摘 要：以太網(wǎng)是構(gòu)建電梯監(jiān)控系統(tǒng)的理想平臺(tái)。本文介紹了一種基于以太網(wǎng)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用TMS320LF2407A作為主控芯片，RTL8019AS作為以太網(wǎng)接口芯片，采用LabVIEW建立監(jiān)控界面。為電梯監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用以太網(wǎng)通信技術(shù)提供了一種解決方法。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng);電梯;監(jiān)控;DSP;LabVIEW

一、引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展電梯得到廣泛的應(yīng)用，以及電梯系統(tǒng)的復(fù)雜性和安裝分散性對(duì)電梯運(yùn)行維護(hù)提出了更高的要求。由于以太網(wǎng)具有較大的帶寬，可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，同時(shí)具有通用性強(qiáng)、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，因此是構(gòu)建電梯監(jiān)控系統(tǒng)的一種理想平臺(tái)。本文設(shè)計(jì)了一種基于以太網(wǎng)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)控制，網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使我們能夠在控制中心對(duì)多臺(tái)電梯進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

二、電梯控制器結(jié)構(gòu)及以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)

2.1 電梯主控制器結(jié)構(gòu)

電梯控制器原理框圖如圖1所示。電梯控制器以DSP+CPLD為控制核心，包括以太網(wǎng)接口，RS485通信接口，CANBUS及開(kāi)關(guān)量輸入輸出等電路組成。

2.2 RTL8019AS與TMS320LF2407A芯片功能概述

2.2.1 RTL8019AS芯片

RTL8019AS是瑞昱公司生產(chǎn)的一種高度集成的全面支持IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器，軟件兼容NE2000，同時(shí)還支持微軟公司的PnP規(guī)范。RTL8019AS主要性能如下：

（1）適應(yīng)于EthernetII、IEEEE802.3，10Base5，10Base2，10Base-T;

（2）全雙工工作模式，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10Mbps的速率，具有睡眠模式，以降低功耗;

（3）內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，以降低對(duì)主處理器的速度要求;

（4）可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動(dòng)檢測(cè)所連接的介質(zhì);

（5）100腳的TQFP封裝，縮小PCB尺寸;

（6）LED指示燈和診斷軟件可用于簡(jiǎn)單的故障排除;

（7）訪問(wèn)協(xié)議CSMA/CD。

2.2.2 TMS320LF2407A芯片

TI公司TMS320系列DSP芯片是為了滿足廣泛需要的電動(dòng)機(jī)控制和其他嵌入式控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。TMS320LF2407A采用高性能CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗，最高頻率40MHz，指令周期為25ns，片內(nèi)有32k字的FLASH程序存儲(chǔ)器，1.5k字的數(shù)據(jù)/程序RAM，544字DRAM和2k字的SRAM，時(shí)間管理器EVA和EVB包括16位通用定時(shí)器，脈寬調(diào)制（PWM）通道，CAP和QEP，看門狗定時(shí)器，16路10bit的A/D轉(zhuǎn)換，控制器局域網(wǎng)（CAN）模塊，串行通信（SCI）接口模塊，16位串行外設(shè)（SPI）接口模塊，基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器，40個(gè)通用輸入/輸出引腳

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)接口硬件原理框圖

以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS有三種工作模式：（1）跳線模式，I/O地址和中斷都由跳線決定。（2）非跳線模式，I/O地址和中斷都由外接的EEPROM里的內(nèi)容決定。（3）即插即用模式，I/O地址和中斷都由操作系統(tǒng)管理。

在本設(shè)計(jì)中，采用第一種工作模式。

（1） I/O地址：將RTL8019AS的第65腳JP拉高，即采用跳線模式。通過(guò)配置BD0，BD1，BD2，BD3這四個(gè)引腳決定RTL8019AS的基地址為300H。將低5位地址線相連，A15連A9，A10連A8，將RTL8019AS映射到DSP的I/O空間，基地址0x8400-0x841F對(duì)應(yīng)于RTL8019AS的32個(gè)地址。

（2） 中斷：RTL8019AS的中斷由IRQS0，IRQS1，IRQS2決定。本系統(tǒng)采用查詢方式判斷網(wǎng)絡(luò)芯片是否接收到數(shù)據(jù)，因此IRQS0-IRQS2三個(gè)引腳懸空。

（3） DSP及CPLD采用3.3V供電，而RTL8019AS采用5V供電，因此數(shù)據(jù)總線之間采用74HCT16245匹配二者之間的電平，但是DSP的輸出電平滿足RTL8019AS的控制線電平，因此可以直接相連。

（4） 總線模式：RTL8019AS的IOCS16B引腳通過(guò)一個(gè)300歐姆的電阻上拉，使得RTL8019AS工作在16位總線。

三、網(wǎng)絡(luò)接口芯片初始化及驅(qū)動(dòng)

3.1 網(wǎng)絡(luò)接口芯片初始化過(guò)程

RTL8019AS芯片上有32個(gè)字節(jié)的控制寄存器，通過(guò)讀寫(xiě)這32個(gè)寄存器來(lái)完成芯片的初始化。另外該芯片含有16kb的SRAM，地址為0x4000——0x7fff，這些RAM只能通過(guò)DMA方式來(lái)讀寫(xiě)。

（1）復(fù)位，先置RSTDRV高電平，然后置低電平，兩次操作之間的間隔至少100ms以確保復(fù)位成功。然后進(jìn)行熱復(fù)位，就是先后讀、寫(xiě)網(wǎng)卡復(fù)位端口。

（2）擇頁(yè)面寄存器0，使CR= 0x21。設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寄存器DCR=0x49，發(fā)送狀態(tài)寄存器TCR=0x00，接收狀態(tài)寄存器RCR=0x1F，接收開(kāi)始頁(yè)面寄存器PSTART=0x46，接收結(jié)束頁(yè)面寄存器PSTOP=0x80;邊界頁(yè)面寄存器BNRY=0x46。

（3）選擇頁(yè)面寄存器1，使CR= 0x61。設(shè)置RTL8019AS的物理地址寄存器及組播地址寄存器，當(dāng)前頁(yè)面寄存器CURR=PSTART+1;

（4）選擇頁(yè)面寄存器0，使CR= 0x21。設(shè)置中斷狀態(tài)寄存器ISR=0xFF;中斷屏蔽寄存器IMR=0xFF;發(fā)送配置寄存器TCR=0x00;

（5）設(shè)置CR=0x22，芯片進(jìn)入工作狀態(tài)。

3.2 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送過(guò)程

RTL8019AS的16k字節(jié)RAM地址范圍為0x4000——0x7FFF，一共有64頁(yè)，這64頁(yè)RAM是被用來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的，通過(guò)頁(yè)起始寄存器PSTART及頁(yè)中止寄存器PSTOP來(lái)設(shè)置接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)。

3.2.1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包接收過(guò)程

控制接收緩沖區(qū)操作的有兩個(gè)寄存器：當(dāng)前指針寄存器CURR和邊界指針寄存器BNRY。CURR是RTL8019AS寫(xiě)緩沖區(qū)的指針，指向此時(shí)要寫(xiě)的頁(yè)，BNRY是讀指針，指向用戶已經(jīng)讀走的頁(yè)，因此可以通過(guò)CURR指針和BNRY指針的距離確定是否收到新數(shù)據(jù)包，當(dāng)CURR和BNRY+1不等時(shí)說(shuō)明收到新數(shù)據(jù)包。收到的數(shù)據(jù)包中，在正確的數(shù)據(jù)包前還有4個(gè)字節(jié)的附加信息，尾部還有4個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。數(shù)據(jù)包前4個(gè)字：第一個(gè)字節(jié)表示接收包的狀態(tài)。第二個(gè)字節(jié)表示下一個(gè)數(shù)據(jù)包的存放頁(yè)地址，根據(jù)該值更新BNRY寄存器。接下來(lái)的兩個(gè)字節(jié)表示數(shù)據(jù)的大小。處理數(shù)據(jù)包時(shí)，必須先讀出這4個(gè)字節(jié)，通過(guò)第一個(gè)字節(jié)判斷數(shù)據(jù)包接收是否正確，如果是正確接收的數(shù)據(jù)包，則根據(jù)后兩個(gè)字節(jié)的值修改DMA計(jì)數(shù)器的值，然后讀出整個(gè)數(shù)據(jù)包，并更新BNRY寄存器，準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)包的接收。

網(wǎng)卡接收流程圖如下圖：

3.2.2 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送過(guò)程

發(fā)送數(shù)據(jù)包比較簡(jiǎn)單，將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)用DMA傳到發(fā)送緩沖區(qū)，然后設(shè)置發(fā)送長(zhǎng)度和傳輸開(kāi)始頁(yè)面，啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程即可。

網(wǎng)卡發(fā)送流程圖如下圖：

四、監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

電梯監(jiān)控界面采用LabVIEW 7 Express編寫(xiě)。LabVIEW是虛擬儀器領(lǐng)域中最具代表性的圖形化編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要應(yīng)用于儀器控制，以及數(shù)據(jù)采集、分析和顯示等領(lǐng)域，并適用于多種不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)。LabVIEW采用強(qiáng)大的圖形化語(yǔ)言（G語(yǔ)言）編程，面向測(cè)試工程師而非專業(yè)程序員，編程非常方便，人機(jī)交互界面直觀友好，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn).在LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境下，用戶可以創(chuàng)建32位的編譯程序，從而為常規(guī)的數(shù)據(jù)采集、測(cè)試、測(cè)量等任務(wù)提供更快的運(yùn)行速度。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文采用TMS320LF2407A及RTL8019AS設(shè)計(jì)了一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電梯接入以太網(wǎng)的功能。通過(guò)以太網(wǎng)監(jiān)控電梯的運(yùn)行情況，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行大大提高工作效率，改善工作環(huán)境，獲得良好的效果。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于電梯遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試達(dá)到了預(yù)期效果。

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