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时间:2017-12-07
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1、电梯CAN总线终端电阻研究和配置 摘要:本文通过对双线传输线信号反射的研究,阐述了电梯CAN总线阻抗匹配的基本方法及匹配条件;并分析了不同总线拓扑结构对CAN总线阻抗匹配的影响。本文对电梯CAN总线阻抗匹配、拓扑结构选择、终端电阻选型和CAN通讯故障诊断有一定的现实指导意义。关键词:电梯CAN总线信号反射阻抗匹配拓扑结构中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1007-9416(2013)10-0092-031简介随着科技的进步,电梯更高的楼层和可靠性的要求,电梯通讯系统已经走入总线时代。CAN总线通讯使用灵活、可靠、安装方便,因而逐渐成为
2、电梯通讯系统主要通讯方式。但CAN总线在实际应用中仍然存在大量的通讯故障,影响电梯正常通讯,甚至造成严重的后果。通过对CAN故障的分析,发现大部分CAN总线故障都是终端电阻失配、错配等引起的。因此,终端电阻的选用和配置也逐渐引起各方的关注。多大的终端电阻合适?终端电阻该放置在哪里?本文将对这些问题进行探讨。2电梯CAN总线使用情况10电梯通讯系统在过去几十年中已经从最初的并行通讯、RS485通讯发展到目前大量使用的CAN总线通讯。并行通讯即每个控制信号都需要单独占用一根线向电梯主控制器传输,随着电梯楼层数的增加,线缆数也随着成倍的增加。RS485总
3、线通信通过命令、响应方式的通讯方式在主控制器和轿顶、操纵箱、外呼之间建立联系;电梯主控制器定时向各个位置控制器发出查询信号,再由各子控制器回发各自状态。RS485采用3根线来实现串行通信,虽然简化了现场布线,但存在灵活性、可靠性差等缺点,因而逐渐被CAN总线替代。CAN现场总线具备以下特点:(1)多主总线,各节点控制器均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息;(2)采用非破坏性总线仲裁技术,优先级高的节点优先传送数据,能满足实时性要求;(3)具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能;(4)CAN总线数据出错率极低,某一节点出现严重错误,可
4、自动脱离总线,总线上的其它操作不受影响;(5)通信距离长,最远可达10km(5Kb/s),通信速率最高可达到1Mb/s(40m),节点数目实际可达110个;(6)CAN总线只有两根导线,直接将新节点挂接在总线上即可,安装方便。目前CAN总线在电梯上主要有两方面的应用,其一为单台电梯通信控制系统,即单台电梯的轿厢、机房、各楼层等的通讯;其二为群控电梯通讯控制系统,即电梯之间的通讯。此外,部分电梯的远程监控系统也可使用CAN总线通讯。103信号反射与阻抗匹配3.1信号反射根据传输线原理,当信号在传播中遇到阻抗不连续(如从传输线进入负载)即会产生反射波,
5、反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状,造成信号的缺失或失真,影响通讯质量甚至无法正常通讯。双线的传输线方程:(1)式中:r,l,g,c分别为传输线单位长度的电阻、电感、电导和电容V(z,t)和I(z,t)分别为z位置、t时刻的电压和电流t,z分别为时间轴和位移轴在无耗传输线中有r=g=0,代入式(1)并解耦得:(2)式(2)解的形式为:(3)式中:ZC是传输线的特性阻抗v是信号在传输线上的传播速度10从式(3)中可以看出,传输线中的电压和电流都有两个分量,分量的位移z与时间t同向,为前向行波;中位移z与时间t反向,为后向行波,其中前向行波即为
6、入射波,后向行波即为反射波。传输线上的反射特性通常用反射系数ΓL表示:(4)3.2电梯CAN总线的阻抗匹配通过式(4)来计算反射系数显然比较麻烦,我们也可以通过系统边界条件来计算反射系数。考虑信号从传输线介质进入负载介质的情形,如图1所示。在分界面电流、电压需保持连续,不可阶跃,因此有:(5)根据欧姆定律,有:(6)联立方程组(5)(6)得:(7)从式(7)中可以看出,当RL=ZC时,Γ=0,负载不产生反射信号。因此信号从传输线进入负载时不发生反射的条件是:负载电阻等于传输线特性阻抗,即RL=ZC,这种时候我们称之为阻抗匹配。10从上面的分析中可以
7、看出,电梯CAN总线阻抗匹配的条件是电梯CAN总线上的负载电阻等于传输线的特性阻抗。CAN总线使用的双绞屏蔽线的特性阻抗为60Ω,一般CAN收发器的输入阻抗都高达20KΩ左右,远大于传输线的特性阻抗。因此,需在CAN总线间并入总值约为60Ω的电阻以实现阻抗的匹配。3.3CAN信号的短距离传输考虑CAN通讯信号按图2方向传输,信号以速度v向z方向传播,传播距离L,信号上升沿斜率k,上升沿时间ts。在无阻抗匹配情况下,反射信号回到输出端的时延,单时延很小时,反射信号将被上升沿掩盖,不会对通讯造成影响。一般认为当信号时延小于ts的20%,信号的反射是可接
8、受的,再考虑到CAN通讯实际上是CAN_H和CAN_L的差分,因此要求时延t 4电梯CAN总线拓扑结构分析4.1网络拓扑
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