基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 緒論11.1 電梯的定義與簡(jiǎn)介11.2 電梯的組成21.3 國(guó)內(nèi)外電梯的發(fā)展?fàn)顩r21.3.1國(guó)內(nèi)電梯發(fā)展?fàn)顩r21.3.2國(guó)外電梯發(fā)展?fàn)顩r31.4 電梯的發(fā)展趨勢(shì)41.5 課題的主要研究?jī)?nèi)容及意義51.6 設(shè)計(jì)功能要求62 電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證及選擇62.1 控制核心72.2 曳引動(dòng)力選擇82.3 曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)電路92.4 內(nèi)外顯示電路92.5 召喚電路102.6 定位平層系統(tǒng)102.7 樓層提示及報(bào)警系統(tǒng)123 硬件基礎(chǔ)知識(shí)123.1 步進(jìn)電機(jī)123.2 激光二極管133.3 LN298驅(qū)動(dòng)芯片143.4 LM339比較器153.5 LCD1602液晶164 硬件電路設(shè)計(jì)184.1 單片機(jī)小系統(tǒng)電路194.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路214.3 液晶顯示電路214.4 4*4矩陣鍵盤電路224.5 定位平層電路224.6 樓層提示及聲光報(bào)警電路234.7 電源電路245 軟件設(shè)計(jì)255.1 液晶顯示模塊265.2 矩陣按鍵掃描模塊295.3 速度變換（加速-勻速-減速）模塊325.4 樓層檢測(cè)模塊345.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊346 電梯的模型的制作與功能調(diào)試366.1 電梯模型的制作366.2 電梯系統(tǒng)各模塊功能調(diào)試376.3 電梯系統(tǒng)整體功能調(diào)試397 總結(jié)與展望397.1 設(shè)計(jì)總結(jié)407.2 展望41謝 辭43參考文獻(xiàn)441 緒論1.1 電梯的定義與簡(jiǎn)介隨著社會(huì)的發(fā)展，城市人口規(guī)模不斷擴(kuò)張，受到土地面積的限制，高層建筑日益增多。人們居室環(huán)境發(fā)生了很大的變化，人們對(duì)生活起居便利的需求日益迫切，電梯作為一種垂直方向的交通工具，在多樓層建筑方面更是不可或缺，人們對(duì)電梯的依賴性也越來(lái)越高。電梯是一種以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直升降機(jī)，服務(wù)于規(guī)定樓層的固定式升降設(shè)備。它具有一個(gè)轎廂，運(yùn)行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15的鋼性導(dǎo)軌之間。轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝卸貨物。電梯按外觀主要有兩種：臥式電梯和立式電梯。臥式電梯主要應(yīng)用與大型商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所、旅游場(chǎng)所等公共場(chǎng)合。臥式電梯的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是固定的，在帶狀的軌道上循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，正常工作狀態(tài)下，它只按照設(shè)定的方向做一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，與乘客之間沒(méi)有信息的交流，將乘客送至指定的位置，一個(gè)電梯只能到達(dá)規(guī)定的樓層。立式電梯主要應(yīng)用于住宅、辦公樓、大型商場(chǎng)等場(chǎng)所，它與臥式電梯最大的區(qū)別是：它是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律運(yùn)行的，而呼叫信號(hào)時(shí)隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互的控制系統(tǒng)。單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足其控制要求的，因此，它是采用隨機(jī)邏輯方式控制其垂直的上下運(yùn)動(dòng)的。 圖 1.1 立式電梯 圖 2.2 臥式電梯 目前立式電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行動(dòng)能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成，這種方式的優(yōu)勢(shì)是：生產(chǎn)規(guī)模較小，可以自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置，靈活性強(qiáng)；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制，這種方式的優(yōu)勢(shì)是：PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。1.2 電梯的組成現(xiàn)代電梯主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。（2）導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。（3）轎廂 轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。（4）門系統(tǒng) 門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開(kāi)門機(jī)，門鎖裝置組成。（5）重量平衡系統(tǒng) 系統(tǒng)的主要功能是相對(duì)平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對(duì)重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。系統(tǒng)主要由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。（6）電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。 （7）電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。（8）安全保護(hù)系統(tǒng) 保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由電梯限速器、安全鉗、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開(kāi)關(guān)裝置組成。1.3 國(guó)內(nèi)外電梯的發(fā)展?fàn)顩r當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在理論上，電梯控制經(jīng)歷了從繼電器接觸器到PLC控制和微機(jī)控制的過(guò)程。無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外非常關(guān)注電梯的研究與發(fā)展，對(duì)電梯加入了大量的投資。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)保一款款集納了人類在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競(jìng)相問(wèn)世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。1.3.1國(guó)內(nèi)電梯發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)電梯發(fā)展可以按電梯交流調(diào)速的發(fā)展歷史劃分為如下三個(gè)階段：第一個(gè)階段主要在上世紀(jì)70年代，其主要標(biāo)志是交流雙速電梯，該方法采用改變牽引電機(jī)極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用和維護(hù)都很方便，但調(diào)速不夠平滑、舒適感較差。第二個(gè)階段主要在上世紀(jì)80年代，主要使用交流調(diào)壓調(diào)速方法，其性能優(yōu)越于交流雙速電梯。調(diào)壓調(diào)速的方法是通過(guò)改變?nèi)喈惒诫姍C(jī)定子端的供電電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，其制動(dòng)多采用能耗制動(dòng)。第三個(gè)階段開(kāi)始于上世紀(jì)90年代，變壓變頻調(diào)速電梯（VVVF電梯）開(kāi)始占據(jù)了世界電梯的市場(chǎng)。VVVF電梯通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組供電電壓的幅值和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由于變壓變頻調(diào)速（VVVF）的良好特點(diǎn)，至今新制造的電梯都采用該方式進(jìn)行速度控制。節(jié)能問(wèn)題 越來(lái)越多的電梯進(jìn)入高層建筑，電梯的節(jié)能運(yùn)行是電梯開(kāi)發(fā)和使用的關(guān)鍵。從控制的角度來(lái)看，有效地改善供電電能的質(zhì)量、充分地利用電能是一個(gè)良好的舉措。效率 電梯作為一種位能型負(fù)載，運(yùn)行過(guò)程中需要作頻繁地升降運(yùn)動(dòng)，研究一種或多種電梯速度給定曲線，合理地選擇運(yùn)行速度曲線，是提高運(yùn)行效率至關(guān)重要的一環(huán)，而目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)電梯存在著給定速度曲線實(shí)現(xiàn)困難、資源耗用率高等系列不足等問(wèn)題，極大地限制了電梯高效地運(yùn)行?？刂破餍詢r(jià)比低 目前國(guó)內(nèi)的電梯廠家采用的電梯控制核心設(shè)備大部分都是國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)為國(guó)外大公司所有。而少數(shù)自己開(kāi)發(fā)的控制器也有開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本高等缺點(diǎn)。另外國(guó)內(nèi)的絕大部分VVVF電梯采用的變頻器都是電梯用專用變頻器，這種變頻器雖然使用起來(lái)很方便，但其價(jià)格卻是同類通用變頻器的1.5到2陪，使整個(gè)控制系統(tǒng)的性價(jià)比大大下降。電梯電氣控制技術(shù)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)技術(shù)，包括控制器、傳感器和調(diào)速方法等多種技術(shù)，目前，國(guó)內(nèi)電梯企業(yè)主要有：1.3.2國(guó)外電梯發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外電梯行業(yè)發(fā)展迅速，目前不僅在節(jié)能上做了很大的功夫，而且在智能化、遠(yuǎn)程化、集成化及可視化方面也有了很大的研究。例如：（1） 垂直運(yùn)輸與水平運(yùn)輸?shù)膹?fù)合運(yùn)輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)井道內(nèi)設(shè)置多臺(tái)轎廂。轎廂在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)控制下，可以再軌道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交貨各自運(yùn)行線路。該系統(tǒng)節(jié)省了井道占用的空間，解決了超高樓層建筑群電梯鋼絲繩重量太大的問(wèn)題尤其適合于具有同一底樓的多塔型高層建筑群中前往空中大廳的穿梭直駛電梯。（2） 交流永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)的無(wú)機(jī)房電梯，該類型電梯由于曳引機(jī)和控制柜置于井道中，省去了獨(dú)立機(jī)房，節(jié)約了建筑成本，增加了大樓的有效面積，提高了大樓建筑美學(xué)的設(shè)計(jì)自由度。交流永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，重量輕，形狀可以靈活多樣；配以變頻等。通過(guò)控制中心的設(shè)置還可以顯示日期、時(shí)間、問(wèn)候、樓層指南、廣告等，甚至可以與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和尋呼系統(tǒng)聯(lián)接發(fā)布天氣預(yù)報(bào)，新聞等。（3） 電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將控制柜中的信號(hào)處理計(jì)算機(jī)獲得的電梯運(yùn)行和故障信息，并通過(guò)公共電話網(wǎng)絡(luò)或者專用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的能夠提供可視節(jié)目的專用電梯服務(wù)中心的計(jì)算機(jī)，以便哪里的服務(wù)人員掌握電梯的運(yùn)行狀況，特別是故障情況。該系統(tǒng)一般具有顯示故障、故障統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)等功能，還有的可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試與操作，使維修人員迅速進(jìn)行維修應(yīng)答和采取維修措施。這樣縮短了故障處理時(shí)間，簡(jiǎn)化了人工故障檢查的勞動(dòng)，保證了電梯安全高效的運(yùn)行。1.4 電梯的發(fā)展趨勢(shì)電梯作為現(xiàn)代建筑中的重要交通工具，它與一般的交通工具有著較大的差別。良好的電梯控制技術(shù)是電梯高質(zhì)量運(yùn)行的重要保障，電梯運(yùn)行安全舒適、高效、節(jié)能控制器的性價(jià)比等都是電梯技術(shù)發(fā)展面臨的重大問(wèn)題。（1）安全 2011年“7.5”北京地鐵4號(hào)線自動(dòng)扶梯安全事故發(fā)生后，北京市質(zhì)監(jiān)局于去年年底，在軌道交通項(xiàng)目推行電梯制造單位“終身負(fù)責(zé)”的工作機(jī)制，要求電梯制造單位對(duì)電梯質(zhì)量以及安全運(yùn)行涉及的質(zhì)量問(wèn)題終身負(fù)責(zé)；電梯安裝改造維修結(jié)束后，電梯制造單位要按照要求對(duì)電梯進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)試，并對(duì)校驗(yàn)和調(diào)試結(jié)果負(fù)責(zé)；電梯投入使用后，電梯制造單位要對(duì)其制造的電梯安全運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查，并給予維保單位技術(shù)指導(dǎo)和備修件支持。（2）綠色節(jié)能 建設(shè)節(jié)約型社會(huì)已成為我國(guó)政府多年來(lái)的重點(diǎn)工作。電梯作為能耗大戶，使用節(jié)能電梯已成大勢(shì)所趨，綠色節(jié)能依然成為2012年電梯行業(yè)發(fā)展的主要方向。實(shí)現(xiàn)電梯節(jié)能主要有以下幾個(gè)途徑，即改進(jìn)機(jī)械傳動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)，例如將傳統(tǒng)的渦輪渦桿減速器改為行星齒輪減速器或采用無(wú)齒輪傳動(dòng)，機(jī)械效率可提高15%25%；將交流雙速拖動(dòng)系統(tǒng)改為變頻調(diào)壓調(diào)速（VVVF）拖動(dòng)系統(tǒng)，電能損耗可減少20%以上。其次，可以采取能量回饋技術(shù)，將電容中多余的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率、同相位、同幅值的交流電能回饋給電網(wǎng)，可以提供給小區(qū)照明、空調(diào)等其他用電設(shè)備。從數(shù)據(jù)上看，能量回饋技術(shù)使用后節(jié)能效果顯著。若以一幢20層左右的大樓為例，一臺(tái)1350公斤、速度2.5米/秒的傳統(tǒng)電梯，一周實(shí)測(cè)耗電約800千瓦時(shí)，而能量回饋型電梯僅為600千瓦時(shí)，實(shí)際節(jié)約能耗30%左右。（3）超高速電梯 。超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動(dòng)機(jī)、高性能微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動(dòng)機(jī)、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進(jìn)。超高速電梯在一些建筑中已經(jīng)得到了充分應(yīng)用，比如臺(tái)北101大廈采用的電梯速度達(dá)到每分鐘1010米。正在建設(shè)中的上海中心大廈將采用每分鐘可運(yùn)行1080米的電梯，建成后的上海中心大廈不僅成為中國(guó)最高建筑，采用的電梯也將成為世界最高速電梯。中國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，高層酒店和寫字樓越來(lái)越多，這對(duì)電梯這種大型公共運(yùn)輸設(shè)備的速度和載重提出了更高的要求，研發(fā)超高速電梯成為各大電梯品牌共同目標(biāo)。超高速電梯不僅能夠提高電梯運(yùn)行效率，更能代表整個(gè)電梯行業(yè)的發(fā)展水平，因此高速電梯也是衡量一個(gè)企業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。隨著超高速電梯需求日益增多，也給中國(guó)正在發(fā)展壯大的民族電梯企業(yè)提供了有利的機(jī)遇。（4）智能群控技術(shù) 電梯群控系統(tǒng)是指在一座大樓內(nèi)安裝多臺(tái)電梯，并將這些電梯與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。該計(jì)算機(jī)可以采集到每個(gè)電梯的各種信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)度算法的計(jì)算向每個(gè)電梯發(fā)出控制指令?？傊娞萑嚎丶夹g(shù)能夠根據(jù)樓內(nèi)交通量的變化，對(duì)每個(gè)電梯的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)配，目的是為了達(dá)到梯群的最佳服務(wù)及合理的運(yùn)行管理。傳統(tǒng)的群控算法只有一個(gè)目標(biāo)，即最小候梯時(shí)間。在現(xiàn)代高層建筑的一些特定交通模式下，不可能要求每一部電梯能夠服務(wù)每一個(gè)樓層，所以電梯群控系統(tǒng)調(diào)度算法的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。智能群控技術(shù)不僅代表行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向，也將給人們帶來(lái)更多的便利。（5）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管電梯 用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控電梯，就是在電梯轎廂原來(lái)的監(jiān)控設(shè)備上安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器，傳感器會(huì)對(duì)電梯里的視頻、音頻、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控。采集到的數(shù)據(jù)，會(huì)通過(guò)3G電信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)急處置中心，中心平臺(tái)能據(jù)此進(jìn)行在線故障分析診斷，及時(shí)告知救援人員。 據(jù)介紹，只要電梯發(fā)生困人事件，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)分級(jí)響應(yīng)救援機(jī)制,電梯維保人員將在第一時(shí)間內(nèi)通過(guò)手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)收到電梯故障消息。如果維保人員在半小時(shí)內(nèi)沒(méi)有處置，電梯維修的主管、小區(qū)物業(yè)公司負(fù)責(zé)人、屬地質(zhì)監(jiān)部門的電梯運(yùn)行監(jiān)控室將依次收到報(bào)警短消息。若事故依然未得到有效處理，傳感器將自動(dòng)向上一級(jí)主管部門傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警。在電梯產(chǎn)品不斷走向智能化時(shí)，采用科技手段監(jiān)管電梯已成大勢(shì)所趨。1.5 課題的主要研究?jī)?nèi)容及意義本課題的主要任務(wù)是通過(guò)對(duì)電梯功能的觀察、研究，并用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元模擬出電梯的運(yùn)行情況，完成一個(gè)電梯系統(tǒng)的調(diào)度模塊，即根據(jù)每個(gè)樓層不同顧客的按鍵需求，讓電梯做出合理的判斷，正確高效地知道電梯完成各項(xiàng)載客任務(wù)。根據(jù)此任務(wù)，本課題需要研究的內(nèi)容有：（1）根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，進(jìn)行系統(tǒng)硬件的總體方案設(shè)計(jì)；（2）學(xué)習(xí)單片機(jī)及步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)知識(shí)，并且加以運(yùn)用；（3）研究C語(yǔ)言編程，并且規(guī)定電梯的工作規(guī)則，用C語(yǔ)言加以實(shí)現(xiàn)；（4）對(duì)軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試，讓其協(xié)調(diào)工作，完成指定任務(wù)。研究意義：一方面：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有低功耗、可刷寫、低成本、高可靠性和速度快等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)智能操作控制?；趩纹瑱C(jī)的四層電梯控制系統(tǒng)技術(shù)為智能電梯控制系統(tǒng)節(jié)省了大量的硬件成本，必將成為智能電梯的一個(gè)發(fā)展方向。另一方面：?jiǎn)纹瑱C(jī)在我們的生活中觸手可及，尤其是在智能儀表、實(shí)時(shí)控制、機(jī)電一體化、辦公機(jī)械、家用電梯等方面擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)此課題研究對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)有很大的幫助。1.6 設(shè)計(jì)功能要求（1）各樓層的電梯請(qǐng)求以及電梯運(yùn)行方向和位置的顯示功能；（2）電梯內(nèi)的樓層選擇以及電梯所在位置和運(yùn)行方向的顯示功能；（3）電梯在運(yùn)行過(guò)程中能接受各樓層處和電梯內(nèi)的樓層請(qǐng)求，并根據(jù)情況 予以實(shí)現(xiàn)；（4）電梯停止到啟動(dòng)期間，可以接受電梯內(nèi)部和外部的延遲關(guān)門請(qǐng)求；（5）用步進(jìn)電機(jī)來(lái)模擬電梯運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)電梯的加速勻速減速功能。2 電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證及選擇 該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示：控制電路 按鍵電路 顯示電路 驅(qū)動(dòng)電路 報(bào)警電路 電機(jī) 定位樓層電路 圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖2.1 控制核心方案一：采用可編程控制器（PLC）作為主要器件。PLC首先接收來(lái)自電梯的呼梯信號(hào)、平層信號(hào)，然后根據(jù)這些輸入信號(hào)的狀態(tài)，通過(guò)其內(nèi)部一系列復(fù)雜的控制程序，對(duì)各種信號(hào)的邏輯關(guān)系有序的進(jìn)行處理，最后向直流門控電機(jī)、變頻器和各類顯示器適時(shí)地發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)，對(duì)電梯實(shí)施控制。該方案編程簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)；但由于由于電梯的控制屬于隨機(jī)性控制，各種輸入信號(hào)之間、輸出信號(hào)之間以及輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，邏輯關(guān)系處理起來(lái)非常復(fù)雜。方案二：采用51類單片機(jī)控制所有的按鍵、語(yǔ)音播報(bào)、數(shù)碼管顯示、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，等等。并對(duì)以上所有信號(hào)進(jìn)行處理。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，工作量小。51單片機(jī)該單片機(jī)內(nèi)部資源豐富，有8K的程序存儲(chǔ)器集成了內(nèi)部看門狗、雙數(shù)據(jù)指針、在系統(tǒng)編程（串行下載目標(biāo)程序）等功能，軟硬件調(diào)試方便，用起來(lái)相當(dāng)熟悉。方案三：選用凌陽(yáng)單片機(jī)為控制核心。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：頻率較高、響應(yīng)快、有14個(gè)中斷源，兩個(gè)定時(shí)器，7路A/D轉(zhuǎn)換，兩路D/A轉(zhuǎn)換，并且有豐富的語(yǔ)音資源。缺點(diǎn)是：價(jià)格較高，應(yīng)用不夠熟練。方案選擇：考慮到我對(duì)51類單片機(jī)比較熟悉，還有系統(tǒng)成本問(wèn)題，我采用方案二。2.2 曳引動(dòng)力選擇 圖2.2 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2.3 直流電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)方案一：采用步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)在定位性能方面十分優(yōu)越。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，正是這個(gè)特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移。如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。我們所用的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步，角度轉(zhuǎn)1.8在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息，升降精度很高。方案二：采用直流電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，直流電機(jī)工作是讓線圈始終交替地處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過(guò)兩個(gè)半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀態(tài)消除掉。這樣，載流線圈在磁場(chǎng)中就會(huì)一直地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。直流電機(jī)在高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。方案選擇：由于直流電機(jī)不易控制速度且定位性能差，而采用步進(jìn)電機(jī)更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)物體升降的控制，故采用方案一。2.3 曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖2.4 ULN2003芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)方案一: 主要使用達(dá)林頓芯片ULN2003作為驅(qū)動(dòng)芯片。ULN2003系列芯片從邏輯上說(shuō)是個(gè)反相器，它的特點(diǎn)是低電平輸出時(shí)候才能輸出功率，高電平的時(shí)候是虛高(不負(fù)擔(dān)電流輸出)，芯片ULN2003在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)熱很大，所以，要想運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，就得讓電機(jī)先以低速啟動(dòng)，然后加速到想要的速度。方案二：主要使用L298N芯片。L298N可以為負(fù)載提供雙向的電流。適合驅(qū)動(dòng)2相或4相的步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī),特是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方向要改變時(shí)，只須把原來(lái)電機(jī)方向的電位置反即可，所以相對(duì)ULN2003來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)要好一些。本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用了方案二。2.4 內(nèi)外顯示電路圖2.5 7段數(shù)碼管方案一：采用7段數(shù)碼管作顯示。采用數(shù)碼管具有價(jià)格便宜，亮度大，軟件編程簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但它的功耗大，而且只能顯示阿拉伯?dāng)?shù)字，占用端口多等缺點(diǎn)。方案二：采用點(diǎn)陣式液晶顯示屏顯示。液晶顯示屏具有功耗很低，占用端口少，軟件編程簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單，可以顯示各種文字字符等優(yōu)點(diǎn)。但是價(jià)格相對(duì)來(lái)講也必較高，而且調(diào)用延時(shí)長(zhǎng)。方案選擇：考慮到單片機(jī)的端口有限還有使顯示內(nèi)容更加人性化等問(wèn)題，故選擇方案二。2.5 召喚電路方案一：采用獨(dú)立按鍵。該方案的最大優(yōu)點(diǎn)是電路連接簡(jiǎn)單，軟件編程容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是一個(gè)按鍵就占用一個(gè)I/O口，造成資源浪費(fèi)，一般適用于單片機(jī)端口比較豐富的設(shè)計(jì)。方案二：采用矩陣按鍵。該方案與方案一優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反，16個(gè)按鍵，使用矩陣按鍵電路，只需要8個(gè)I/O端口，但是編程比較復(fù)雜。方案選擇：為了節(jié)省I/O端口，所以采用方案二。2.6 定位平層系統(tǒng)方案一：采用金屬接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)電梯層數(shù)。在轎廂安裝金屬片，并在豎井各個(gè)樓層設(shè)置金屬接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定的位置時(shí)，豎井上的金屬接近開(kāi)關(guān)探測(cè)到金屬片，其輸出發(fā)生變化。單片機(jī)通過(guò)金屬接近開(kāi)關(guān)輸出的變化知道電梯轎廂的位置。該方案安裝的金屬片會(huì)加重轎廂重量，并且金屬接近開(kāi)關(guān)體積較大、安裝不便、成本較高。圖2.6 金屬接近開(kāi)關(guān)方案二：采用反射式紅外光電傳感器檢測(cè)電梯層數(shù)。在豎井各個(gè)樓層設(shè)置反射式紅外光電傳感器，在轎廂上正對(duì)傳感器的一面部分抹黑，當(dāng)抹黑的部分結(jié)束時(shí)，正好到達(dá)樓層位置。當(dāng)接通電源時(shí)，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定位置（即樓層位置），反射式紅外光電傳感器正對(duì)轎廂非抹黑部分，發(fā)射管發(fā)射出的紅外光被反射到接收管，紅外線接收頭接收到紅外線，其輸出發(fā)生變化（圖2為發(fā)射管原理），單片機(jī)通過(guò)紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。該傳感器的響應(yīng)時(shí)間為2.5ms，因而可以迅速對(duì)黑線進(jìn)行檢測(cè),且體積小、功耗低、容易安裝。圖2.5 超聲波模塊 圖2.6 超聲波測(cè)距原理圖方案三：采用超聲波測(cè)量轎廂距離來(lái)判斷轎廂所在樓層數(shù)。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz以上的，其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的一般上限（20000Hz），人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，軟件編程容易實(shí)現(xiàn)，且方向性好，易于獲得較集中的聲能，準(zhǔn)確度高。缺點(diǎn)是：超聲波模塊價(jià)格較高，容易受干擾。方案四：采用激光二極管與光敏電阻組成的檢測(cè)電路檢測(cè)電梯層數(shù)。在轎廂裝一個(gè)激光二極管，在豎井的各個(gè)樓層裝置光敏電阻，當(dāng)激光二極管照射到光敏電阻時(shí)，阻值發(fā)生變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，再將電壓變化信息輸送到單片機(jī)的I/O端口，讓單片機(jī)根據(jù)信號(hào)判斷樓層位置。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：裝置簡(jiǎn)單，而且每一樓層有對(duì)應(yīng)的光敏電阻，軟件實(shí)現(xiàn)樓層判斷非常簡(jiǎn)單，成本也比較低。方案選擇：考慮到軟件編程容易，我選擇方案四。2.7 樓層提示及報(bào)警系統(tǒng)方案一：通過(guò)A/D、單片機(jī)、存儲(chǔ)器、D/A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的采樣、處理、存儲(chǔ)和重現(xiàn)。該方案首先將聲音進(jìn)行放大，通過(guò)A/D采樣將語(yǔ)音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并由單片機(jī)的控制和處理存放到存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)錄音操作。在放音過(guò)程中由單片機(jī)控制D/A，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)。此方案安裝調(diào)試復(fù)雜，集成度低。方案二：采用美國(guó)ISD公司的2590語(yǔ)音芯片，該語(yǔ)音芯片片內(nèi)E2PROM容量為480K，錄放時(shí)間長(zhǎng)錄放時(shí)間可以達(dá)到90 秒。該方案具有抗斷電、音質(zhì)好、人性化、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：語(yǔ)音芯片價(jià)格比較高。方案三：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達(dá)所需的樓層時(shí)，蜂鳴器響一聲，提示乘客到達(dá)了所需的樓層，當(dāng)遇危險(xiǎn)時(shí)，蜂鳴器就長(zhǎng)鳴，該方案的軟件驅(qū)動(dòng)、硬件電路調(diào)試非常簡(jiǎn)潔方便，而且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。方案選擇：考慮到實(shí)際的要求，我采用方案三。3 硬件基礎(chǔ)知識(shí)3.1 步進(jìn)電機(jī) 圖2.7 39L步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種脈沖控制型電機(jī)，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定，因此非常適合于單片機(jī)控制。按工作類型，步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）；永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱PM）以及混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱HB）。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是根據(jù)控制信號(hào)工作的，其控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-CD,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。3.2 激光二極管激光二極管本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，按照PN結(jié)材料是否相同，可以把激光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW）激光二極管。激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但其輸出功率小（一般小于2mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應(yīng)用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號(hào)。 圖2.4 激光二極管實(shí)物圖 圖2.5 激光二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3 LN298驅(qū)動(dòng)芯片 圖3.2 LN298實(shí)物圖 圖3.3 LN298功能管腳圖 LN298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或者一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。它的功能管腳圖如圖3.3所示。圖3.4 LN298內(nèi)部電路圖LN298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4.57 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為2.546 V。輸出電流可達(dá)2.5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。LN298N芯片的輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，工作狀態(tài)下，INPUT1，INPUT2，INPUT3和INPUT4與單片機(jī)I/O口連接，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)的控制端，可以通過(guò)接收單片機(jī)輸出的控制信號(hào)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。表1 LN298功能邏輯圖In1In2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)0停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111剎停100停止3.4 LM339比較器 圖3.5 LM339實(shí)物圖 圖3.6 LM339內(nèi)部電路圖LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：（1）失調(diào)電壓小，一般為2mV；（2）電源電壓范圍寬，236V，或者1V18V；（3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制很??；（4）共模電壓范圍很大，為0 （Ucc-1.5V）Vout；（5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，甚至可以等于電源電壓；（6）輸出端電位選用靈活。LM339集成塊采用C-14型封裝，外型及管腳排列如圖3.6。LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器都有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 否3.5 LCD1602液晶 圖3.7 LCD1602液晶實(shí)物圖 圖3.8 LCD1602液晶管腳圖液晶模塊引腳功能表如表2所示：表2 液晶模塊引腳功能表0符 號(hào) 名 稱 功 能 1Vss接地 0V2VDD電路電源 5V10%3VEE液晶驅(qū)動(dòng)電壓 保證VDD-VEE=4.55V電壓差 4RS寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 5R/W讀/寫信號(hào) H:讀 L:寫 6E片選信號(hào) 下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù) 7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)傳輸 表3 寄存器選擇功能表 RSR/W操 作 00指令寄存器(IR)寫入 01忙標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器讀出 10數(shù)據(jù)寄存器(DR)寫入11數(shù)據(jù)寄存器讀出（注:忙標(biāo)志為1時(shí),表明正在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)不能輸入指令或數(shù)據(jù),要等內(nèi)部操作結(jié)束,即忙標(biāo)志為0時(shí)。） 顯示位與DD RAM 地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4所示： 表4 顯示位與DD RAM 地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系 顯示為序號(hào)12345.40DD RAM地址HEX第一行0001020304.27第二行4041424344.674 硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)用電梯的設(shè)計(jì)要求，并從各方面論證，將系統(tǒng)電路分為若干個(gè)模塊，分別是：?jiǎn)纹瑱C(jī)小系統(tǒng)電路，矩陣鍵盤電路，聲光提示及報(bào)警電路，定位平層電路，液晶顯示電路，LN298驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路以及電源電路。電路整體系統(tǒng)如圖4.1所示。LCD1602液晶顯示 4*4矩陣按鍵 51單片機(jī) LN298驅(qū)動(dòng)電路 聲光提示及報(bào)警 步進(jìn)電機(jī) 定位平層電路 圖4.1 電路整體系統(tǒng)其中聲光提示及報(bào)警電路采用的是二極管與蜂鳴器組成的電路。聲光提示電路，是N個(gè)發(fā)光二極管組成的，用于提示轎廂所在的電路所在方向。定位平層電路是由一個(gè)激光二極管作為光源，4個(gè)光敏電阻檢測(cè)所到樓層的信息。電路的各個(gè)部分，在下面章節(jié)中分別詳細(xì)介紹。4.1 單片機(jī)小系統(tǒng)電路圖4.2 單片機(jī)小系統(tǒng)電路控制中心采用AT89S51單片機(jī)，單片機(jī)的各個(gè)端口電路如圖4.2所示。其中29、30腳懸空，不接任何電路。晶振電路、復(fù)位電路以及下載電路如圖4.3所示。 圖4.3 晶振、復(fù)位以及下載電路晶振電路由C1與C2和晶振組成，晶振給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖。晶振的速率決定單片機(jī)的工作速率，C1與C2電容為10pF-50pF的瓷片電容，接在晶振的兩引腳處，作用是削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響。復(fù)位電路采取的方式為手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，由電解電容、電阻R1和紐扣按鍵組成。復(fù)位電路的原理是：當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RESET出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。每次復(fù)位后，單片機(jī)的程序都會(huì)從第一條開(kāi)始從新執(zhí)行。需要注意的是：復(fù)位電容必須是電解電容，注意不要能接反。下載電路：圖中所顯示的是下載端口的接法，該端口與單片機(jī)是通過(guò)三個(gè)數(shù)據(jù)線通信的，三個(gè)數(shù)據(jù)端口分別接單片機(jī)的P1.5，P1.6，P1.7。還有一個(gè)接口是接單片機(jī)的RESET，用于擦寫程序。下載器的主控芯片為PDIUSBD12，主控電路為一個(gè)固定模塊，該USB接口適合于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)，也為便攜式系統(tǒng)提供了方便、快捷和可靠的接口解決方案，由于比較復(fù)雜，所以這里不作詳細(xì)介紹。表5 單片機(jī)小系統(tǒng)電路元器件參數(shù)器件名參數(shù)數(shù)量4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路該驅(qū)動(dòng)電路如圖4.4所示，驅(qū)動(dòng)芯片為L(zhǎng)N298，驅(qū)動(dòng)芯片的4腳為動(dòng)力電源接+12V電壓，9腳為邏輯電源接+5V電壓，D7、D8、D9、D10二極管起泄流保護(hù)作用，步進(jìn)電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，因此需要泄流，反接幾個(gè)二極管即可完成此功能。J4四個(gè)插針是連接到步進(jìn)電機(jī)的輸入電極，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。為了防止步進(jìn)電機(jī)的瞬間電路過(guò)大而燒壞單片機(jī)，我使用了四個(gè)光耦來(lái)作隔離。在一般的隔離電源中，光耦隔離反饋是一種簡(jiǎn)單、低成本的方式。光耦接+5V電壓，光耦的輸入信號(hào)來(lái)自單片機(jī)的P2.0-P2.3。圖中U1、U2、U3、U4為隔離光耦，U5、U6為備用光耦。電路還設(shè)置了發(fā)光二極管作為指示光耦的運(yùn)行情況。圖4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.3 液晶顯示電路圖4.5 液晶顯示電路顯示電路如圖4.5所示，電路中顯示采用LCD1602液晶顯示器，數(shù)據(jù)端口DB0DB7接單片機(jī)P0口，使能端E腳接P2.5腳，高電平有效。R/為讀寫端，高電平時(shí)為讀操作，低電平為寫操作。RS為寄存器選擇接單片機(jī)的P2.7，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器,低電平時(shí)選擇指令寄存器。接P2.6端口滑動(dòng)電阻RP1（可調(diào)范圍是：050K）是用于改變VO口的電壓，調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度和亮度。15腳為背光正極，16腳為背光負(fù)極，為了防止出現(xiàn)“鬼影”現(xiàn)象，15腳接正極，16腳接地。4.4 4*4矩陣鍵盤電路按鍵電路如圖4.6所示。按鍵接單片機(jī)的P1端口，其中行接低四位，列接高四位。按鍵調(diào)用時(shí)，先給高四位的電平與0xf0相與，若沒(méi)有有鍵按下就會(huì)返回0xf0值，若有鍵按下就可以得到按鍵響應(yīng)所在的列，若然后逐次對(duì)列進(jìn)行掃描，判斷出所在的列侯就可以判斷出按鍵響應(yīng)值。圖4.6 4*4矩陣按鍵電路4.5 定位平層電路定位平層電路由激光二極管與冠名電阻組成的檢測(cè)電路，通過(guò)將檢測(cè)來(lái)的信號(hào)傳輸?shù)絃M339比較電路，與參考電壓進(jìn)行比較最后得到了一個(gè)邏輯電平（1或0），再通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理，判斷轎廂所在位置，電梯模型中，光敏電阻裝置在豎井上，并對(duì)應(yīng)每個(gè)樓層位置上，激光二極管裝置在轎廂外部邊緣，通過(guò)測(cè)量，使激光二極管與光敏電阻對(duì)位時(shí)，剛好到達(dá)一個(gè)樓層。其原理圖如圖4.7所示。其中+VCC為5V電壓。由于LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，所以在使用的時(shí)候，輸出端到正電源之間須接一個(gè)電阻（稱為上拉電阻，阻值范圍：315K）。當(dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值，所以選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值，圖中其中R2為上拉電阻，根據(jù)實(shí)際情況，R1值為10K。R3為光敏電阻（為了讓光敏電阻不受外部光源的影響，制作時(shí)候，需要加個(gè)黑色的塑膠套）。當(dāng)有光照射的情況下R3=268，無(wú)光照射的情況下R3=180K。R2為分壓電阻，阻值為10K。R6為激光二極管，當(dāng)激光二級(jí)管照射到R3的表面時(shí)，表明到達(dá)一個(gè)樓層，R3阻值達(dá)到最低為268，7腳電壓=5*268/10000=0.134(V)；當(dāng)激光二級(jí)管沒(méi)有照射到R3的表面時(shí)，表明在樓層的其他位置，R3阻值達(dá)到最大為180K，7腳電壓=5*180000/19000=4.737(V)。參考電壓，所以輸出高電平。6腳為參考電壓值，當(dāng)大于6腳時(shí)，比較器輸出高電平，反之輸出低電平。圖4.7 定位平層電路4.6 樓層提示及聲光報(bào)警電路樓層提示電路非常簡(jiǎn)單，由幾個(gè)發(fā)光二極管組成，如圖4.8所示。其中R3、R4、R5、R6、R12、R13、R14、R15電阻為限流電阻，它們的阻值均為10K，保護(hù)發(fā)光二極管，防止電流過(guò)大燒壞發(fā)光二極管。每個(gè)樓層均有兩個(gè)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是用于提示樓層所在的方位，由P3.0P3.3接口控制亮滅。例如：當(dāng)轎廂在二樓時(shí)，三樓的兩個(gè)發(fā)光二極管，其中表示方位為上的二極管滅，表示方位為下的二極管亮。其他樓層原理也相同。聲光報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管組成，其原理圖如圖4.9所示。蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂(lè)等許多應(yīng)用場(chǎng)合。蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較大，電路上的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以，若直接接單片機(jī)很難驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，所以增加了一個(gè)三極管Q1來(lái)增加通過(guò)蜂鳴器的電流。蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到5V電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極，三極管的基級(jí)由單片機(jī)的P2.4管腳，當(dāng)P2.4管腳為低時(shí)，三極管導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng)P2.4管腳為高時(shí)，三極管截止，發(fā)光二極管滅，蜂鳴器不發(fā)出聲音。蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過(guò)調(diào)整P2.4管腳的置高時(shí)間進(jìn)行控制。 圖4.8 外部樓層提示電路 圖4.9 聲光報(bào)警電路4.7 電源電路電源是各個(gè)模塊工作的能量，各個(gè)模塊工作電壓不盡相同，而且提供合適的電壓值才能使各個(gè)模塊工作在最穩(wěn)定的狀態(tài)。單片機(jī)、蜂鳴器以及LN298驅(qū)動(dòng)電路需要5V供電，步進(jìn)電機(jī)需要9V和12V供電。因此需要做能提供5V、9V、12V的電源。首先用變壓器將市電降到24V，再引三路分別接到有整流、濾波、穩(wěn)壓的電路中，即可得到直流5V、8V、12V電源。電路原理圖如圖4.10所示。 圖4.10 電源電路5 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是以單片機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了。軟件設(shè)計(jì)有兩種方法：一種是自上而下，逐步細(xì)化；一種是自下而上，先設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體的模塊（子程序），然后再慢慢擴(kuò)大，最后組成一個(gè)系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中我用自下而上的設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)的主程序總共調(diào)用了4個(gè)子程序，分別是液晶顯示程序、鍵盤掃描程序、樓層檢測(cè)程序、步進(jìn)電機(jī)方向及速度變換子程序、樓層提示及報(bào)警程序。在實(shí)際應(yīng)用中，若電梯處于閑置狀態(tài)時(shí)，也就是說(shuō)只有一人用電梯，電梯僅響應(yīng)一個(gè)呼叫，這個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)就比較容易。但是，對(duì)于多層樓層的實(shí)際情況往往比這復(fù)雜的多，要考慮到很多人同時(shí)使用電梯的情況，有可能會(huì)有其他不同樓層的人按下不同的按鍵（上行或者下行）的情況發(fā)生。所以得為電梯設(shè)定好一個(gè)不會(huì)發(fā)生混亂的的優(yōu)先級(jí)規(guī)則，讓系統(tǒng)根據(jù)遵循這一優(yōu)先規(guī)則，這個(gè)規(guī)則也是本設(shè)計(jì)最大的一個(gè)難點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中我設(shè)定的規(guī)則是：當(dāng)電梯向上運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先處理向上的召喚，對(duì)應(yīng)向下運(yùn)行的召喚先用寄存器存儲(chǔ)，當(dāng)電梯向上運(yùn)行到達(dá)一個(gè)樓層時(shí)，先檢測(cè)寄存器里面的召喚，若沒(méi)有向上的召喚時(shí)，則可以運(yùn)行向下的召喚。當(dāng)電梯正在運(yùn)行到某一樓層的過(guò)程中，為了更好的實(shí)現(xiàn)電梯的速度變換，減小電梯制作的成本，若此時(shí)有途中要經(jīng)過(guò)的樓層有召喚時(shí)，也要等到完成正在執(zhí)行的響應(yīng)否再執(zhí)行。并且，若在上行過(guò)程中，也有人在某層按的是上行按鍵，但是電梯此時(shí)已經(jīng)走過(guò)了該層，那么電梯也絕對(duì)不會(huì)再選擇先下行接他。向下運(yùn)行時(shí)，召喚的優(yōu)先級(jí)與向上的同理，這里不再累贅。主流程框圖如圖5.1所示。由AT89S51單片機(jī)為控制核心，先執(zhí)行液晶顯示的初始化程序，就開(kāi)中斷，每隔10ms掃描一次按鍵及樓層樓層檢測(cè)模塊，看是否有召喚和轎廂所在位置，若有召喚則讀取寄存器寄存的召喚數(shù)據(jù)，然后調(diào)用速度變換子程序，當(dāng)檢測(cè)到轎廂狀態(tài)（位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）有變化時(shí)，刷新顯示內(nèi)容。系統(tǒng)的各個(gè)子程序分別在以下章節(jié)作詳細(xì)介紹。 開(kāi)始 初始化 液晶顯示 掃描按鍵 樓層檢測(cè) 速度變換程序 圖5.1 主控流程圖5.1 液晶顯示模塊液晶顯示子程序流程圖如圖5.2所示。 返回程序入口是否判斷是否完成顯示初始化寫入顯示設(shè)置命令延時(shí)1ms寫入顯示數(shù)據(jù)檢測(cè)忙信號(hào)延時(shí)1ms否是判斷E=1？ 獲得顯示地址圖5.2 顯示流程圖LCD1602在接口方面，有 8 條數(shù)據(jù)，三條控線。與微處理器或微控制相連,通過(guò)送入數(shù)據(jù)和指令，使模塊正常工作，其中8調(diào)數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的P0端口，寄存器選擇控制線接P2.7端口，讀數(shù)據(jù)。如流程圖5.2所示，LCD1602的顯示實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)四個(gè)過(guò)程：檢測(cè)忙碌階段，寫入指令階段，讀取數(shù)據(jù)階段，寫數(shù)據(jù)階段。軟件編程中，關(guān)于這四個(gè)過(guò)程的子程序，我直接調(diào)用過(guò)來(lái)的。顯示前進(jìn)行初始化，即復(fù)位過(guò)程，分為四個(gè)階段：不檢測(cè)忙碌狀態(tài)（指令：0x38）；開(kāi)顯示屏（指令：0x0c)；光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置（指令：0x06）;刷新屏（指令：0x01）。源程序如下：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P27;/寄存器選擇端接單片機(jī)的P2.7口sbit rw=P26;/讀寫端接單片機(jī)的P2.6口 sbit lcden=P25;/使能端接單片機(jī)的P2.5口uchar code table=Direction: $ ;/顯示初始化uchar table1=Location: 1 ;bit lcd_bz() /測(cè)試LCD忙碌狀態(tài) bit result; rs = 0; rw = 1; lcden = 1;/忙標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器讀出 DelayMs(5); result = (bit)(P0 & 0x80);/將P0數(shù)據(jù)初始化 lcden = 0; return result;void write_com(uchar com) /寫指令 while(lcd_bz();/檢測(cè)忙狀態(tài)rs=0; rw=0; lcden=0;/指令寄存器寫入P0=com;DelayMs(5);lcden=1;DelayMs(5);lcden=0; void write_date(uchar date) /寫數(shù)據(jù) while(lcd_bz();rs=1; rw=0; lcden=0;/數(shù)據(jù)寄存器寫入P0=date;DelayMs(5);lcden=1;DelayMs(5);lcden