摘 要：以太網(wǎng)是構(gòu)建電梯監(jiān)控系統(tǒng)的理想平臺。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

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展電梯得到廣泛的應用，以及電梯系統(tǒng)的復雜性和安裝分散性對電梯運行維護提出了更高的要求。由于以太網(wǎng)具有較大的帶寬，可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求，同時具有通用性強、技術(shù)成熟等優(yōu)點，因此是構(gòu)建電梯監(jiān)控系統(tǒng)的一種理想平臺。本文設計了一種基于以太網(wǎng)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)把計算機控制，網(wǎng)絡等技術(shù)結(jié)合起來，使我們能夠在控制中心對多臺電梯進行實時監(jiān)控。

二、電梯控制器結(jié)構(gòu)及以太網(wǎng)接口電路設計

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標準的以太網(wǎng)控制器，軟件兼容NE2000，同時還支持微軟公司的PnP規(guī)范。RTL8019AS主要性能如下：

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

（2）全雙工工作模式，收發(fā)可同時達到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，并可自動檢測所連接的介質(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單的故障排除;

（7）訪問協(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機控制和其他嵌入式控制應用而設計的。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程序存儲器，1.5k字的數(shù)據(jù)/程序RAM，544字DRAM和2k字的SRAM，時間管理器EVA和EVB包括16位通用定時器，脈寬調(diào)制（PWM）通道，CAP和QEP，看門狗定時器，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（SPI）接口模塊，基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器，40個通用輸入/輸出引腳

2.2.3 網(wǎng)絡接口硬件原理框圖

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。

在本設計中，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。通過配置BD0，BD1，BD2，BD3這四個引腳決定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對應于RTL8019AS的32個地址。

（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)絡芯片是否接收到數(shù)據(jù)，因此IRQS0-IRQS2三個引腳懸空。

（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引腳通過一個300歐姆的電阻上拉，使得RTL8019AS工作在16位總線。

三、網(wǎng)絡接口芯片初始化及驅(qū)動

3.1 網(wǎng)絡接口芯片初始化過程

RTL8019AS芯片上有32個字節(jié)的控制寄存器，通過讀寫這32個寄存器來完成芯片的初始化。另外該芯片含有16kb的SRAM，地址為0x4000——0x7fff，這些RAM只能通過DMA方式來讀寫。

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

（2）擇頁面寄存器0，使CR= 0x21。設置數(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，接收開始頁面寄存器PSTART=0x46，接收結(jié)束頁面寄存器PSTOP=0x80;邊界頁面寄存器BNRY=0x46。

（3）選擇頁面寄存器1，使CR= 0x61。設置RTL8019AS的物理地址寄存器及組播地址寄存器，當前頁面寄存器CURR=PSTART+1;

（4）選擇頁面寄存器0，使CR= 0x21。設置中斷狀態(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）設置CR=0x22，芯片進入工作狀態(tài)。

3.2 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送過程

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

3.2.1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包接收過程

控制接收緩沖區(qū)操作的有兩個寄存器：當前指針寄存器CURR和邊界指針寄存器BNRY。CURR是RTL8019AS寫緩沖區(qū)的指針，指向此時要寫的頁，BNRY是讀指針，指向用戶已經(jīng)讀走的頁，因此可以通過CURR指針和BNRY指針的距離確定是否收到新數(shù)據(jù)包，當CURR和BNRY+1不等時說明收到新數(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個字節(jié)的附加信息，尾部還有4個字節(jié)的CRC校驗碼。數(shù)據(jù)包前4個字：第一個字節(jié)表示接收包的狀態(tài)。第二個字節(jié)表示下一個數(shù)據(jù)包的存放頁地址，根據(jù)該值更新BNRY寄存器。接下來的兩個字節(jié)表示數(shù)據(jù)的大小。處理數(shù)據(jù)包時，必須先讀出這4個字節(jié)，通過第一個字節(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)后兩個字節(jié)的值修改DMA計數(shù)器的值，然后讀出整個數(shù)據(jù)包，并更新BNRY寄存器，準備下一個數(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)送過程

發(fā)送數(shù)據(jù)包比較簡單，將準備好的數(shù)據(jù)用DMA傳到發(fā)送緩沖區(qū)，然后設置發(fā)送長度和傳輸開始頁面，啟動發(fā)送過程即可。

網(wǎng)卡發(fā)送流程圖如下圖：

四、監(jiān)控界面設計

電梯監(jiān)控界面采用LabVIEW 7 Express編寫。LabVIEW是虛擬儀器領(lǐng)域中最具代表性的圖形化編程開發(fā)平臺，主要應用于儀器控制，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。LabVIEW采用強大的圖形化語言（G語言）編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序員，編程非常方便，人機交互界面直觀友好，具有強大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點.在LabVIEW開發(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、測試、測量等任務提供更快的運行速度。

五、結(jié)束語

本文采用TMS320LF2407A及RTL8019AS設計了一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯接入以太網(wǎng)的功能。通過以太網(wǎng)監(jiān)控電梯的運行情況，經(jīng)過試運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：將以太網(wǎng)技術(shù)應用于電梯遠程控制系統(tǒng)，通過實驗室測試達到了預期效果。

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