專利名稱：智能電梯核心控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電梯領域，尤其涉及一種智能電梯核心控制器。
背景技術：
電梯核心控制器主要負責采集電梯各部分數(shù)據(jù)以完成電梯基本控制功能，同時將相 關信息傳輸給監(jiān)視工作站和群控器。隨著對電梯性能和控制系統(tǒng)的要求越來越高，目前 PLC或電路板+變頻器系統(tǒng)已經無法滿足現(xiàn)代電梯控制的要求。
近年來，隨著集成電路產業(yè)的飛速發(fā)展，國內外電梯制造廠商開始將專用集成電路 ASIC芯片和可編程邏輯器件引入到了電梯系統(tǒng)中?；谶@種結構設計的使得電梯控制器 的集成度更高、器件成本低廉、運行穩(wěn)定，并且大大提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。但 是由于專用集成電路設計完成后，芯片內部結構難以更改，無法適應功能需求的變化， 如當核心控制器的并行I/O信號定義、硬件接線標準、附加功能等發(fā)生改變時，基于ASIC 設計的控制器難以作出相應改變以適應設計需求?，F(xiàn)有常用的控制器不適于未來智能電 梯發(fā)展的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有電梯控制器的上述不足，提出一種能夠實現(xiàn) 可重構設計，允許設計人員在開發(fā)階段甚至在現(xiàn)場進行改動的智能電梯核心 控制器。
為此，本發(fā)明采用如下的技術方案
一種智能電梯核心控制器，包括ARM處理器及其外圍器件，可編程邏輯器件，數(shù)字 量輸入輸出模塊以及人機交互模塊，其中，可編程邏輯器件與ARM處理器通過ARM的靜 態(tài)存儲器控制器相連，作為ARM處理器的協(xié)處理器，直接控制與其相連的數(shù)字量輸入輸 出模塊和人機交互模塊；所述的數(shù)字量輸入輸出模塊包括輸入部分和輸出部分，所述輸 入部分用于向控制器提供包括井道信息、變頻器信息、電路是否正常工作在內的信息和 反饋；輸出部分用于控制包括變頻器、門機控制器、各種接觸器在內的相關外部設備； 所述的人機交互模塊，包括顯示電梯當前位置的LED顯示器，用于對電梯的參數(shù)進行配 置的鍵盤以及用于建立電梯的配置界面和故障信息的實時顯示的LCD顯示屏。
上述的智能電梯核心控制器還可以包括內網通訊模塊，所述的內網通訊模塊與可編 程邏輯器件相連，用于接收從電梯內網掛接的外呼、操縱盤和門機單元釆集呼梯、開關 門按鈕和門狀態(tài)信息，并實時點亮應響應的呼梯燈，以實現(xiàn)對呼梯系統(tǒng)的控制。內網通訊模塊可以為第一 CAN總線模塊。
上述的智能電梯核心控制器還可以包括外網通訊模塊，所述的外網通訊模塊與可編 程邏輯器件相連，用于辨ARM處理器和可編程邏輯器件與外部的監(jiān)視工作站和群控器相 連。外網通訊模塊為第二CAN總線模塊和以太網模塊，所述的第二 CAN總線模塊用于將 ARM處理器和可編程邏輯器件與外部的群控器相連，所述的以太網模塊用于將ARM處理器 和可編程邏輯器件與外部的監(jiān)視工作站相連。
上述的智能電梯核心控制器還可以包括GPRS通訊模塊，所述的GPRS通 訊模塊與可編程邏輯器件相連，用于向遠程維修服務器或遠程維修人員以無 線方式發(fā)送報警信號及相關的故障信息，或者/和用于本地的語音報警。
本發(fā)明采用32位嵌入式ARM硬核處理器作為控制器的主處理器，負責 控制電梯的運行邏輯、管理通信接口。同時，將可編程邏輯器件CPLD的設 計思想引入到電梯核心控制器中，作為主處理器的協(xié)處理單元，完成對輸入 輸出信號的實時采集和處理以及人機交互模塊的控制。從而實現(xiàn)了電梯核心 控制器的可重構設計，使得產品具有了較長的生命周期，可以隨著新的產品 需求的出現(xiàn)而多次使用同一個設計，允許設計人員在開發(fā)階段甚至是在現(xiàn)場 進行改動，突出產品優(yōu)勢，降低每一環(huán)節(jié)的成本，縮短開發(fā)時間，提高了效 率。
本發(fā)明充分發(fā)揮ARM處理器外設接口豐富、網絡功能強大的優(yōu)勢以及可編程邏輯器 件CPLD實時性強、可重構的優(yōu)勢，設計的核心控制器具有兩路CAN模塊、 一路以太網通 信模塊、 一路RS232通信模塊、豐富的數(shù)字量輸入輸出模塊以及人機交互模塊。從而在 實現(xiàn)電梯內網的數(shù)據(jù)交換的同時，還使智能控制器實現(xiàn)與外部的監(jiān)視工作站和群控器相 連，并能實現(xiàn)本地語音報警和遠程維護的功能。
本發(fā)明為智能大廈智能電梯系統(tǒng)的研究與發(fā)展打下良好的基礎，為國內智能電梯控 制的產業(yè)化做好了準備。本發(fā)明的智能核心控制器具有較好的推廣應用價值，它不僅可 以為未來智能電梯提供更加全面、復雜的控制功能；同時可以與虛擬環(huán)境結合研究開發(fā) 智能電梯調度方法，解決優(yōu)化設計及測試問題，既節(jié)約能源又可以節(jié)省開支。


圖1為電梯核心控制器的硬件結構。
圖2為以太網模塊硬件結構圖。
圖3為RS323/M0DEM模塊硬件結構圖。
圖4為CAN模塊硬件結構圖。
圖5為人機交互模塊的硬件結構圖。
圖6數(shù)字量輸入輸出模塊的硬件結構圖。
圖7 CPLD并行I/0模塊的輸入輸岀電路。圖8 CPLD并行I/0模塊的位置脈沖計數(shù)電路。
圖9 CPLD人機交互模塊的LED段碼顯示控制電路。
圖IO CPLD人機交耳模塊的鍵盤掃描電路。
圖11 CPLD人機交互模塊的LCD顯示控制電路引腳定義。
具體實施例方式
本發(fā)明的智能電梯核心控制器本發(fā)明為保證硬件資源的模塊化和可重用性，核心控 制器采用核心板加外圍板的架構。核心板上由CPU、 SDRAM和FLASH等組成最小系統(tǒng)，將 CPU的所有可用信號管腳和電源管腳通過并行總線接口引出，外圍板按照核心板預留的接 口標準進行設計，只將有用的信號線引入到外圍板中，然后在外圍板中進行各功能模塊 的設計。這樣， 一方面最小系統(tǒng)的電源可以由外圍板提供，另一方面CPU的所有可用信 號都引入到總線接口中，外圍板可以根據(jù)實際需要進行針對性設計，當外圍板的需求發(fā) 生變化時，只需改動外圍板，核心板并不需要改動，有效地節(jié)省了硬件資源。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
參見圖1，本發(fā)明采用32位嵌入式ARM硬核處理器作為控制器的主處理 器，負責控制電梯的運行邏輯、管理通信接口 。同時，將可編程邏輯器件CPLD 的設計思想引入到電梯核心控制器中，作為主處理器的協(xié)處理單元，完成對 輸入輸出信號的實時采集和處理以及人機交互模塊的控制。本發(fā)明發(fā)揮ARM 處理器外設接口豐富、網絡功能強大的優(yōu)勢以及可編程邏輯器件CPLD實時 性強、可重構的優(yōu)勢，設計的核心控制器具有兩路C緒模塊、 一路以太網通 信模塊、 一路RS232通信模塊、豐富的數(shù)字量輸入輸出模塊以及人機交互模 塊。
本發(fā)明的核心控制器從功能上可劃分為基本控制功能和智能功能兩大部分。
對于基本控制功能，核心控制器通過CAN總線方式從電梯內部控制網絡上掛接的外 呼、操縱盤和門機單元采集呼梯、開關門按鈕和門狀態(tài)信息，并實時點亮應響應的呼梯 燈，以實現(xiàn)對呼梯系統(tǒng)的控制。同時，更為重要的是以并行通信方式由CPLD對井道和變 頻器反饋的數(shù)字量信息進行實時采集和處理，并根據(jù)邏輯運算結果對變頻器、門機控制 器及其他相關單元進行控制。
在智能方面，電梯核心控制器可實現(xiàn)監(jiān)視、群控、GPRS報警、語音以及良好的人機 交互界面。其中，群控器和監(jiān)視工作站的通信方式有兩種， 一種是二者位于同一個網絡 中，我們通過另一條CAN總線(異于電梯內部的CAN控制網絡)將群控器、監(jiān)視工作站 和若干臺主控制器掛接在一起；另一種是群控和監(jiān)視信息分別在不同的網絡中傳輸，其 中群控通過CAN總線方式實現(xiàn)，而監(jiān)視信息可通過以太網方式傳輸。
通過添加GPRS語音模塊，控制器可實現(xiàn)GPRS功能。可用于向遠程維修服務器或遠 程維修人員以無線方式發(fā)送報警信號及相關的故障信息，而語音功能可用于本地的語音報警。對于這兩種功能，我們擬定采用一個專用模塊實現(xiàn)，主控器與此模塊之間通過RS232 方式通信，這種方式使得電梯系統(tǒng)的功能更加模塊化，方便不同檔次電梯的配置。
最后，為方便電梯的管理與配置，核心控制器配備了良好的人機交互界面。通過核 心控制器上的協(xié)處理器CPLD控制顯示和人機交互設備，如由LED段碼顯示電梯當前位置， 通過鍵盤對電梯的參數(shù)進行配置，通過具有中文顯示功能的LCD顯示屏建立電梯的配置 界面，并可用于故障信息的實時顯示。
參見圖2—4，對于CAN模塊，本發(fā)明通過ARM的SPI總線連接CAN總線控制器來實 現(xiàn)；對于以太網通信模塊，利用ARM的EMAC單元及RMII總線來擴展；對于RS232模塊， 為了保證兼容Modem通信方式，我們采用ARM的USART1來擴展；對于數(shù)字量輸入輸出， 采用的方式是通過數(shù)據(jù)、地址總線外擴緩沖器、鎖存器來實現(xiàn)。
在電梯系統(tǒng)中存在著許多數(shù)字量開關信號，分為輸入和輸出兩大部分。輸入部分主 要用于向控制器提供各種信息和反饋，比如井道信息、變頻器信息、電路是否正常工作 等；輸出部分主要用于控制變頻器和各類接觸器， 一般為繼電器輸出。本發(fā)明通過ARM 的靜態(tài)存儲器控制器(SMC)擴展一片CPLD，通過此CPLD對所有輸入輸出接口進行統(tǒng)一 管理，當輸入輸出信號定義或硬件接線標準發(fā)生改變時，通過改變CPLD的內部電路結構， 可以實現(xiàn)核心控制器的自適應調整，進而實現(xiàn)了可重構設計；與數(shù)字量輸入輸出模塊相 類似，對于人機交互模塊，本發(fā)明通過SMC再擴展一片CPLD對所有輸入、顯示設備進行 統(tǒng)一管理，當出現(xiàn)附加功能需求時，如輔助故障診斷處理、配置電梯運行參數(shù)、控制網 絡監(jiān)控和文件傳輸?shù)?，CPLD作為ARM的協(xié)處理器可以完成對上述附加功能的控制，進而 實現(xiàn)核心控制器的人機交互功能。圖5和圖6分別為人機交互模塊和數(shù)字量輸入輸出模 塊的硬件結構圖。圖7和圖8分別為CPLD并行I/O模塊的輸入輸出電路和位置脈沖計數(shù) 電路原理圖。圖9_11分別為CPLD人機交互模塊的LED段碼顯示控制電路、鍵盤掃描電 路和LCD顯示控制電路引腳定義。
權利要求
1.一種智能電梯核心控制器，包括ARM處理器及其外圍器件，可編程邏輯器件，數(shù)字量輸入輸出模塊以及人機交互模塊，其中，可編程邏輯器件與ARM處理器通過ARM的靜態(tài)存儲器控制器相連，作為ARM處理器的協(xié)處理器，直接控制與其相連的數(shù)字量輸入輸出模塊和人機交互模塊；所述的數(shù)字量輸入輸出模塊包括輸入部分和輸出部分，所述輸入部分用于向控制器提供包括井道信息、變頻器信息、電路是否正常工作在內的信息和反饋；輸出部分用于控制包括變頻器、門機控制器、各種接觸器在內的相關外部設備；所述的人機交互模塊，包括顯示電梯當前位置的LED顯示器，用于對電梯的參數(shù)進行配置的鍵盤以及用于建立電梯的配置界面和故障信息的實時顯示的LCD顯示屏。
2. 根據(jù)權利要求1所述的智能電梯核心控制器，其特征在于，所述智能電梯核心控制器 還包括內網通訊模塊，所述的內網通訊模塊與可編程邏輯器件相連，用于接收從電梯 內網掛接的外呼、操縱盤和門機單元采集呼梯、開關門按鈕和門狀態(tài)信息，并實時點 亮應響應的呼梯燈，以實現(xiàn)對呼梯系統(tǒng)的控制。
3. 根據(jù)權利要求2所述的智能電梯核心控制器，其特征在于，所述的內網通訊模塊為第 一CAN總線模塊。
4. 根據(jù)權利要求1所述的智能電梯核心控制器，其特征在于，所述智能電梯核心控制器 還包括外網通訊模塊，所述的外網通訊模塊與可編程邏輯器件相連，用于將ARM處理 器和可編程邏輯器件與外部的監(jiān)視工作站和群控器相連。
5. 根據(jù)權利要求4所述的智能電梯核心控制器，其特征在于，所述的外網通訊模塊為第 二 CAN總線模塊和以太網模塊，所述的第二 CAN總線模塊用于將ARM處理器和可編程 邏輯器件與外部的群控器相連，所述的以太網模塊用于將ARM處理器和可編程邏輯器 件與外部的監(jiān)視工作站相連。
6. 根據(jù)權利要求1所述的智能電梯核心控制器，其特征在于，所述智能電梯核心控制器 還包括GPRS通訊模塊，所述的GPRS通訊模塊與可編程邏輯器件相連，用于向遠程維 修服務器或遠程維修人員以無線方式發(fā)送報警信號及相關的故障信息，或者/和用于 本地的語音報警。
全文摘要
本發(fā)明涉及電梯技術領域，尤其涉及一種智能電梯核心控制器，包括ARM處理器及其外圍器件，可編程邏輯器件，數(shù)字量輸入輸出模塊以及人機交互模塊，其中，可編程邏輯器件與ARM處理器通過相連，直接控制與其相連的數(shù)字量輸入輸出模塊和人機交互模塊；數(shù)字量輸入輸出模塊包括輸入部分和輸出部分；人機交互模塊，包括顯示電梯當前位置的LED顯示器，用于對電梯的參數(shù)進行配置的鍵盤以及用于建立電梯的配置界面和故障信息的實時顯示的LCD顯示屏。本發(fā)明提供的智能電梯核心控制器，能夠實現(xiàn)可重構設計，允許設計人員在開發(fā)階段甚至在現(xiàn)場進行改動的智能電梯核心控制器。
文檔編號B66B1/00GK101306778SQ20071005842
公開日2008年11月19日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權日2007年7月30日
發(fā)明者劉文靜, 孫連坤, 群 宗, 張皓天, 竇立謙 申請人:天津大學