng)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，用網(wǎng)絡(luò)把各地的電梯監(jiān)管起來進行遠程監(jiān)控。(4)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品市場化未來電梯監(jiān)控系統(tǒng)的研究將側(cè)重于商品系統(tǒng)的開發(fā)，即面對需求面向市場。

12、13課題的意義和內(nèi)容本課題主要設(shè)計開發(fā)適用于不同廠家不同型號電梯的遠程監(jiān)控系統(tǒng)：通過對一些關(guān)鍵技術(shù)，如 ARM 及多路數(shù)字信號采集處理技術(shù)、多端口協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)、系統(tǒng)抗干擾設(shè)計技術(shù)、動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)等的研究，構(gòu)建出多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括可采集電梯運行信息并進行協(xié)議轉(zhuǎn)換的終端控制器，可傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可進行動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遠程登錄、功能完善、運行穩(wěn)定的監(jiān)控軟件。電梯終端控制器所要實現(xiàn)的基本功能如下：(1)實時采集電梯的運行狀態(tài)信息(方向、層站、呼梯、安全回路、操作方式、門系統(tǒng)、井道信號等 )；(2)實時采集電梯的各種故障信息(變頻器故障、門故障、安全回路故障、井道故障等)

13、；(3)實時采集的電梯信息在微處理器內(nèi)部進行處理，以一定格式存放在指定區(qū)域，并進行協(xié)議轉(zhuǎn)換便于發(fā)送：(4)電梯信息采集前端機應(yīng)當(dāng)具有多種接口方式。電梯監(jiān)控軟件的基本功能如下：(1)動態(tài)數(shù)據(jù)交換，處理終端控制器通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的電梯信息數(shù)據(jù)；(2)實時顯示電梯狀態(tài)及運行參數(shù)，包括電壓、電流、電機轉(zhuǎn)速等；(3)實時報警、事件記錄及歷史趨勢曲線功能：(4)基于CS架構(gòu)的 Web 發(fā)布功能，用戶可以遠程登錄監(jiān)控電梯狀態(tài)。14本論文的工作本論文主要完成以下工作：對嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)方案的進行比較，結(jié)合本監(jiān)控系統(tǒng)的特點采用用硬件協(xié)議棧芯片實現(xiàn) TCPIP協(xié)議的方案，提高嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)的開發(fā)效率。為

14、了提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?本系統(tǒng)采用備份環(huán)形局域網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。完成多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器硬件設(shè)計的整個過程。完成多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器的軟件設(shè)計工作，包括各個功能接口的驅(qū)動設(shè)計、應(yīng)用層不同接口協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為TCPIP協(xié)議的實現(xiàn)。完成多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器的監(jiān)控軟件開發(fā)工作，包括數(shù)據(jù)處理、功能模塊開發(fā)、 web 發(fā)布功能調(diào)試。15論文章節(jié)安排本文的主要章節(jié)安排如下：第一章：緒論。主要介紹了課題提出的背景、研究意義以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最后給出本論文的主要工作。第二章：多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計。介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并提出監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的總體方案

15、，包括硬件總體方案和軟件總體方案。第三章：多電梯遠程控制系統(tǒng)終端控制器硬件設(shè)計。根據(jù)硬件總體設(shè)計方案，詳細介紹了硬件的實現(xiàn)，包括微控制器單元設(shè)計、功能接口設(shè)計和以太網(wǎng)接口設(shè)計三部分。第四章： 多電梯遠程控制系統(tǒng)終端控制器軟件設(shè)計。根據(jù)軟件總體設(shè)計方案終端控制器設(shè)計部分，詳細介紹了終端控制器軟件的實現(xiàn)，包括各個功能接口驅(qū)動，以及協(xié)議轉(zhuǎn)換和主函數(shù)的開發(fā)與實現(xiàn)。第五章：多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。根據(jù)軟件總體設(shè)計方案監(jiān)控軟件設(shè)計部分， 本章詳細介紹了監(jiān)控軟件的實現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)處理和動態(tài)數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)、監(jiān)控界面及功能模塊設(shè)計。第六章：系統(tǒng)運行與總結(jié)。描述了以太網(wǎng)接口的調(diào)試，協(xié)議轉(zhuǎn)換測試、監(jiān)控

16、界面的功能測試及 web 發(fā)布測試。同時總結(jié)全文，指出系統(tǒng)可改進擴展之處。2多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計及其相關(guān)技術(shù)21整體結(jié)構(gòu)及功能多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)作為對電梯進行監(jiān)控的一種手段，在電梯的日常運行中的所起作用日益明顯， 它是電梯能夠安全高效的運行的前提和基礎(chǔ)，是電梯企業(yè)對產(chǎn)品原有控制系統(tǒng)的延伸和發(fā)展， 是針對原有監(jiān)控系統(tǒng)所存在的缺陷以及電梯行業(yè)所面臨的問題和提出的要求【 lJ 。電梯監(jiān)控系統(tǒng)融合多種技術(shù)，它的應(yīng)用，使得電梯生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)檢部門、監(jiān)控用戶等能夠通過該系統(tǒng)對在分布各地的電梯產(chǎn)品進行適時的，準(zhǔn)確地監(jiān)控，一方面方便了企業(yè)和用戶對電梯運行情況的維護，另一方面也加強了企業(yè)對產(chǎn)品資料和數(shù)據(jù)的收

17、集和處理功能，同時也使質(zhì)檢部門的監(jiān)控更加便捷。211結(jié)構(gòu)概述本文所設(shè)計的多電梯遠程系統(tǒng)由終端控制器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控平臺三部分組成。終端控制器采用 ARM 控制器 LPC2378芯片設(shè)計了數(shù)據(jù)采集及協(xié)議轉(zhuǎn)換器，包含RS一232 接口、RS485 接口、 USB 接口、 Moden 接口、以太網(wǎng)接口，根據(jù)不同的現(xiàn)場狀況，采取不同的數(shù)據(jù)采集方式， 任何一種接口采集數(shù)據(jù)后統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接口的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是整個監(jiān)控的骨架。在需要監(jiān)控的小區(qū)內(nèi)部通過終端控制器的以太網(wǎng)接口構(gòu)建了局域網(wǎng)， 并負責(zé)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的實現(xiàn)，而各個小區(qū)與區(qū)域間則利用互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，從而構(gòu)成了整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化

18、是電梯監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，電梯上的信息可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)快速傳輸，如現(xiàn)場視頻信息等；音頻系統(tǒng)的語音數(shù)據(jù)也是通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在局域網(wǎng)內(nèi)廣播。系統(tǒng)采用硬件協(xié)議棧芯片實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，內(nèi)嵌交換機功能，具有兩個以太網(wǎng)接口，并且采用帶備份通路的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，提高了系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)控平臺，使用 VB6 0開發(fā)了 DDE 的數(shù)據(jù)解析程序，同時使用北京三維力控公司提供的力控Foreeeontrol61軟件下編制監(jiān)控程序，可以實現(xiàn)對電梯終端控制器所采集信息的接收、處理；并且采用了可視化軟件編程，提供了一個全中文、圖形化、動態(tài)化的監(jiān)控界面，針對不同的用戶(小區(qū)監(jiān)控用戶、質(zhì)檢部門等)、不同的管理權(quán)限，在不同的地點可以很輕松的

19、對電梯運行情況進行實時監(jiān)控，以便利于隨時處理故障和維護電梯。并且記錄報警、故障信息和進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對電梯總體運行情況進行掌控。同時，監(jiān)控平臺的web 發(fā)布功能，可以實現(xiàn)用戶通過Intemet遠程登錄監(jiān)控系統(tǒng)，在緊急狀況下對監(jiān)控系統(tǒng)的遠程操控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 211所示：圖2.1.1 多電梯控制系統(tǒng)212功能概連針對目前國內(nèi)外電梯遠程監(jiān)控技術(shù)不足，本系統(tǒng)設(shè)計的目的就是為了方便監(jiān)控運營及質(zhì)檢單位對遠程電梯運行情況的監(jiān)控以及企業(yè)和電梯用戶之間的信息交流，解決不同廠家電梯控制系統(tǒng)之間的差異性收集和積累產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息，從而設(shè)計出一個通用性強、開放程度高的監(jiān)控系統(tǒng)。在設(shè)計過程中，整個系統(tǒng)被劃分為終端控制器、

20、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控平臺三個部分，系統(tǒng)整體實現(xiàn)的功能概括為以下幾十方面：(1)數(shù)據(jù)的遠程實時采集監(jiān)控系統(tǒng)的終端控制器的數(shù)據(jù)采集具有自動循環(huán)采集和命令采集兩種模式，根據(jù)現(xiàn)場狀況，系統(tǒng)自動選擇采集模式或者并用兩種模式。(2)協(xié)議轉(zhuǎn)換現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)不論是何種協(xié)議，最終都轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的TCP IP協(xié)議數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接口發(fā)送至同絡(luò)中供監(jiān)控平臺或者遠端用戶讀取。0)電梯運行實時組態(tài)功能本系統(tǒng)的監(jiān)控平臺采用維態(tài)軟件進行開發(fā)，實現(xiàn)接收處理各終端控制器信號，并進行動態(tài)數(shù)據(jù)交換。監(jiān)控軟件提供運行穩(wěn)定、圖表形象的監(jiān)控界面，在監(jiān)控計算機屏幕上實時顯示監(jiān)控小區(qū)電梯整體運行信息，同時可以通過具體信息界面分別顯示出具體某一部電梯

21、的運行狀況和視頻、音頻信息。22多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計總體設(shè)計將提出多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)硬件實現(xiàn)方案設(shè)計和系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方案設(shè)計三部分。221系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)中底層的終端控制器構(gòu)成帶備份通路的環(huán)形局域網(wǎng)(這種結(jié)構(gòu)冗余備份了一個通路極大地增強了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性)，通過網(wǎng)關(guān)接入 Intemet 網(wǎng)。監(jiān)控平臺可以連接在局域網(wǎng)內(nèi)部或者通過Intemet 采集終端控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且通過雙機冗余備份，為監(jiān)控平臺的穩(wěn)定性提供了有力保障。同時電梯廠家、質(zhì)檢單位等用戶可作為客戶端通過Intemet 對電梯的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。本系統(tǒng)通過以下幾方面實現(xiàn)帶備份通路環(huán)網(wǎng)：

22、(1)物理連接采用每個節(jié)點首尾相連組成一個閉型環(huán)網(wǎng)。(2)硬件設(shè)計中每個終端控制器節(jié)點都有一個可由軟件控制打開和斷開環(huán)網(wǎng)控制開關(guān)。(3)應(yīng)用層軟件開發(fā)在系統(tǒng)剛通電時確保局域網(wǎng)中所有點環(huán)網(wǎng)開關(guān)閉合除了一個節(jié)點斷開；同時監(jiān)控判斷局域網(wǎng)連接，及時處理故障。222硬件設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計采用嵌入式技術(shù)，選用基于 ARM7TDMIS核的ARM7 微控制器做為主控制器芯片，ARM7 集成了豐富的片上資源。本系統(tǒng)選用的 LPC2378 芯片集成了 4個UART ，2個CAN 控制器、 2個USB 控制器等，通過主芯片集成的豐富資源可以很方便地設(shè)計出終端控制器的接口。網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計中嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)通常有方法：(

23、1)采用LPC2378 本身集成的以太網(wǎng)控制器，通過在硬件上添加以太網(wǎng)收發(fā)器芯片實現(xiàn)以太網(wǎng)接口。(2)采用硬件協(xié)議棧芯片加以太網(wǎng)收發(fā)器芯片來實現(xiàn)。由于第一種方法需要軟件實現(xiàn)TCPIP協(xié)議且效率較低， 本系統(tǒng)采用相對容易實現(xiàn)且效率高的第二種方法。本系統(tǒng)中設(shè)計了兩個以太網(wǎng)接口，內(nèi)嵌交換機功能，可方便地組網(wǎng)實現(xiàn)帶備份通路的環(huán)形局域網(wǎng)。圖2 2 1為系統(tǒng)終端控制器設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)。圖2 2 2描述了多電梯監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器設(shè)計的功能接口和網(wǎng)絡(luò)接口的連接情況。本系統(tǒng)的功能接口部分包含 RS232 、RS485 、Modem 、USB 、CAN 五個接口，這些功能接口是終端控制器采集、處理數(shù)據(jù)并實現(xiàn)通信的基

24、礎(chǔ)。為了提高以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)讀寫速度，系統(tǒng)采用總線方式與協(xié)議棧芯片相連。2213 軟件設(shè)計軟件部分的設(shè)計中包含了終端控制器的程序設(shè)計和監(jiān)控平臺監(jiān)控軟件系統(tǒng)的開發(fā)。(1)終端控制器軟件部分為了提高效率本系統(tǒng)不采用嵌入式操作系統(tǒng)，而是采用嵌入式開發(fā)常用的前后臺系統(tǒng)。在前后臺系統(tǒng)中，在前臺，主要處理異常及實時性要求較高的事件；在后臺，由一個死循環(huán)調(diào)度系統(tǒng)任務(wù)及處理其它事件。在終端控制器的軟件設(shè)計中，每個功能接口及網(wǎng)絡(luò)的每個通道 (共4個通道 )都分配一個存儲接收數(shù)據(jù)的循環(huán)隊列以解決數(shù)據(jù)收發(fā)量大產(chǎn)生的閏題。 接收到數(shù)據(jù)后在中斷處理程序中就將數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的接收隊列中，當(dāng)后臺程序需要處理接收到的數(shù)據(jù)時從接

25、收隊列中讀取。圖2 2 2為本系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計框圖。(2)監(jiān)控平臺軟件部分監(jiān)控平臺最終效果要求界面友好、功能齊全、運行穩(wěn)定，同時可遠程登錄、 IE 訪問瀏覽。目前在監(jiān)控平臺的上位機中使用高級語言進行編程的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，如果從底層開始重新開發(fā)雖然開發(fā)自由度相對開闊但是工作量較大，時間成本相應(yīng)增加。所以在本系統(tǒng)中，采用了三維力控公司的“力控Forcecontrol61組態(tài)軟件結(jié)合數(shù)據(jù)庫聯(lián)接技術(shù)、 動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)進行遠程監(jiān)控程序的開發(fā)。這些技術(shù)使得監(jiān)控軟件界面能夠以一個友好的方式面向使用者，同時也為系統(tǒng)的擴展和升級預(yù)留了足夠的空間。監(jiān)控軟件總體設(shè)計圖如圖223，狀態(tài)監(jiān)控、實時報警、we

26、b 發(fā)布等功能都在平臺上具體實現(xiàn)。23本章小結(jié)本章介紹了多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和具體功能，論述了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計思想，提出構(gòu)建帶備份通路環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的提高有一定意義。整體上介紹了系統(tǒng)硬件和軟件的總體設(shè)計實現(xiàn)、和具體方案。本章是后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)，相應(yīng)的軟硬件設(shè)計以此為總體框架。3多電梯遠程控制系統(tǒng)終端控制器硬件設(shè)計硬件設(shè)計主要分成微控制器單元設(shè)計、功能接口設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計三部分。主控制器是系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)選用NXP公司的 LPC2378 ，它功能強大并且集成豐富的片上資源，滿足了系統(tǒng)的需要。功能接口是終端控制器完成實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性、通用性和統(tǒng)一協(xié)議轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。目前

27、我國電梯控制器的接口多樣，幾乎沒有一個統(tǒng)一化的標(biāo)準(zhǔn)，為了實現(xiàn)這些通過不同接口的采集數(shù)據(jù)，終端控制器需設(shè)計相應(yīng)的功能接口，并能實現(xiàn)這些接口數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為TCP IP協(xié)議接口數(shù)據(jù)。為使終端控制器具有通用性，系統(tǒng)設(shè)計了RS232 、RS485 、Modem 和USB 共四種功能接口。網(wǎng)絡(luò)接口是硬件設(shè)計的重點。通過對比各種方案，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計采用實現(xiàn)簡單、處理迅速的硬件TCPIP協(xié)議棧的方案。結(jié)合電梯的現(xiàn)場狀況，本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)了兩個接口，實現(xiàn)了快捷組網(wǎng)；同時構(gòu)建帶備份通路的環(huán)型局域讓系統(tǒng)的可靠性更上一個層次。31主控芯片設(shè)計嵌入式產(chǎn)品時，處理器芯片的選擇直接影響產(chǎn)品開發(fā)的進度和使用性能。本小節(jié)將

28、具體介紹如何終端控制器系統(tǒng)主控制芯片的選型及所選主控制芯片的主要特性。311主控芯片選型目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經(jīng)超過1000 多種，流行的體系結(jié)構(gòu)有30 多個系列。根據(jù)嵌入式處理器的功能和應(yīng)用不同，可以分為：微控制器MCU 、微處理器MPU 、數(shù)字信號處理器 DSP 和片上系統(tǒng) SOC!101 。選擇主控芯片應(yīng)該考慮的因素包括：微控制器的性能、集成的功能模塊、開發(fā)環(huán)境的熟悉程度等。目前MCU 是嵌入式系統(tǒng)的主流，其價格低廉、功能優(yōu)良，具有很高的性價比；片上集成的功能和外設(shè)資源比較豐富，如計數(shù)器、串行口、CAN 、12C 等【11 】。本系統(tǒng)采用了處理速度比較快的32位ARM 微

29、控制器。由于 ARM 分為不同的系列，選擇一款適合本系統(tǒng)設(shè)計的ARM 非常重要。選 ARM 芯片時應(yīng)考慮如下因烈11J ：(1)選擇合適的 ARM 內(nèi)核結(jié)構(gòu)ARM 微控制器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域， 如使用 Linux 或WinCE等操作系統(tǒng)，就需要選擇ARM720T 以上帶有 MMU(Memory Management uni0功能的ARM 芯片。由于終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計沒有使用操作系統(tǒng)，所以ARM7 內(nèi)核可以滿足要求。(2)系統(tǒng)的工作頻率系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ARM 微控制器的處理能力。常見的ARM7 芯片系統(tǒng)主時鐘為 20MHz 133MHz ，ARM9

30、的系統(tǒng)主時鐘頻率為100MHz 233MHz ，ARMl0 最高可以達到 700MHz 。終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時鐘頻率在100MHz 內(nèi)可以滿足需求，就工作頻率而言，ARM7 系列能滿足系統(tǒng)需求。(3)芯片內(nèi)存儲器的容量大多數(shù)的 ARM 微控制器芯片內(nèi)置存儲器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng)時外擴存儲器，但也有部分芯片具有相對較大的片內(nèi)存儲空間，有些高達2MB 。本終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的程序運行對內(nèi)存的要求不是很高，一般存儲空間大小的芯片就可以滿足要求。(4)片內(nèi)外圍電路的選擇除ARM 微控制器核以外，ARM 芯片根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴展相關(guān)功能模塊，并集成在芯片之中，稱為片內(nèi)外圍電路，如

31、USB 接口、 12C 接口、 LCD 控制器等。設(shè)計時采用片內(nèi)外圍電路完成所需的功能，可簡化系統(tǒng)的設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。本終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要3個UART 、1個USB 設(shè)備控制器。綜合以上各個因素的考慮，在本系統(tǒng)選用NXP一款內(nèi)核為 ARM7TDMIS的ARM 微控制器 LPC2378 。它是一種低功耗的32 位RISC 處理器， 512KB 片內(nèi)Flash ，片內(nèi)集成了4個UART 、2個CAN 控制器、 2個USB 設(shè)各控制器 (只能同時用一個 )。另外LPC2378 具備總線控制功能，所以在網(wǎng)絡(luò)連接和內(nèi)存擴展方面比較容易實現(xiàn)。312 LPC2378控制器 1121 LPC2378

32、 使用了一個高性能的32 位ARM7 內(nèi)核，可以在高達72MHz 的頻率下操作。128 位寬的存儲器接口和專有的存儲器加速器使得32 位的代碼可在最高的時鐘速率下執(zhí)行，而無需使用高價的SRAM 。LPC2378 較小的 144 腳封裝、極低的功耗、優(yōu)良的性能使它特別適合于工業(yè)控制、協(xié)議轉(zhuǎn)換等。LPC2378 的重要特性如下：(1)72MHz 主頻、 32 位的ARM7TDMIS，帶 AHB APB 接口。(2)高達512KB 的ISP IAP Flash，58KB 的SRAM 。(3)Flash 編程極快，通過片內(nèi)的boot loader軟件實現(xiàn)。(4)10 100EthemetMAC接口，E

33、themetMAC在獨立的 AHB 總線上有 16KB 的SRAM和一個相關(guān)的 DMA 控制器。(5)全速USB2 0(12Mbps)設(shè)備，USB 控制器含有 4KB 的USB SRAM 和可存取的 DMA ，并支持 32 個端點的控制、中斷、批量和同步數(shù)據(jù)傳輸模式。(6)2 條CAN2 0B 總線，帶 2路通道。(7)10 位AD 轉(zhuǎn)換器和 10 位DA轉(zhuǎn)換器。(8)多個串行接口： 3個高速 12C 、1個12S 、4個符合 16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 UART(1 個帶有IrDA) 和3個SPISSP。(9)1 個帶有 2KB 電池SRAM 的低功耗實時時鐘、1個看門狗定時器。(10)104

34、 個通用 IO口線，這些 IO口線可在高達 18MHz 的速率下觸發(fā)。(11) 支持實時仿真和嵌入式跟蹤支持，使用標(biāo)準(zhǔn)的ARM 測試調(diào)試 JTAG 接口。(12) 只需一個 33V 輸入電源。(13)T 作溫度范圍為40C 85 。32微控制器單元設(shè)計微控制器是系統(tǒng)設(shè)計的核心部分，微控制器直接影響著系統(tǒng)具體功能的優(yōu)劣。微控制器的正常工作同樣取決于外部的電源、時鐘信號、復(fù)位信號。有些情況下，外部的存儲器也需要擴展。圖 321為微控制器單元設(shè)計的示意圖：321電源及時鐘電路設(shè)計3211電源電路電源電路是系統(tǒng)的重要方面，電源設(shè)計的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計中， 主芯片 L

35、PC2378 需要3 3V 供電，同時，電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX3232、硬件 TCPflP 協(xié)議棧芯片 W3150A+ 等器件和芯片都需要33V 供電。交換機芯片RTL8305SC需18V 和33V 混合供電。 所以要在系統(tǒng)中設(shè)計33V和18V 的電源，其中需求的 33V 電源可以提供較高的輸出電流。現(xiàn)場電源模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)12V 電源。本系統(tǒng)選用 LM2576-33和LM2575ADJ 集成芯片。 LM2576和LM2575的輸入電壓范圍 7v40V ，LM2576可以輸出最大達 3A 電流， LM2575最大輸出 1A 電流，能滿足系統(tǒng)的要求。圖322為系統(tǒng)電源部分的設(shè)計：3212時鐘電路LP

36、C2378 是一個時序電路器件，外部提供時鐘信號才能工作。XTALl 引腳輸入方波或者晶振輸入都可以給LPC2378 提供工作時序。 具體提供的時序?qū)?yīng)頻率如表321。表321工作時序頻率表工作時序方式對應(yīng)頻率XTALI 引腳輸入 l：l的方波作為工作時序l50MHZ 晶振1-30MHZ 片內(nèi)PLL(Phase Locked Loop)或者引腳裝載程序 (即ISP)功能l 025MHz 本設(shè)計采用 12MHz 的晶振作為系統(tǒng)時鐘輸入。時鐘頻率在10-25MHz之間，系統(tǒng)可以使用 PLL 和ISP功能。為了與 USB 通訊速率匹配，選用12MHz 也較合理。圖 323 為微控制器時鐘電路：322

37、復(fù)位及看門狗電路設(shè)計為了確保微控制器在通電后有一個固定的狀態(tài)，所有的微控制器均帶有一個復(fù)位邏輯，它負責(zé)將微控制器初始化為某個固定的狀態(tài)。這個復(fù)位邏輯需要外部提供一個復(fù)位信號才能工作， 所以復(fù)位信號的穩(wěn)定性和可靠性對微控制器的正常工作影響較大。一旦復(fù)位信號不可靠， 系統(tǒng)將無法在通電后進入確定的工作狀態(tài)或者由于不停的復(fù)位影響系統(tǒng)的正常運行。復(fù)位后微控制器從地址為Ox00000000的地方開始執(zhí)行，然后進行相應(yīng)的存儲器映射，使微控制器進入正常的運行模式ll 引。除系統(tǒng)通電時需要復(fù)位外，程序運行的看門狗復(fù)位也是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保證?？撮T狗復(fù)位可有兩種方式：(1)芯片內(nèi)部看門狗， 無需外圍電路， 僅需在程

38、序中初始化使能內(nèi)部看門狗，并在程序運行時定時喂狗。(2)采用外部看門狗， 內(nèi)需要采用專門的看門狗芯片，成本會增加。相比較而言，外部看門狗比內(nèi)部看門狗更加可靠，能確保在主控芯片死機的時候產(chǎn)生外部復(fù)位信號，讓芯片重新運行。因為系統(tǒng)應(yīng)用在電梯運行現(xiàn)場，所以對穩(wěn)定性、 安全性和可靠性的要求較高，所以本終端終端器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計中采用外部看門狗方案。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，選用了的SP706T 作為復(fù)位和看門狗芯片。SP706T 工作電壓為33V ，復(fù)位輸出持續(xù)時間200ms 。作為專用的復(fù)位芯片，除了可以消除手動復(fù)位容易產(chǎn)生的抖動現(xiàn)象，提供可靠的復(fù)位信號，同時具有電壓監(jiān)控功能，當(dāng)輸入電壓低于308V 時，將產(chǎn)生

39、復(fù)位信號，避免微控制器在低電壓時的不確定行為，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性 1141 。電路連接如圖 324所示：圖324中，WDI 是SP706T 的看門狗輸入引腳， 與LPC2378 的一個 GPIO 直接相連。在程序正常運行時，每16S 至少喂狗一次。如果出現(xiàn)異常情況或程序死機，WDI 引腳的電平在 16S內(nèi)沒有變化， SP706T 內(nèi)部的看門狗定時器產(chǎn)生定時溢出，WDO 引腳輸出低電平，從而將MR 引腳拉低，產(chǎn)生一次復(fù)位輸出。復(fù)位后，WDO 引腳回復(fù)高電平。拔掉 jPS(#F 部看門狗控制開關(guān))跳線，外部看門狗將不產(chǎn)生作用，一般用在調(diào)試情況下，正常工作時接上 JP8 ，使引腳 WDO( 看

40、門狗輸出 )和MR( 手工復(fù)位 )相連。33功能接口設(shè)計終端控制器的一個重要功能是協(xié)議轉(zhuǎn)換，由于不同廠家不同型號的電梯采用不同接口的電梯控制器，所以現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的接121 多樣，如早期控制電梯的PLC使用RS232 或者RS 485 接口進行數(shù)據(jù)的通信， 近年來出現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線的接口如Profibus、 CAN ，這些不同接口的設(shè)備間無法統(tǒng)一通信也無法組成網(wǎng)絡(luò)使得監(jiān)控平臺實現(xiàn)監(jiān)控。終端控制器需要設(shè)計這些功能接口，并將不同接口之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)據(jù)，以便監(jiān)控平臺或者監(jiān)控端采集。本系統(tǒng)中主要是將不同協(xié)議接口設(shè)備采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCPIP協(xié)議發(fā)送至監(jiān)控平臺。根據(jù)當(dāng)前電梯控制器設(shè)備的主要接

41、口類型及通信接口未來發(fā)展的趨勢，讓終端控制器具有更好的通用性，本系統(tǒng)設(shè)計了 RS 232 、 RS 485 、 Modem 、USB 四個功能接口。33。1 RS-232RS485 接口設(shè)計RS一232 是一個基本的通信接口，很多電梯控制器設(shè)備如PLC 都采用 RS232 接口通信，所以在終端控制器中設(shè)計RS232 接口是必不可少的。此外，LPC2378 的ISP 下載也是通過 RS232 接口來實現(xiàn)的。LPC2378 內(nèi)置四個 UART ，在本系統(tǒng)的設(shè)計中將UART0 和UART2 用做普通的 RS232 接口，需要數(shù)據(jù)接收RXD 、數(shù)據(jù)發(fā)送 TXD 和地線GND 三根線就可以實現(xiàn)基本通信。

42、由于主控芯片輸出的是33V 的TTL 電平，而 RS232 接口采用 EIA 電平，兩個電平之間不匹配，需要進行電平轉(zhuǎn)換【14 】【611 。在本設(shè)計中選用了通用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232，芯片工作電壓 33V ，可以同時進行兩組端口的電平轉(zhuǎn)換。圖331為RS232 接口的設(shè)計電路：本終端控制器串 E1 支持波特率 9600-115200bps，數(shù)據(jù)位 5678位，停止位 12位，支持奇偶校驗。RS485 是一種常見的串行總線接口，它結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，是一種支持多節(jié)點、遠距離和數(shù)據(jù)傳輸可靠性較高的總線標(biāo)準(zhǔn)。RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成

43、差分信號A、B 兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL 電平信號 Il卯。本設(shè)計中采用LPC2378 的UART3 作為RS485 接口，RS485 收發(fā)器選用 SP3485 ，其工作電壓 33V ，工作方式為半雙工，位速率 1Mbps ，最多可連接 400 個節(jié)點數(shù)。 RS-485 接口的電路連接如圖332所示：圖332中， DI 為SP3485 的數(shù)據(jù)輸入引腳，該引腳和LPC2378 UART3的TXD3 相連：RO為SP3485 的數(shù)據(jù)輸出引腳，該引腳和UART3 的RXD3 相連。 DE 為SP3485 驅(qū)動器控鋁 tlgl 腳，當(dāng) DE 引腳電平為低時，輸出顯三態(tài)；

44、而當(dāng)DE 引腳電平為高時，驅(qū)動器正常工作。 RE是SP3485 的接收器控制引腳，當(dāng)RE 電平為高時，接收器呈三態(tài)：當(dāng)RE電平為低時， 使能接收器。 DE 、RE分別和 LPC2378 的GPIO 口相連。通過 DE 和RE高低電平的控制，可以避免RS-485 數(shù)據(jù)總線上產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。RS485 總線輸出端的485A 、485B 上分別加 51 KQ 的上拉電阻和下拉電阻，是為了防止出現(xiàn)總線上所有的驅(qū)動器都被禁止， 接收器可能會輸出邏輯0的情況。 總線兩端的差分端口跨接120f2的匹配電阻，可起到抑制噪聲以及防止出現(xiàn)電阻不匹配引起反射的作用。終端控制器RS-485 接121 可支持波特率 96

45、00-，l 1 5200bps，數(shù)據(jù)位 5678位，停止位 12位，支持奇偶校驗。332 USB 接口設(shè)計USB(Universal Serial Bus)是由Intel 、Compaq 、IBM 、Microsoft等七家公司聯(lián)合制定的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，并成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二十世紀(jì)初，USB2 0標(biāo)準(zhǔn)問世， USB2 0最高以 480Mbps的傳輸速率得到了廣泛關(guān)注，在一定程度上代表了通信接口的發(fā)展趨勢【USB 作為新一代通信接口，具有低成本、即插即用、兼容性好、可靠性高、易于擴展等優(yōu)點，與傳統(tǒng)的RS232 、RS485 接口相比，傳輸速率快很多fi列。雖然日前的電梯控制器上還少有USB 接口的設(shè)備

46、，但憑借USB 協(xié)議的優(yōu)越性能，不久會有越來越多的設(shè)備采用 USB 接口通信， 特別是在需要采集視頻、音頻信號的電梯控制場合，所以本終端控制器也設(shè)計了USB 接口。本監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻信號主要通過USB 接口采集、通信。一個完整的 USB 系統(tǒng)包括 USB 主機和 USB 設(shè)備， 所有的傳輸事務(wù)都是由主機發(fā)起；USB設(shè)備是能夠通過 USB 端口來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的實體。本系統(tǒng)設(shè)計的USB 接口就屬于USB 設(shè)備。本系統(tǒng) CPU 支持 2個USB2 0全速 (12Mbps) 設(shè)備。本設(shè)計使用了LPC2378 的USB 控制器 1。USB 接口的電路連接如圖333所示：圖333 USB 接口電路圖3，

47、33中SP0503BAH是為USB2 0高速端口提供 ESD 保護的器件。 USB 采用差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸， 兩根數(shù)據(jù)傳輸線USB D 和USB D 牛分別與 LPC2378 的U2 D 和U2 D+相連。如果要在 USB 系統(tǒng)中添加一個新的設(shè)備，主機和待添加的設(shè)備之間需要進行一系列復(fù)雜的操作。 主機數(shù)據(jù)線上的兩個偏置電阻在沒有設(shè)各接入時，確保D+ 和D為低電平。當(dāng)有設(shè)備插入USB 電纜時，該設(shè)備端的電阻使主機端的D+或D為高。如果偏置電阻連接到 D+ ，說明設(shè)備是全速的(12Mbps) ；如果電阻被連接到D，則表明設(shè)備是低速的 (15Mbps) ，如圖 313 4所示：圖334 USB 接口端的設(shè)

48、定本終端控制器設(shè)計的USB 支持USB 全速12Mbps，32 個物理端點，支持控制、批量、中斷、同步端點。333 Modem接口設(shè)計Modem 是Modulator(調(diào)制器 )與Demodulator(解調(diào)器 )的簡稱。對于一般的應(yīng)用而言，Modem 一個最大的用處就是可以連接電話、傳真181 。在終端控制器設(shè)計中就使用UARTl 技術(shù)來模擬 Modem 傳輸，選用 SP3238E 芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。SP3238E 的工作電壓為 33V，可以同時進行5路輸入、 4路輸出的 TTL 到RS232 電平轉(zhuǎn)換。 Modem的接口電路如圖 335所示。C1 7圖335 Modem 接口電路本終端控制

49、器系統(tǒng)的Modem 接I：1由于是用 LPC2378 的UARTl 模擬的， 所以和串口一樣，支持波特率 9600 115200bps，數(shù)據(jù)位 5678位，停止位 12位，支持奇偶校驗。21 刀一 4勰藥，一 3拍扣挖一馮仃烈一加擂埔3多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器硬件設(shè)計碩士論文34網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計341設(shè)計方案終端控制的核心任務(wù)就是將其他接口采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為TCPIP協(xié)議的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)， 所以終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的核心是設(shè)計網(wǎng)絡(luò)接口，并且組成局域網(wǎng)。要將嵌入式設(shè)備組成局域網(wǎng)，需要解決兩個主要問題，一是嵌入式系統(tǒng)怎么接入以太網(wǎng)，即怎么實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議問題；另一個是怎樣組成局域網(wǎng)的問題。

50、3411嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)方案設(shè)計【19 21 】要實現(xiàn)嵌入式接入以太網(wǎng)，就要實現(xiàn)復(fù)雜的TCPIP協(xié)議，對嵌入式微控制器的存儲器、運算速度等的要求比較高。所以嵌入式系統(tǒng)與以太網(wǎng)相結(jié)合的關(guān)鍵在于如何在資源有限的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)TCP IP協(xié)議。目前，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)的方案主要有以下幾種：(1)專用網(wǎng)絡(luò) +專用網(wǎng)關(guān)嵌入式系統(tǒng)首先通過專用網(wǎng)絡(luò)(比如 RS 485 總線等 )連接起來，然后再連到專用網(wǎng)關(guān)上，由該專用網(wǎng)關(guān)作為通信控制器，將內(nèi)部專用網(wǎng)上的信息轉(zhuǎn)換為TCPIP協(xié)議數(shù)據(jù)包，發(fā)送到以太網(wǎng)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。該方案必須依賴專用網(wǎng)關(guān)作為通信控制器工作，在很大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性和實時性

51、，而且安裝不夠靈活、方便。(2)嵌入式微處理 +PHY 芯片該方案由嵌入式微控制器和PHY芯片 (比如RTL8019AS)組成，也叫軟 TCPIP方案。一般引入商用的嵌入式實時操作系統(tǒng)，如VxWorks、Linux 等。這類操作系統(tǒng)一般都提供TCP IP協(xié)議棧，系統(tǒng)開發(fā)通過調(diào)用操作系統(tǒng)提供的API 來實現(xiàn) TCP IP協(xié)議的功能。該方案軟件開發(fā)周期長，對研發(fā)人員的開發(fā)能力要求較高，一般大公司采用。(3)集成了 TCP IP協(xié)議棧的片上系統(tǒng)(Soe) 現(xiàn)在有些網(wǎng)絡(luò)微控制器芯片已經(jīng)在片上集成了TCPIP協(xié)議棧了， 用戶無需采用外部的硬件協(xié)議棧芯片或者自己用軟件來實現(xiàn)TCPIP的功能了。 但是目前這

52、類芯片一般都采用低端內(nèi)核， 設(shè)計出來的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度比較低，要求數(shù)據(jù)傳輸速度比較快的系統(tǒng)就不能采用這種方案。(4)嵌入式微控制器 +TCPflP 硬件協(xié)議棧由嵌入式微控制器、TCPIP硬件協(xié)議棧、 PHY組成。 TCPIP協(xié)議族功能由協(xié)議棧芯片實現(xiàn)，嵌入式微控制器通過調(diào)用函數(shù)，就可以接收、發(fā)送相關(guān)用戶數(shù)據(jù)。該方案硬件電路簡單，也無需開發(fā)者自己來實現(xiàn)TCPIP協(xié)議，而且用硬件來實現(xiàn)TCPFIP 協(xié)議，比用軟件實現(xiàn)， 能達到更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。特別適合資源比較緊張或者對數(shù)據(jù)傳輸速度要求比較高的系統(tǒng)。終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計就采用了這種接入以太網(wǎng)的方案，以求有更快的網(wǎng)絡(luò)處理速度。3412網(wǎng)絡(luò)連接

53、方案設(shè)計終端控制器的工作環(huán)境是在電梯運行現(xiàn)場上，受限于電梯運行現(xiàn)場空間等因素影響，使用交換機或集線器等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備來組建網(wǎng)絡(luò)不方便。所以要求終端控制器有自組網(wǎng)功能，數(shù)套終端控制器就能連接組成局域網(wǎng)，不用借助網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。因而需要具備集線器或者交換機的功能，具有兩個以太網(wǎng)接口。設(shè)計雙以太網(wǎng)接口的另一個很重要的原因是，本系統(tǒng)設(shè)計的帶備份通路的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求具有兩個以太網(wǎng)接口，進行首尾相連組成物理上的環(huán)網(wǎng)。終端控制器網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率要求較高，因為需要傳送大量的語音和視頻信息，這種信息的突出特點就是數(shù)據(jù)量很大。系統(tǒng)需要選擇一款性能優(yōu)良的芯片，終端控制器設(shè)計選擇的是交換機控制器芯片。通過對集線器和交換機控制

54、器芯片工作原理的比較分析可以看出，網(wǎng)絡(luò)負載比較大的場合下，集線器控制器很容易引起網(wǎng)絡(luò)的擁塞，交換機控制器則能憑借其優(yōu)越的性能而較好的工作。本終端控制器對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求相對較高，通常工作在網(wǎng)絡(luò)負載大的場合下，所以本終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計選用了臺灣RELTEK 公司生產(chǎn)的 RTL8305SC交換機控制器芯片。本系統(tǒng)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)接口示意圖如圖341所示：圖341系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口示意圖3413網(wǎng)絡(luò)接口主要芯片介紹瞄之5】從上述的方案設(shè)計中可以看出，在網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計中主要用到的芯片有硬件TCPIP協(xié)議棧芯片 W3150A+和以太網(wǎng)交換機芯片RTL8305SC。下面分別簡單的介紹一下這兩個芯片的主要功能及特性。

55、(1)W3 150A+ WIZnet 公司硬件協(xié)議棧芯片W3150A+是以大規(guī)模集成電路方式硬件化通信協(xié)議棧，提供一種簡單、 經(jīng)濟的高速連接互聯(lián)網(wǎng)上各種數(shù)字設(shè)備的解決方案。實現(xiàn)方式是以硬件化TCPIP棧來完成。它提供一個既快且簡易的渠道來實現(xiàn)以太網(wǎng)的功能。應(yīng)用此大規(guī)模集成化的芯片于系統(tǒng)中可完全卸載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所需的負荷，減輕軟件開發(fā)的工作量。W3150A+ 實現(xiàn) TCPIP棧中的 TCP，UDP ，ICMP ，Pv4 ，ARP ，IGMP 以及 PPPoE 協(xié)議， 另加連接以太網(wǎng)協(xié)議中的數(shù)據(jù)控制及MAC 協(xié)議。芯片內(nèi)含 16KB 收發(fā)緩沖存儲器。對MCU 接1：3采用多種連接方式，對物理層銜接則應(yīng)

56、用標(biāo)準(zhǔn)MII 接El 。W3150A+ 主要由4部分組成，它們分別是：第一部分是 MCU 接口。 W3150A+ 提供直接總線接口和間接總線接口，W3150A+ 還提供SPI 總線接口。 適合與類似 8051 單片機的總線連接， 也非常適合與只有IO 口而沒有總線接口的單片機連接。第二部分是 TCP IP協(xié)議棧。 W3150A+ 已經(jīng)完全固化了從MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層到傳輸層所需要的協(xié)議，因而用戶無需了解這些協(xié)議的具體實現(xiàn)方法和實現(xiàn)代碼。第三部分是接收和發(fā)送緩沖區(qū)。單片機通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上其它主機進行通信的數(shù)據(jù)是通過這些緩沖區(qū)來交換的。第四部分是以太網(wǎng)物理層接EI(MII 接口)。W3150A+可

57、以與 RTL8201無縫連接，實現(xiàn)10 100BaseT以太網(wǎng)物理接口。芯片結(jié)構(gòu)如圖 342所示：圖342 W3150A+結(jié)構(gòu)(2)RTL8305SC簡介RTL8305SC是臺灣的 RELTEK 公司生產(chǎn)的二層交換網(wǎng)絡(luò)芯片，具有5個網(wǎng)絡(luò)接口。其中每個接 El 含有一個 MAC 層和一個物理層收發(fā)器，提供10 100M 傳輸速率的自動協(xié)商和識別功能 (完全兼容 IEEE802 3802 3u 的自動協(xié)商識別功能)， 支持 UTP方式，并且在光纖模式下提供流量控制功能。它集成高效的SRAM 作為收發(fā)分組的緩沖區(qū)，提供廣播幀過濾功能，還提供了微控制器接El：SMI(Serial Management

58、 Interface)接lZl ，允許微控制器通過該接口設(shè)置內(nèi)部寄存器和診斷內(nèi)部錯誤。RTL8305SC的5個以太網(wǎng)接 IXl(PORT0一PORT4) 分為三個部分：組X、組 Y和PORT4 。用戶可以根據(jù)需要將PORT0-,PORT3靈活地劃分為組 X和組Y，每組的工作模式相互獨立。而第5 N(PORT4) 貝IJ 是一個功能強大的接口，支持一個外部的MAC 接口，可以根據(jù)需要配置成為物理層模式 (PHY)MII 接121 、物理層模式 (PHY)SNI 接口及 MAC 模式MII 接口三種，以實現(xiàn)與路由器、個人數(shù)據(jù)助理(PNA)及VDSL 發(fā)送設(shè)備直接相接。也可以直接工作在U11P 方式

59、。 RTL8305SC內(nèi)部寄存器有三種設(shè)置方式：第一種是僅用外部配置引腳，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)普通交換功能。用戶根據(jù)需要在上電前設(shè)置好外部配置引腳的狀態(tài)，上電時 RTL8305SC根據(jù)外部配置引腳的狀態(tài)自動設(shè)置內(nèi)部寄存器。第二種是使用外部配置引腳并結(jié)合串行EEPROM 自動加載，即 RTL8305SC中的幾個基本功能寄存器r(register0- register5)是根據(jù)外部配置引腳的狀態(tài)自動設(shè)置的，而其它用于更復(fù)雜功能的寄存器是通過串行 EEPROM 進行自動加載的。第三種方式是使用外部配置引腳并結(jié)合微控制器通過 SMI 口進行設(shè)置。本終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計只需要使用交換機的基本功能，故采用第

60、一種設(shè)置方式，即僅使用外部配置引腳配置。RTL8305SC內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 343 所示。圖343 RTL8305SC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)342 ARM 與協(xié)議棧芯片電路連接3421 W3150A+與微控制器的三種接法W3150A+ 與微控制器 (MCU) 有三種不同的連接方法，具體見表341。3多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器硬件設(shè)計碩士論文的。終端控制器網(wǎng)絡(luò)的處理速度要求較高，所以本設(shè)計就是采用直接總線的方式連接表341 W3 150A+與MCU 連接方法連接方法連接線優(yōu)點不足直接總線方式使用15根地址線、 8根數(shù)據(jù)線、 3根網(wǎng)絡(luò)處理較快，數(shù)據(jù)讀取操作簡單需要較多的連接線控制線與微控制器相連間接總線方式使