基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計(jì)與開發(fā)

基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計(jì)與開發(fā),基于,can,總線,電梯,智能,控制系統(tǒng),控制器,設(shè)計(jì),開發(fā) 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計(jì)與開發(fā) 學(xué)院（系）： 自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化?0601班 學(xué)生姓名： 余倫勇 指導(dǎo)教師： 陳啟宏，黃亮 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了本論文緒論章節(jié)的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書 2、不保密囗 。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)任務(wù)書 學(xué)生姓名： 余倫勇 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0601班 指導(dǎo)教師： 陳啟宏，黃亮 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于CAN總線的電梯智能控制系統(tǒng)呼梯控制器設(shè)計(jì)與開發(fā) 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 解電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解電梯群控原理，設(shè)計(jì)呼梯控制器，能手動(dòng)設(shè)置樓層，實(shí)時(shí)接收CAN總線信息，滾動(dòng)顯示當(dāng)前樓層號(hào)，并能實(shí)時(shí)采集按鈕信號(hào)，點(diǎn)亮呼叫按鈕，并將呼叫信息通過(guò)CAN總線發(fā)送給電梯主控制器。完成硬件電路設(shè)計(jì)并仿真。 要求完成的主要任務(wù): 1．學(xué)習(xí)單片機(jī)的接口與應(yīng)用技術(shù)（包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)）； 2．了解電梯的結(jié)構(gòu)和工作原理； 3．分析呼梯控制的功能需求，確定呼梯控制器的幾大功能模塊； 4．設(shè)計(jì)呼梯主控模塊的硬件電路（能設(shè)置顯示樓層-99~+99；CAN位率=0.125Mbps），并編寫相關(guān)的軟件； 5．設(shè)計(jì)LED點(diǎn)陣顯示屏（16×256，能同時(shí)顯示32個(gè)漢字；串行通信位率=4800bps）控制模塊的硬件電路，并編寫相關(guān)的軟件； 6．在PROTEUS中對(duì)軟件和硬件進(jìn)行仿真； 7．撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，字?jǐn)?shù)不低于15000； 8．完成外文文獻(xiàn)翻譯，字?jǐn)?shù)約為10000左右。 必讀參考資料： [1] 朱德文．電梯群控技術(shù)[m]．北京：中國(guó)電力出版社，2005． [2] 杜尚豐．CAN總線測(cè)控技術(shù)及其應(yīng)用[m]．北京：電子工業(yè)出版社，2004． [3] 李學(xué)海．PIC單片機(jī)原理[m]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003． [4] (美) Di Jasio．PIC微控制器技術(shù)及應(yīng)用[m]．北京：電子工業(yè)出版社，2003． [5] 劉篤仁．PIC軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[m]．北京：電子工業(yè)出版社，2003． [6] Dewen Zhu．Research on Fuzzy Logic Controller in Elevator Traffic Dispatch [m]．National University of Defense Technology Press．2001． 指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名： 院長(zhǎng)簽名（章）： 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 1、目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 隨著人類社會(huì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的人口涌向城市。形成了城市人口相對(duì)過(guò)剩，而城市及周邊土地資源相對(duì)缺乏的嚴(yán)峻形勢(shì)。為了解決這一突出矛盾，人們不斷地將新科技新思維應(yīng)用于城市建筑。進(jìn)而產(chǎn)生了大型高樓，智能建筑等現(xiàn)代化的建筑理念。在當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)，在城市的任何一個(gè)角落都可以看到電梯的身影。在高層建筑中，電梯已成為不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備；每幢大型高樓都也可說(shuō)是一座垂直的城市，而電梯系統(tǒng)則可以比作這個(gè)城市的交通系統(tǒng)。因此，電梯的好壞尤為重要。在這里所說(shuō)的電梯的好壞并不是單純的指所制造的電梯質(zhì)量的好壞。電梯作為一種為人們?nèi)粘Ｉ罘?wù)的運(yùn)輸工具，它的安全性，運(yùn)輸?shù)母咝?，所提供的服?wù)的人性化程度更是重中之重。 自從1854年，美國(guó)人伊萊沙.格雷夫斯?奧的斯第一次向世人展示了他發(fā)明的升降梯安全裝置，升降梯才開始真正的走進(jìn)人們的生活并在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。而1889年，美國(guó)奧迪斯電梯公司制造出來(lái)的采用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)蝸輪減速器帶動(dòng)卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂的升降梯才算是名副其實(shí)的電梯。自那以后，電梯的外形和制作材質(zhì)都在發(fā)生著巨大的變化——100多年來(lái)，電梯的制作材質(zhì)由黑色到彩色，樣式由直式到斜式；在操縱控制方面更是步步出新，手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)；外形更是千變?nèi)f化，扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。隨著人類在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，調(diào)頻門控、智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、主機(jī)節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)保等新型電梯競(jìng)相問(wèn)世。我國(guó)的電梯產(chǎn)業(yè)起步較國(guó)外要晚100多年，雖然在現(xiàn)代化建設(shè)中，我國(guó)的電梯產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。而且有一些國(guó)內(nèi)的研究所在就調(diào)頻門控、智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、主機(jī)節(jié)能等先進(jìn)的電梯技術(shù)進(jìn)行研究，而且取得了一些成果；但是離實(shí)際應(yīng)用任然有一段距離，同國(guó)外先進(jìn)相比更是相距甚遠(yuǎn)。 回顧電梯的發(fā)展，它的控制算法可以說(shuō)是發(fā)生的巨大變化，現(xiàn)代電梯已采用電梯群控技術(shù)——分為被動(dòng)式控制方法和主動(dòng)交互式控制方法。雖然主動(dòng)交互式控制算法會(huì)比較復(fù)雜，但就控制效率而言，它不會(huì)比傳統(tǒng)的被動(dòng)式控制方法低，而且在某種情況下會(huì)得到更高的運(yùn)行效率，有巨大的應(yīng)用空間。而現(xiàn)在幾乎所有的電梯都是采用被動(dòng)式控制方式，電梯組件也是基于此設(shè)計(jì)；因此設(shè)計(jì)基于主動(dòng)交互式控制方式的呼梯控制器將有很大的商業(yè)空間。其意義也是不言而喻。 2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案 查閱文獻(xiàn)資料，在了解和熟悉目前國(guó)內(nèi)外電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外電梯系統(tǒng)的相關(guān)資料進(jìn)行搜集。在此基礎(chǔ)上，對(duì)呼梯控制器的需求進(jìn)行系統(tǒng)的歸納：第一，通過(guò)CAN總線同電梯群控系統(tǒng)通信，向系統(tǒng)提交呼梯請(qǐng)求，取消請(qǐng)求。接收系統(tǒng)發(fā)出的轎廂到站指令和清除呼梯響應(yīng)指令，讓呼梯控制器熄滅呼梯響應(yīng)指示燈。第二，通過(guò)中斷的方式接受用戶的呼梯請(qǐng)求和取消呼梯請(qǐng)求。第三，通過(guò)紅色發(fā)光二極管指示呼梯請(qǐng)求按鈕，取消呼梯按鈕的位置；通過(guò)綠色發(fā)光二極管指示用戶的請(qǐng)求是否被記錄（綠色發(fā)光二極管被點(diǎn)亮說(shuō)明該請(qǐng)求被記錄，反之則未被記錄）；通過(guò)發(fā)光二極管指示當(dāng)前轎廂的某些狀態(tài)，例如：“FULL（轎廂已滿）”，“負(fù)樓層（當(dāng)前顯示的樓層號(hào)為負(fù)）”，“上行（轎廂處于上行狀態(tài)）”，“下行（轎廂處于下行狀態(tài)）”，“X（表示當(dāng)前樓層不被服務(wù)）”等等。第四，能夠設(shè)置當(dāng)前樓層號(hào)。第五，能夠?qū)崟r(shí)顯示轎廂當(dāng)前所處樓層。第六，能夠和下位單片機(jī)進(jìn)行串口通信，將要顯示的信息傳輸給LED點(diǎn)陣顯示控制模塊。以此為依據(jù)，對(duì)電梯系統(tǒng)的呼梯控制器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并完成電路原理圖的繪制和仿真，完成字?jǐn)?shù)不少于1.5萬(wàn)字得畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 3、進(jìn)度安排 第1～2周： 畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告； 第3～4周： 翻譯外文資料，初步確定方案，完成開題報(bào)告； 第5周： 確定最終方案，并進(jìn)行可行性分析； 第6～8周： 硬件設(shè)計(jì)及程序代碼編制； 第9周： 中期檢查； 第10～11周： 綜合調(diào)試，根據(jù)結(jié)果完善系統(tǒng)； 第12～14周： 完成論文撰寫； 第15周： 論文答辯； 第16周： 論文裝訂 4、指導(dǎo)教師意見(jiàn) 余倫勇同學(xué)調(diào)研充分，研究?jī)?nèi)容充實(shí)，技術(shù)方案明確可行，現(xiàn)已經(jīng)具備開始畢業(yè)設(shè)計(jì)的條件。該生能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，同意進(jìn)入設(shè)計(jì)階段。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 3 1.1 引言 3 1.2 課題研究意義 4 1.3 研究現(xiàn)狀 6 1.4 主要研究?jī)?nèi)容 9 2 呼梯控制器總體方案設(shè)計(jì) 10 2.1 CAN總線概述 10 2.2 呼梯控制器功能需求分析 11 2.3 呼梯控制器總體方案 11 3 呼梯控制器硬件設(shè)計(jì) 12 3.1 呼梯主控模塊設(shè)計(jì) 12 3.1.1 呼梯主控模塊總體電路圖 13 3.1.2 樓層顯示 13 3.1.3 呼梯請(qǐng)求 14 3.1.4 同LED顯示控制模塊進(jìn)行串行通信 14 3.1.5 CAN總線通信 15 3.1.6 樓層設(shè)置 15 3.1.7 信息指示模塊 17 3.2 LED點(diǎn)陣顯示模塊設(shè)計(jì) 18 3.2.1 LED點(diǎn)陣顯示模塊總體電路 18 3.2.2 LED點(diǎn)陣顯示屏的搭建 18 3.2.3 LED點(diǎn)陣顯示模塊驅(qū)動(dòng) 20 3.2.4 LED點(diǎn)陣顯示屏的主控模塊 24 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 4.1 軟件編輯環(huán)境介紹 26 4.2 主控模塊軟件設(shè)計(jì) 26 4.2.1 主控模塊軟件概述 26 4.2.2 主控模塊主要流程圖 27 4.3 LED點(diǎn)陣顯示控制器軟件設(shè)計(jì) 30 4.3.1 LED點(diǎn)陣顯示屏主控程序概述 30 4.3.2 LED點(diǎn)陣顯示屏主控程序流程圖 31 5 基于PROTEUS的系統(tǒng)仿真 32 5.1 proteus概述 32 5.2 呼梯主控模塊仿真電路 32 5.3 LED點(diǎn)陣顯示屏控制模塊仿真電路 32 5.4 proteus仿真結(jié)果 33 5.4.1 呼梯主控模塊仿真 33 5.4.2 LED點(diǎn)陣屏控制模塊仿真 37 6 全文總結(jié)及展望 38 致 謝 40 參考文獻(xiàn) 41 附錄1：主控制器源程序 42 附錄2：LED點(diǎn)陣顯示控制器源程序 49 附錄3：主控模塊總體電路 54 附錄4：LED點(diǎn)陣顯示控制模塊總體電路圖 55 附錄5：呼梯主控模塊仿真電路 56 附錄6：LED點(diǎn)陣顯示屏控制模塊仿真電路 57 II 摘要 全文對(duì)電梯的產(chǎn)生，發(fā)展歷程以及發(fā)展方向作了一個(gè)大致的介紹。其中，重點(diǎn)突出了電梯控制方法的發(fā)展和變化。電梯控制方法雖然千變?nèi)f化，但始終是圍繞一個(gè)目的——提高電梯的運(yùn)行效率。本論文分析了現(xiàn)代電梯群控方案之后，將整個(gè)電梯系統(tǒng)始終在被動(dòng)地響應(yīng)人們的呼梯請(qǐng)求的電梯控制方法歸為被動(dòng)式電梯群控方法；并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的電梯群控構(gòu)想——電梯群控系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的呼梯請(qǐng)求和當(dāng)前的轎廂運(yùn)行狀態(tài)給出乘客的最佳乘梯點(diǎn)，并通過(guò)信息顯示模塊告訴乘客。并將這種控制方法命名為主動(dòng)交互式電梯群控方法。在此基礎(chǔ)上，本文分析了這種電梯控制方法對(duì)電梯系統(tǒng)硬件的新要求。經(jīng)過(guò)分析，得出了需要修改當(dāng)前呼梯控制器的設(shè)計(jì)方案的結(jié)論。 傳統(tǒng)的呼梯控制器只能接收乘客的呼梯請(qǐng)求，顯示轎廂的當(dāng)前樓層。顯然是不能滿足交互式的電梯群控技術(shù)的要求。一般的呼梯控制器，用戶的呼梯請(qǐng)求會(huì)被呼梯控制器鎖存，直到電梯運(yùn)行到該樓層才會(huì)被清除。對(duì)于采用現(xiàn)代電梯群控技術(shù)的電梯群，當(dāng)某一人發(fā)出了呼梯請(qǐng)求，為了提高運(yùn)行效率，群控算法可能讓另一部電梯為其服務(wù)。這就要求呼梯控制器可以接收總控機(jī)的指令，將呼梯請(qǐng)求清零或重置。由于電梯有多種工作模式，及時(shí)通知乘客當(dāng)前的運(yùn)行模式并給出合適的乘梯點(diǎn)將會(huì)使電梯系統(tǒng)按照最優(yōu)的運(yùn)行路線進(jìn)行，這就需要呼梯控制器有強(qiáng)大的信息顯示功能。 圍繞這些新的功能需求，本文在第三章中進(jìn)行了相應(yīng)的呼梯控制器的硬件設(shè)計(jì)；在第四章中對(duì)呼梯控制器的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)；在第五章中對(duì)整個(gè)呼梯控制器進(jìn)行了基于PROTEUS的仿真。 關(guān)鍵字：主動(dòng)交互式電梯群控；呼梯控制器；Proteus仿真 Abstract The full paper make a general introduction of production of elevator and the process of elevator’s develop . Highlights the development of elevator control and change in the paper. Although changing the lift control , but it is always around a purpose—improving the efficiency of the elevator . After analyzes the modern elevator group control program in the paper , we define the elevator control method in which the whole system will always call a passive response to people’s requests for elevator control ladder as a passive method of elevator group control . On this basis , we propose a new concept of elevator group control method—According to the user’s call request and the current car running , elevator group control system ladder give passengers the best point a . On this basis , this paper analyzes the new elevator control method’s new requirements for elevator hardware . After analysis , we get a result that we should modify the current ladder controller design . Conventional controller can only receive calls ladder ladder passengers call request and show car of the current floor . Obviously can not meet the requests of interactive elevator group control technology . In the general call ladder controller , the user’s call request will be latched by call ladder controller until the car run to the floor . In the elevator that uses modern elevator group control technology , when a ladder give a call request , group control algorithm may allow the other car serve the ladder for improving efficiency . This requires the call ladder controller can accept the master controller’s instructions and clear or reset the call request . As the elevator has a variety of operating modes , to inform passengers of the current operating mode and give the right point by ladder will run the elevator system in accordance with the optimal route . So call ladder controller requires a display . Around the needs of these new features , this paper describes the hardware design of the controller call ladder in the third chapter . This paper describes the software design of the controller call ladder in the fourth chapter . This paper simulate the entire call ladder based on the “PROTEUS” in the fifth chapter . Key words: active interactive elevator group control；call ladder controller ; “PROTEUS” simulate 1 緒論 1.1 引言 隨著人類社會(huì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的人口涌向城市。形成了城市人口相對(duì)過(guò)剩，而城市及周邊土地資源相對(duì)缺乏的嚴(yán)峻形勢(shì)。為了解決這一突出矛盾，人們不斷地將新科技新思維應(yīng)用于城市建筑。進(jìn)而產(chǎn)生了大型高樓，智能建筑等現(xiàn)代化的建筑理念。在當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)，在城市的任何一個(gè)角落都可以看到電梯的身影。公司大樓需要電梯，以方便工作人員上班下班；大學(xué)中的教學(xué)樓需要電梯，以方便師生上下課；醫(yī)院更是需要有電梯，以運(yùn)送重傷的病人上下樓。毫無(wú)疑問(wèn)，在高層建筑中，電梯已成為不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備；每幢大型高樓都也可說(shuō)是一座垂直的城市，而電梯系統(tǒng)則可以比作這個(gè)城市的交通系統(tǒng)。因此，電梯的好壞尤為重要。在這里所說(shuō)的電梯的好壞并不是單純的指所制造的電梯質(zhì)量的好壞。電梯作為一種為人們?nèi)粘Ｉ罘?wù)的運(yùn)輸工具，它的安全性，運(yùn)輸?shù)母咝?，所提供的服?wù)的人性化程度更是重中之重。 電梯作為運(yùn)輸人的交通工具以來(lái)，它的安全性始終是放在第一位的。但是自從1854年，美國(guó)人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他發(fā)明的升降梯安全裝置，升降梯開始為人們服務(wù)以來(lái)；雖然電梯歷經(jīng)一百多年的發(fā)展，電梯的制作材質(zhì)由黑色到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新，手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，外形更是千變?nèi)f化，扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉[1]。然而電梯的安全裝置在原理并沒(méi)有發(fā)生太大的突破，所改變的僅僅是將以往的機(jī)械安全裝置電氣化，以提高電梯使用的安全性。 為了提高電梯的運(yùn)行效率，電梯的控制技術(shù)歷經(jīng)一百多年的發(fā)展，出現(xiàn)了將多臺(tái)電梯進(jìn)行分組，根據(jù)樓內(nèi)交通量的變化，用計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)輸送的電梯群控技術(shù)。早在1946年就設(shè)計(jì)了電梯群控系統(tǒng)，1949年建成的聯(lián)合國(guó)大廈中的電梯應(yīng)用了電梯群控技術(shù)，1975年以后，發(fā)展到現(xiàn)代電梯群控系統(tǒng)階段。電梯群控系統(tǒng)的應(yīng)用歷經(jīng)了簡(jiǎn)易自動(dòng)控制，集選控制和群控幾個(gè)發(fā)展階段。在使用電梯的初期，由于電梯由司機(jī)來(lái)操縱的控制方式很不經(jīng)濟(jì)，因此人們采用了簡(jiǎn)易的自動(dòng)控制方式。但是它不能同時(shí)響應(yīng)多個(gè)呼梯信號(hào)，使用起來(lái)很不方便，而且運(yùn)行效率低下。后來(lái)出現(xiàn)了集選控制，它能記錄所有的呼梯信號(hào)，并在前進(jìn)方向上根據(jù)呼梯順序?？?。直到這一時(shí)期，各電梯都是單獨(dú)控制的。到后來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展和大型建筑的出現(xiàn)，特別是大型辦公樓，只有單臺(tái)電梯不能很好地應(yīng)付全部客流，因此需要在建筑中同時(shí)設(shè)置多部電梯。這樣就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，這多部電梯是共用一個(gè)控制器，還是分別配置相應(yīng)的控制器。如果各電梯采用獨(dú)立的控制器，由于各電梯之間缺少必要的聯(lián)系，如果在某一層的乘客同時(shí)向每部電梯都發(fā)出了呼梯請(qǐng)求，那么這幾部電梯有可能都為該乘客服務(wù)，這樣根本不能體現(xiàn)大型建筑中設(shè)置多部電梯的意義。另一方面，在類似于辦公大樓的這種大型建筑中，上下班的單行客流十分集中，上班的上行乘客，下班的下行乘客，午飯時(shí)的上下行乘客十分多，單靠增加電梯的荷載，速度，臺(tái)數(shù)是不能適應(yīng)這種客流量的劇烈變化規(guī)律的，也難以克服轎廂的頻繁往返運(yùn)行，更無(wú)法改善在某時(shí)間段內(nèi)必然出現(xiàn)的長(zhǎng)候梯現(xiàn)象。關(guān)鍵問(wèn)題在于如何對(duì)這幾部電梯進(jìn)行集中調(diào)度。要根據(jù)轎廂的人數(shù)，上下行的停站數(shù)，層站及轎廂內(nèi)呼梯，以及轎廂所在的位置等因素，來(lái)實(shí)時(shí)分析客流的變化情況，自動(dòng)選擇最合適的輸送方式。為此，這多部電梯應(yīng)該共用一個(gè)控制器。這里所說(shuō)的共用一個(gè)控制器并不是說(shuō)在物理上只有一個(gè)控制器，而是在各個(gè)電梯的控制器的基礎(chǔ)上還有一個(gè)主控制器，負(fù)責(zé)各電梯的綜合調(diào)度。在邏輯上，就像是只有一個(gè)控制器一樣。在這樣的系統(tǒng)中，層站的召喚按鈕對(duì)所有并聯(lián)電梯來(lái)說(shuō)是共有的，交通流量監(jiān)控系統(tǒng)能確定電梯群中的哪一部電梯去應(yīng)答層站召喚信號(hào)。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1986年到2002年，我國(guó)發(fā)布的電梯交通配置方面的專利共有231項(xiàng)，其中同電梯群控相關(guān)的專利就占了105項(xiàng)，大約占電梯交通配置專利的45%[2]。由此可見(jiàn)，人們對(duì)電梯群控技術(shù)可算得上是情有獨(dú)鐘。為什么人們偏偏對(duì)電梯群控技術(shù)情有獨(dú)鐘呢？雖然電梯已有一百多年的歷史，但電梯的安全技術(shù)早已成熟定型。隨著社會(huì)的進(jìn)步，城市的發(fā)展和大型高樓的涌現(xiàn)，電梯運(yùn)行效率逐漸成為電梯應(yīng)用的瓶頸。如何將現(xiàn)有電梯的運(yùn)行效率提升得更高成為學(xué)者們探討的話題和研究的課題。電梯控制技術(shù)發(fā)展到今天的現(xiàn)代電梯群控技術(shù)，雖然電梯的運(yùn)行效率較以往要高得多；但社會(huì)在進(jìn)步，大樓會(huì)越來(lái)越高，越來(lái)越大，人們對(duì)更高效率的電梯的需求將是一個(gè)永恒不變的課題。 1.2 課題研究意義 隨著社會(huì)的進(jìn)步和城市的發(fā)展，智能建筑的概念應(yīng)運(yùn)而生。智能建筑是以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備，辦公自動(dòng)化及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)，服務(wù)，管理及他們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個(gè)安全，高效，舒適，便利的建筑環(huán)境。也可以說(shuō)，智能建筑是綜合采用了電子信息技術(shù)，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)大樓的設(shè)備進(jìn)行綜合自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)信息資源進(jìn)行管理，對(duì)用戶提供綜合信息服務(wù)的，符合未來(lái)信息化社會(huì)要求的建筑物。興建智能建筑已成為當(dāng)今世界的開發(fā)熱點(diǎn)，也是各國(guó)綜合國(guó)力的具體表征。電梯交通配置是構(gòu)成智能建筑的三大系統(tǒng)之一——樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要內(nèi)容。智能建筑業(yè)的飛速發(fā)展必然帶動(dòng)電梯交通業(yè)的發(fā)展。沒(méi)有電梯交通配置技術(shù)與之相適應(yīng)，智能建筑業(yè)的飛速發(fā)展將是不可想象的。當(dāng)今在美國(guó)，在新建建筑和改建的樓房中，70%是智能建筑。日本到20世紀(jì)末，有65%的大樓已經(jīng)達(dá)到智能建筑的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)智能建筑業(yè)也在飛速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已建成智能建筑1400幢，其中北京700幢，上海400幢，廣東和江蘇各為200幢。外刊預(yù)測(cè)：21世紀(jì)全世界的智能建筑有一半以上將建在中國(guó)。由此可見(jiàn)電梯交通配置的重要地位。而對(duì)電梯交通配置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——電梯群控的研究的意義更是不言而喻[3]。 電梯作為一種專為人服務(wù)的交通工具，乘客對(duì)電梯性能的評(píng)價(jià)是十分重要的。作為大樓公共交通工具的電梯系統(tǒng)，最重要的是安全運(yùn)行，這樣，乘客對(duì)電梯才能產(chǎn)生一種信任感。乘客的要求可分為兩類：生理上的和心理上的，即生理上的承受能力和心理上的承受能力。這兩種承受能力和多個(gè)因素有關(guān)，且表現(xiàn)得相當(dāng)程度的復(fù)雜性。生理上的要求是指乘客對(duì)其在垂直平面內(nèi)的轎廂運(yùn)動(dòng)方式提出要求。當(dāng)人們?cè)陔娞菟诘拇怪逼矫鎯?nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起體內(nèi)器官在體內(nèi)移動(dòng)，從而產(chǎn)生不舒服的感覺(jué)，這種感覺(jué)發(fā)生在人體承受加速和減速時(shí)，即所謂的超重和失重效應(yīng)。作為飛行員或者航天員而言，他們需要進(jìn)行這方面的訓(xùn)練。但作為垂直公共交通系統(tǒng)主要交通工具的電梯系統(tǒng)，不可能要求電梯系統(tǒng)的乘客擁有飛行員一樣的身體素質(zhì)，能承受較大的加速度。因此必須在生理上滿足大部分人的要求。人們對(duì)重力加速度效應(yīng)反應(yīng)的輕重，不僅取決于年齡，還與人們生理和心理方面的健康狀況，以及運(yùn)行是否突然發(fā)生等因素有關(guān)。到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)明確的理論來(lái)解釋加速度和人體健康之間的關(guān)系，但憑經(jīng)驗(yàn)可以知道：人們對(duì)電梯的運(yùn)行速度的適應(yīng)性是很強(qiáng)的，甚至可以說(shuō)是沒(méi)有限制的，但是對(duì)加速度的適應(yīng)性卻是很有限的。因此加減速度應(yīng)限制在大約1.5米每平方秒之內(nèi)，加速度的變化率不超過(guò)2米每立方秒且保持恒定，這種不舒服的感覺(jué)便可以減輕[3]。 可以預(yù)料，人們心理上的感覺(jué)是十分微妙的。乘客對(duì)同一部電梯的服務(wù)級(jí)別有一定的要求，但同樣是這位乘客在一天中的不同時(shí)間和不同地點(diǎn)，卻對(duì)電梯的服務(wù)級(jí)別有著不同的要求。就以一個(gè)普通的白領(lǐng)為例，在上班乘電梯的過(guò)程中對(duì)電梯的服務(wù)沒(méi)有太多的要求，尤其是在他打過(guò)上班卡后，更是沒(méi)有任何的煩躁感產(chǎn)生；但同樣是這位員工，乘坐同樣的電梯，當(dāng)他下班回家的時(shí)候如果不能迅速離開辦公大樓，就會(huì)產(chǎn)生明顯的煩躁感；相對(duì)而言，他就不會(huì)對(duì)自家住宅電梯的服務(wù)級(jí)別作出相同的要求。乘客的這種要求可以歸納為乘客對(duì)候梯時(shí)間的要求，候梯時(shí)間是主要的心理要求。 乘客對(duì)乘梯時(shí)間長(zhǎng)短是影響乘客心理狀態(tài)的第二為因素。例如，去建筑物的頂層的乘客在乘梯時(shí)間長(zhǎng)于90秒時(shí)，會(huì)對(duì)電梯的中間層?？孔兊脴O為不賴煩。其容忍程度還取決于他是否有同伴同行，以及其他乘客的行為舉止如何等。這種心理上的要求由一位外國(guó)學(xué)者歸納為：乘客乘坐電梯的時(shí)間應(yīng)保持在一個(gè)特定的期限內(nèi)。另外也存在著其它心理因素，如美觀大方的轎廂裝潢，考究的候梯廳和轎門外觀等因素，增加了乘客對(duì)電梯系統(tǒng)的信任感，克服了人們對(duì)乘坐電梯的擔(dān)心心理。 實(shí)踐證明，對(duì)于辦公大樓等大型建筑，采用電梯群控技術(shù)，可使電梯交通系統(tǒng)質(zhì)量大為改善，一般可使平均間隙時(shí)間縮短15%~25%，即輸送能力提升15%~25%。由于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高度和各層均等服務(wù)，可使長(zhǎng)候梯時(shí)間大為縮短，一般可減少40%~60%。根據(jù)研究，乘客的候梯心理煩躁程度與候梯時(shí)間的平方成正比。而候梯時(shí)間超過(guò)60秒即為所謂的長(zhǎng)候梯時(shí)間，其心理煩躁程度會(huì)急劇上升，采用電梯群控技術(shù)將使種情況大為改善[3]。 乘客對(duì)電梯生理上的要求一般可以通過(guò)改善單臺(tái)電梯的運(yùn)行性能來(lái)滿足，這些改動(dòng)現(xiàn)在已經(jīng)由電梯生產(chǎn)廠家直接在電梯的運(yùn)行參數(shù)中予以保證，一般不再電梯交通配置設(shè)計(jì)的考慮范圍之內(nèi)。而乘客心理上的要求就不是簡(jiǎn)單地改善電梯系統(tǒng)的運(yùn)行能夠滿足得了，他需要通過(guò)對(duì)電梯群的有效協(xié)調(diào)控制來(lái)滿足。乘客對(duì)乘坐電梯的心理要求主要表現(xiàn)在對(duì)候梯時(shí)間和行程時(shí)間上的要求，但在不同的客流交通情況下，轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌木唧w要求。這就要在電梯系統(tǒng)安裝之前通過(guò)有效的計(jì)算和分析，設(shè)計(jì)合適的群控算法，確保電梯系統(tǒng)在運(yùn)行期間能夠保證乘客的心理要求。 綜合以上分析，電梯群控技術(shù)的應(yīng)用將是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展方向。一個(gè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用必然對(duì)原有電梯的設(shè)備提出了新的要求。例如：在某些商務(wù)大樓中，如果在某層有一個(gè)臨時(shí)會(huì)議。這就需要電梯系統(tǒng)分配一個(gè)臨時(shí)的專線電梯（如從廳堂直達(dá)會(huì)議樓層），為這些特定的乘客服務(wù)。在這種情況下，該臺(tái)電梯將不會(huì)為其它的樓層服務(wù)，這就需要用有效的方式將這一臨時(shí)變更及時(shí)地告訴給任何可能需要乘坐該電梯的人。最有效的方法是在呼梯廳設(shè)置一個(gè)專用的信息顯示面板，供系統(tǒng)發(fā)布實(shí)時(shí)的變更通知。除此以外，還要求系統(tǒng)能按需求隨時(shí)禁用和啟用該呼梯面板；撤消某一呼梯廳口的呼梯請(qǐng)求等等。研究并設(shè)計(jì)適應(yīng)新型電梯控制技術(shù)要求的電梯呼梯控制器在內(nèi)的一系列相應(yīng)電梯組件對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用的意義不言而喻。 1.3 研究現(xiàn)狀 不同用途的建筑，客流交通的特點(diǎn)也不盡相同。對(duì)各類建筑的客流交通特點(diǎn)的分析和計(jì)算是進(jìn)行電梯合理配置，研究控制方法和策略的基礎(chǔ)。即使同一個(gè)建筑，由于具體使用情況的不同，當(dāng)?shù)厣盍?xí)慣和作息制度的不同，以及季節(jié)的變化，其客流情況也會(huì)有很大的差別。但是統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，它的確是存在一種穩(wěn)定的規(guī)律。但是，即使在同一座建筑物，由于其具體使用情況的不同和季節(jié)的變化，都會(huì)導(dǎo)致客流規(guī)律的變化，這也正是電梯交通系統(tǒng)固有的一種不確定性，也是導(dǎo)致電梯控制與配置的難點(diǎn)之一[3]。 不同的電梯系統(tǒng)對(duì)交通模式的分類會(huì)有些不同，但一般模式相同，包括：上行高峰交通模式，下行高峰交通模式，午飯前交通模式，午飯后交通模式，隨機(jī)層間交通模式，客閑交通模式，會(huì)議交通模式等。 當(dāng)主要的客流是上行方向，即全部或者大多數(shù)乘客在建筑物的門廳進(jìn)入電梯且上行，然后分散到大樓的各層。這種情況被定義為上行高峰交通模式。它一般發(fā)生在早上上班時(shí)刻和午休結(jié)束時(shí)刻。一般這樣認(rèn)為，一個(gè)電梯系統(tǒng)如果能夠有效地應(yīng)付上行高峰期的交通需求，那么該電梯系統(tǒng)也可以滿足其它交通模式的交通需求。 當(dāng)主要的客流是下行方向，全部或者大多數(shù)乘客是從大樓的各層站乘梯下行到門廳并離開電梯，這種狀況被定義為下行高峰交通模式。通常發(fā)生在下班時(shí)刻和午休開始時(shí)刻。下行高峰期，乘客密度較大，往往使轎廂?？恳粌蓪雍筠I廂就滿員了，因此應(yīng)合理地確定上行轎廂的目的層，然后向下運(yùn)行，使電梯系統(tǒng)均勻地服務(wù)于各層的下行乘客。 當(dāng)主要的客流是從某一層來(lái)或朝著某一層去，而該層不是門廳，這種狀況被定義為兩路交通模式。兩路交通狀況多是由于在大樓的某一層設(shè)置有茶點(diǎn)部或會(huì)議室，在某一天的某一時(shí)段該層吸引了相當(dāng)多的到達(dá)和離開的呼梯信號(hào)。所以兩路交通模式發(fā)生在上午和下午休息期間或會(huì)議期間。出現(xiàn)兩路交通模式時(shí)，電梯系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)特定樓層的客流輸送能力，應(yīng)派剩余空間比較大的電梯來(lái)服務(wù)，或干脆將轎廂直接調(diào)過(guò)來(lái)為其服務(wù)。電梯系統(tǒng)應(yīng)對(duì)這特定樓層交通進(jìn)行記憶和學(xué)習(xí)，對(duì)此類樓層的呼梯給予更多的重視和優(yōu)先權(quán)。對(duì)此類樓層服務(wù)的轎廂的可用空間給予較高的權(quán)值。 當(dāng)主要的客流是朝著某兩個(gè)樓層或從某兩個(gè)特定的樓層而來(lái)，而其中的一個(gè)樓層可能是門廳，這種交通狀況被定義為四路交通模式。在中午休息期間，會(huì)出現(xiàn)客流上行和下行兩個(gè)方向的高峰狀況。午飯時(shí)客流主要是下行，超門廳和餐廳。午休快結(jié)束時(shí)，主要是從門廳和餐廳上行。所以四路交通多發(fā)生在午休期間。四路交通又可分為午飯前模式和午飯后模式。此兩種交通模式與早上晚上發(fā)生的上行和下行客流高峰不同，雖然主要客流都為上行模式和下行模式，但這兩類交通模式同時(shí)還有相當(dāng)比例的層間交通和相反方向的交通。交通量的比例還與午休時(shí)間的長(zhǎng)短，餐廳的位置以及大樓的使用情況有關(guān)。出現(xiàn)四路交通時(shí)，不但要考慮主要交通客流，還要考慮其它客流。與單純的上下高峰期有所不同。 在上午上班時(shí)間后和午飯前之間和中午上班后至下午下班前之間，大樓層間客流交通占主要部分。這種客流模式被定義為層間交通模式。層間交通模式是一種基本的交通狀況，存在于一天中的大部分時(shí)間。層間交通要求合理的停靠策略。當(dāng)轎廂沒(méi)有呼梯信號(hào)分配給它時(shí)，應(yīng)考慮轎廂?？吭谀囊粚印？梢砸罂辙I廂均勻的?？吭诟鱾€(gè)樓層，也可以要求轎廂停在客流較大的樓層（當(dāng)然這需要電梯系統(tǒng)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)），還可以根據(jù)各樓層當(dāng)前的人員數(shù)量來(lái)確定轎廂優(yōu)先?？奎c(diǎn)?？烷e交通模式是指客流量很小時(shí)的情況，如在休息日，夜晚，清晨等。 由電梯群控系統(tǒng)的交通特性可知，同一座建筑物在一天中的不同時(shí)期，客流模式差異也很大，不同的客流情況對(duì)電梯系統(tǒng)有不同的要求，只有采用不同的控制策略和算法，才能獲得滿意的控制效果。對(duì)客流模式的辨識(shí)的正確性和及時(shí)性對(duì)電梯系統(tǒng)的性能具有重要影響。 針對(duì)電梯控制的這一現(xiàn)實(shí)狀況，人們開發(fā)了幾類電梯群控系統(tǒng)。全自動(dòng)群控運(yùn)行方式電梯群控系統(tǒng)——該系統(tǒng)適用于上下班時(shí)，比較緩慢地出現(xiàn)暫時(shí)客流高峰的情況。全自動(dòng)群控方式兼帶高峰負(fù)荷服務(wù)的群控系統(tǒng)——該系統(tǒng)適用于上下班時(shí)出現(xiàn)暫時(shí)客流高峰的情況。這種高級(jí)運(yùn)行操作方式，在平時(shí)能消除特定的或暫時(shí)高峰負(fù)荷而出現(xiàn)的混亂。全自動(dòng)群控運(yùn)行方式兼帶信息存儲(chǔ)的群控系統(tǒng)——該系統(tǒng)適用于獨(dú)家公司專用大型辦公樓或大型賓館，可適應(yīng)營(yíng)業(yè)時(shí)間內(nèi)的各種交通客流變化情況，用及時(shí)預(yù)約和縮短候梯時(shí)間等功能來(lái)提高服務(wù)效率。 在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)出現(xiàn)以前，主要應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行電梯交通統(tǒng)計(jì)特性的研究。到了現(xiàn)代電梯階段電梯技術(shù)以計(jì)算機(jī)，群控和集成模塊為特征，對(duì)于超高層建筑來(lái)說(shuō)，電梯結(jié)構(gòu)向雙層轎廂和空中大廳形式發(fā)展，電梯交通系統(tǒng)也已成為樓宇自動(dòng)化的一個(gè)重要子系統(tǒng)。電梯交通配置的發(fā)展趨勢(shì)是：從統(tǒng)計(jì)特性過(guò)渡到動(dòng)態(tài)特性；以專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)為武裝；廣泛使用計(jì)算機(jī)群控技術(shù)和電梯交通配置CAD；同時(shí)也繼續(xù)拓寬研究統(tǒng)計(jì)公式及確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)。 電梯交通系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)控制的第一個(gè)方法，是將常規(guī)控制算法用軟件程序?qū)崿F(xiàn)。由于常規(guī)控制算法提供的性能必然受到它的固定邏輯程序所限制，因此不是最優(yōu)的方法。另一種可能是一種新的設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，按照每個(gè)轎廂應(yīng)答召喚信號(hào)的時(shí)間，把層站召喚信號(hào)分配給轎廂。它還包括許多其它的功能，如優(yōu)先級(jí)的確定，對(duì)客流頻繁的樓層的考慮，以及對(duì)長(zhǎng)時(shí)間候梯信號(hào)的優(yōu)先服務(wù)等。 計(jì)算機(jī)控制能直接完成控制算法參數(shù)的在線變化，通過(guò)新程序輸入計(jì)算機(jī)，不需要重新布線，能很快實(shí)現(xiàn)控制算法的完全改變。計(jì)算機(jī)控制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其數(shù)據(jù)的記錄功能。在計(jì)算機(jī)中能記錄和分析交通狀況和目的數(shù)據(jù)信息，記錄分析轎廂的運(yùn)行和電梯的性能，開關(guān)門的時(shí)間，故障部件檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)的保存等?？梢詫?shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離查詢，并隨時(shí)監(jiān)測(cè)任何故障的發(fā)生。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以改進(jìn)控制算法參數(shù)，使其適應(yīng)建筑物的需求。 自從計(jì)算機(jī)應(yīng)用到電梯交通系統(tǒng)之后，開始研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即用模糊邏輯，專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)來(lái)描述電梯交通系統(tǒng)的非線性，不確定性，模糊性和擾動(dòng)性，從而提高電梯交通系統(tǒng)的整體服務(wù)性能，完成電梯交通整體最優(yōu)配置。表1列舉出了從1986年到2002年以來(lái)，我國(guó)發(fā)布的電梯群控專利情況[3]。 表1 電梯群控專利明細(xì)表 項(xiàng)目 系統(tǒng)整體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 專家系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 分組算法 電子信息 硬件其它 數(shù)量（項(xiàng)） 42 7 1 1 2 12 12 28 比例（%） 40 6.7 1 1 1.9 11.4 11.4 26.7 合計(jì)（項(xiàng)） 105 正如前面所述，為了使電梯在各種客流模式下都有較高的運(yùn)行效率，人們針對(duì)各種客流模式的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的電梯群控模式，例如：客閑模式，平常模式，上行高峰模式，下行高峰模式，午飯交通狀態(tài)等。電梯系統(tǒng)采用相應(yīng)的辨識(shí)算法，識(shí)別當(dāng)前的客流模式，并將電梯切換到相應(yīng)的運(yùn)行模式。這樣固然能得到很高的運(yùn)行效率，但是有沒(méi)有辦法將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率提升得更高呢？ 從表1可以看出，人們將太多的精力都花在改進(jìn)電梯的控制算法（電梯系統(tǒng)的軟件部分），而將很少的精力花在電梯硬組件的改進(jìn)。從人們的生活中也可以看出一些端倪。在很多大型建筑內(nèi)，雖然用的是比較先進(jìn)的電梯群控算法，但是呼梯控制器等一些電梯組件卻沒(méi)有更新。就拿呼梯控制器來(lái)說(shuō)，都只有“上”、“下”兩個(gè)呼梯請(qǐng)求按鈕。也有一些呼梯控制器多安裝了一個(gè)呼梯“取消”按鈕，用來(lái)撤消用戶的錯(cuò)誤呼梯請(qǐng)求。也有少數(shù)國(guó)外智能電梯系統(tǒng)還在呼梯控制面板上設(shè)置了一個(gè)觸摸面板，可以讓用戶輸入目的樓層，以便電梯群控系統(tǒng)更具該請(qǐng)求優(yōu)化整個(gè)電梯系統(tǒng)的運(yùn)行。從某種程度說(shuō)，這是對(duì)傳統(tǒng)電梯組件的改進(jìn)，但并未從根本上去改變傳統(tǒng)的電梯組件——設(shè)計(jì)電梯組件的觀念并未改變。 不難看出，整個(gè)電梯系統(tǒng)始終在被動(dòng)地響應(yīng)人們的呼梯請(qǐng)求。就像學(xué)生被動(dòng)地聽老師將課一樣，缺少老師和學(xué)生之間的交流——老師不知到那些該講那些可不講。這樣教學(xué)的效果也高不到哪里去。試想一下，如果客戶在某一樓層發(fā)出了呼梯請(qǐng)求，按照群控算法60秒后客戶可以乘上電梯；然而系統(tǒng)提示，客戶可以花20秒的時(shí)間步行到某一層，然后過(guò)20秒的時(shí)間就可以乘上電梯（當(dāng)然這只適用于普通的電梯系統(tǒng)，對(duì)于醫(yī)院電梯和運(yùn)貨電梯并不適用）。對(duì)于乘客而言不但多了一種快捷的乘梯選擇，而且在某種程度上減輕了乘客候梯所產(chǎn)生的煩躁感。對(duì)于整個(gè)電梯系統(tǒng)而言，可以通過(guò)這種交互式方式讓乘客到最優(yōu)的乘梯點(diǎn)候梯，可以主動(dòng)地削弱隨機(jī)的呼梯請(qǐng)求對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的干擾，使得整個(gè)電梯系統(tǒng)始終在最優(yōu)運(yùn)行方式附近工作。相對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)式電梯群控系統(tǒng)而言，這種主動(dòng)交互式電梯群控方案似乎具有更好的魯棒性和更高的運(yùn)行效率。這就需要用新的理念去設(shè)計(jì)呼梯控制器—— 一種與這種群控算法相適應(yīng)的呼梯控制器。 1.4 主要研究?jī)?nèi)容 正如上文所論述的那樣，本文主要內(nèi)容就是分析主動(dòng)交互式電梯群控系統(tǒng)中，系統(tǒng)對(duì)呼梯控制器所提出的新功能需求，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的呼梯控制器。 第二章主要介紹了選用CAN總線的原因所在，分析了新的電梯群控方案對(duì)呼梯控制器的新要求，并在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)新概念呼梯控制器的設(shè)計(jì)方案——基于雙控制核心的主動(dòng)交互式電梯群控系統(tǒng)呼梯控制器。 第三章在第二章的基礎(chǔ)上對(duì)呼梯控制器進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。該呼梯控制器由兩個(gè)控制核心構(gòu)成——主控模塊和LED顯示控制模塊。主控模塊采用PIC18F6680單片機(jī)，主要用于接收用戶的各種呼梯請(qǐng)求，并將呼梯請(qǐng)求按照既定的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包，通過(guò)CAN總線提交給電梯群控中心。除此以外，還要接收電梯群控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的各種命令，并執(zhí)行——完成用戶呼梯請(qǐng)求的撤銷，置呼梯請(qǐng)求，禁用呼梯面板，同LED顯示控制模塊進(jìn)行串行通信等任務(wù)。LED顯示控制模塊通過(guò)串口同主控模塊進(jìn)行通信，接收要顯示的數(shù)據(jù)信息并在LED點(diǎn)陣顯示屏上動(dòng)態(tài)顯示。 第四章針對(duì)第三章設(shè)計(jì)的硬件電路圖和第二章中的功能分析進(jìn)行在線軟件設(shè)計(jì)。其中包括通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，通信數(shù)據(jù)的打包和數(shù)據(jù)解碼，數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)顯示，CAN通信，串口通信等功能模塊。 第五章對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了軟件仿真。主要對(duì)主控模塊的呼梯請(qǐng)求部分和LED點(diǎn)陣顯示控制模塊的文字信息的動(dòng)態(tài)顯示進(jìn)行了仿真。 第六章對(duì)前文進(jìn)行了總結(jié)性論述，比較詳細(xì)地闡述了提出主動(dòng)交互式控制方案的緣由和電梯系統(tǒng)采用這一群控方案的優(yōu)勢(shì)所在，并提出了實(shí)現(xiàn)這一控制方案所要解決的兩個(gè)問(wèn)題：一是設(shè)計(jì)出一個(gè)合適地群控算法，二是設(shè)計(jì)出與之相適應(yīng)的呼梯控制器。 2 呼梯控制器總體方案設(shè)計(jì) 2.1 CAN總線概述 CAN 是Controller Area Network 的縮寫，是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。由于它的高性能和可靠性，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，汽車，工業(yè)設(shè)備等方面CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信協(xié)議[4]。CAN總線是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1MBPS。 CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，例如：位填充，數(shù)據(jù)塊編碼，循環(huán)冗余校驗(yàn)，優(yōu)先級(jí)判別等工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼通信方式，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼的通信方式。采用這種方法的一大優(yōu)點(diǎn)是可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式還可以使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。按照CAN協(xié)議，數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8字節(jié)，可以滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中的控制命令，工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8字節(jié)數(shù)據(jù)不會(huì)占用太長(zhǎng)的總線時(shí)間，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)采用CRC檢驗(yàn)，可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性[5]Error! Reference source not found.。CAN總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。除此之外，CAN總線還有許多優(yōu)點(diǎn)： (1) 采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突 (2) 具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)； (3) 采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作； (4) 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制； (5) 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)； (6) 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響； (7) 可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文； (8) 采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短； (9) 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息 (10) 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)。 2.2 呼梯控制器功能需求分析 正如前面的分析，人們總是在想方設(shè)法地完善現(xiàn)有的客流模型，從而進(jìn)一步提高電梯的運(yùn)行效率。人們總是在以“人”為中心，總是在試著建立更優(yōu)的乘客乘梯模型，總是在揣摩乘梯者的心理。人們的種種嘗試和努力近乎全部將提升電梯系統(tǒng)運(yùn)行效率的責(zé)任交給了電梯群控系統(tǒng)，而乘客的呼梯請(qǐng)求卻總是在降低電梯系統(tǒng)的運(yùn)行效率。要知道，雖然電梯是專為人服務(wù)的，但結(jié)果始終是人們從中受益。對(duì)提升電梯系統(tǒng)的運(yùn)行效率，乘客也應(yīng)該承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任和義務(wù)。這就要求人們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的電梯群控觀念，變被動(dòng)的電梯群控技術(shù)為主動(dòng)交互式的電梯群控技術(shù)。 電梯系統(tǒng)同乘客的交互可以在兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行：候梯階段和乘梯階段。候梯階段的交互可以是電梯系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地給出乘客候梯的剩余時(shí)間，也可以給出一個(gè)更省時(shí)的候梯方案。雖然這樣并不一定能提高電梯系統(tǒng)的運(yùn)行效率（假如乘客不愿意到更合適的候梯點(diǎn)，抑或乘客到指定的候梯點(diǎn)乘上電梯后乘梯時(shí)間將更長(zhǎng)），但有一點(diǎn)是可以肯定的，這樣可以顯著的改善乘客的候梯心理。就像人們等公交車一樣，如果可以乘坐的公交只有一輛，那么即使是等30秒，他也會(huì)很不耐煩。相反，如果可乘坐的公交車有很多輛，即使是等上1分鐘，他的心情也一定不會(huì)比前一種情況糟糕。因?yàn)樗睦锖芮宄?，可乘坐的車很多，也許下一輛就是他所等的車了。相對(duì)而言，乘梯階段的交互似乎很困難。當(dāng)目的樓層有多個(gè)時(shí)，給出到達(dá)目的樓層的時(shí)間視乎并不現(xiàn)實(shí)；而根據(jù)顧客的目的樓層，給出合適的轉(zhuǎn)乘路線似乎也不符合乘梯心理。就像人們乘坐公交車一樣，人們寧愿多花10分鐘也不愿意為了這10分鐘而去轉(zhuǎn)車。 由以上分析可知，在呼梯階段實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)同乘客間的交互似乎更有效。傳統(tǒng)的呼梯控制器只能接收乘客的呼梯請(qǐng)求，顯示轎廂的當(dāng)前樓層。顯然是不能滿足交互式的電梯群控技術(shù)的要求。一般的呼梯控制器，用戶的呼梯請(qǐng)求會(huì)被呼梯控制器鎖存，直到電梯運(yùn)行到該樓層才會(huì)被清除。對(duì)于采用現(xiàn)代電梯群控技術(shù)的電梯群，當(dāng)某一人發(fā)出了呼梯請(qǐng)求，為了提高運(yùn)行效率，群控算法可能讓另一部電梯為其服務(wù)。這就要求呼梯控制器可以接受總控機(jī)的指令，將呼梯請(qǐng)求清零或重置。由于電梯有多種工作模式，及時(shí)通知乘客當(dāng)前的運(yùn)行模式并給出合適的乘梯點(diǎn)將會(huì)使電梯系統(tǒng)按照最優(yōu)的運(yùn)行路線進(jìn)行，這就需要呼梯控制器有強(qiáng)大的信息顯示功能。 2.3 呼梯控制器總體方案 呼梯控制器由兩部分組成：主控模塊和LED點(diǎn)陣顯示模塊。主控模塊完成同電梯控制系統(tǒng)的通信，接受用戶的呼梯請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)顯示轎廂的運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行方向和所處樓層）以及將要顯示的信息發(fā)送給LED點(diǎn)陣顯示模塊顯示。LED顯示模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和顯示電梯系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的信息，它是實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)同用戶之間交互的重要平臺(tái)。呼梯控制器的方框原理圖如圖1所示。 呼梯主控模塊PIC18F6680 LED點(diǎn)陣顯示控制模塊AT89C51 LED點(diǎn)陣顯示屏16×256 CAN總線網(wǎng)絡(luò) CAN雙向 CAN通信 串口通信 行選 列選 圖1 呼梯控制器總體方框圖 3 呼梯控制器硬件設(shè)計(jì) 3.1 呼梯主控模塊設(shè)計(jì) 本模塊是呼梯控制器的核心部分。它主要的功能是：第一，通過(guò)CAN總線同電梯群控系統(tǒng)通信，向系統(tǒng)提交呼梯請(qǐng)求，取消請(qǐng)求。接收系統(tǒng)發(fā)出的轎廂到站指令和清除呼梯響應(yīng)指令，讓呼梯控制器熄滅呼梯響應(yīng)指示燈。第二，通過(guò)中斷的方式接受用戶的呼梯請(qǐng)求和取消呼梯請(qǐng)求。第三，通過(guò)紅色發(fā)光二極管指示呼梯請(qǐng)求按鈕，取消呼梯按鈕的位置；通過(guò)綠色發(fā)光二極管指示用戶的請(qǐng)求是否被記錄（綠色發(fā)光二極管被點(diǎn)亮說(shuō)明該請(qǐng)求被記錄，反之則未被記錄）；通過(guò)發(fā)光二極管指示當(dāng)前轎廂的某些狀態(tài)，例如：“FULL（轎廂已滿）”，“負(fù)樓層（當(dāng)前顯示的樓層號(hào)為負(fù)）”，“上行（轎廂處于上行狀態(tài)）”，“下行（轎廂處于下行狀態(tài)）”“X（表示當(dāng)前樓層不被服務(wù)）”等等。第四，能夠設(shè)置當(dāng)前樓層號(hào)。第五，能夠?qū)崟r(shí)顯示轎廂當(dāng)前所處樓層。第六，能夠和下位單片機(jī)進(jìn)行串口通信，將要顯示的信息傳輸給LED點(diǎn)陣顯示控制模塊。 PIC單片機(jī)不但管腳多，而且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，單個(gè)管腳的輸出電流可達(dá)到25毫安，灌入電流可達(dá)20毫安。而所有管腳的總電流可達(dá)到200毫安，Vss的輸出電流可達(dá)300毫安，輸入電流可達(dá)250毫安[6]。一般發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流為10毫安[7]，可以直接驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)光二極管。PIC18F6680的片內(nèi)代碼ROM容量高達(dá)64KB，足以容納代碼[8]。CAN總線控制接口更方便應(yīng)用編程，而且還有通用串口[9]，可以和LED點(diǎn)陣顯示模塊進(jìn)行串行通信。 綜合上述考慮，主控制單片機(jī)選用PIC18F6680。 3.1.1 呼梯主控模塊總體電路圖 根據(jù)以上對(duì)呼梯主控模塊的功能分析，設(shè)計(jì)總體硬件電路如附錄3所示。 3.1.2 樓層顯示 圖3 樓層顯示7端數(shù)碼管 呼梯控制器應(yīng)該實(shí)時(shí)顯示對(duì)應(yīng)轎廂所在的當(dāng)前樓層。在這里，用一個(gè)I/O口控制兩個(gè)七段數(shù)碼管，顯示對(duì)應(yīng)轎廂所在的當(dāng)前樓層；用一個(gè)發(fā)光二極管指示該樓層號(hào)的正負(fù)。電路接線圖如圖3所示。電梯群控系統(tǒng)將該轎廂所處的樓層（BCD碼）通過(guò)CAN總線傳輸給呼梯控制器，呼梯控制器根據(jù)該信息動(dòng)態(tài)顯示樓層信息。 3.1.3 呼梯請(qǐng)求 圖4 呼梯請(qǐng)求模塊 呼梯控制器的主要功能就是接收乘客的呼梯請(qǐng)求，并將該請(qǐng)求提交給電梯群控系統(tǒng)。一般呼梯請(qǐng)求分為上行請(qǐng)求和下行請(qǐng)求。這里，多設(shè)立了一個(gè)服務(wù)，就是呼梯取消請(qǐng)求。當(dāng)乘客誤呼梯或乘客決定選擇電梯群控系統(tǒng)給出的第二乘梯站點(diǎn)時(shí)，可以通過(guò)該按鈕取消先前的呼梯請(qǐng)求。從某種程度上講，這樣可以提高電梯系統(tǒng)的效率。具體的接線電路如圖4所示。在這里，用中斷的方式接收用戶的請(qǐng)求信息，也在一定的程度上提高了控制器的運(yùn)行效率。 3.1.4 同LED顯示控制模塊進(jìn)行串行通信 要在一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示屏上顯示一個(gè)漢字字符需要32字節(jié)的數(shù)據(jù)信息。如果要能顯示32個(gè)漢字就需要用1KB的空間存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)沒(méi)有進(jìn)行片外RAM擴(kuò)充的單片機(jī)而言，這顯然是一種奢求。如果要顯示的信息的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，不進(jìn)行擴(kuò)容是沒(méi)辦法的。上位PIC單片機(jī)擴(kuò)容是很麻煩的，在這里要在下位C51單片機(jī)進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展。這樣就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：上位機(jī)接收到要通過(guò)LED點(diǎn)陣顯示屏顯示的數(shù)據(jù)后就必須將數(shù)據(jù)傳輸給下位單片機(jī)。下位單片機(jī)不但要顯示文字信息，還要同上位機(jī)進(jìn)行串口通信，這就需要下位機(jī)采用中斷方式接受上位機(jī)的數(shù)據(jù)。如果下位機(jī)在顯示文字信息時(shí)接收到串行通信中斷，就需要清除原來(lái)的中斷返回?cái)帱c(diǎn)。具體電路如圖5所示。 圖5 串口通信 3.1.5 CAN總線通信 由于這里選用的單片機(jī)PIC18F8680內(nèi)部嵌入了CAN總線控