23电梯.docx

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23电梯

　　　　　电子设计大赛报告　

　　　　　　　电梯控制系统

　　　　　　　人　　员：

付云龙　　杨创迹　　　雷晓伟

　　　　　　　指导老师：

杨春杰

　　　　　　　时间：

２０１１．５．２０－－２０１１．５．２２

　　　　　　　　　　　　内　　　　　容

一、主要任务以及主要技术经济指标；

　　１.１　基本要求：

1）当某层有呼叫并有呼叫信号显示时，桥厢模型作相应的运动，并准确平层，平层的位置误差10mm。

要求平均每层运行时间不超过5秒，平层结束时给出提示信号。

2）当有多层呼叫时，桥厢模型将按说明中的电梯模型运行规则作相应的运动，并依次在呼叫的楼层停留5秒。

3）能自动记录、显示桥厢模型当前到达的楼层编号。

4）要求桥厢模型在加载400克的条件下，从1层到5层和从5层到1层的往返时间相等，单程时间不超过12秒，往、返时间之差不大于2秒，并自动记录楼层数。

１.2　发挥部分：

5）要求桥厢模型能够加载0～500克的重物，误差在±10%以内。

6）增设模拟桥厢内表示乘客欲到达层数的按钮，桥厢模型将按照电梯模型运行规则作相应的运动。

7）其它。

二、设计的国内外现状和发展趋势：

我国已经成为全球最大的电梯市场。

上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大，2004年总产量超过了11万台，且呈持续上涨趋势。

全世界平均1000人有1台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。

因此，我国的电梯远未达到饱和的程度，发展前景广阔。

世界知名电梯公司的进入，增强了我国电梯行业的竞争能力。

据统计，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74%，先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。

在整机厂不断上规模的同时，一些专业化的配套件生产企业逐步形成。

目前，全行业有32家企业通过了ISO／9000系列质量认证；V梯速达4m／S的高速电梯、自主开发的微机控制系统、全露天自动扶梯、电梯远程监控系统等相继通过国家组织的技术鉴定。

有一大批新型电梯配件产品申请了国家专利，我国电梯行业已经有能力提供一流水准和一流质量的电梯产品。

国产电梯、自动扶梯不但较好地满足了国内经济建设的需求，而且有了批量的出口，初步显示了他们在国际市场上的竞争力。

国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。

自1985年我国参加了国际标准化组织ISO/TC178以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。

标准的高起点带来技术上的有利地位，兼之成本低廉，我国电梯行业赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。

三、研究路线与关键技术；

本系统主要分4个模块加以实现：

电机驱动模块、显示模块、光电检测模块、选层电路模块。

以下就电梯的基本功能、运行情况、控制要求介绍如下：

３.１　电梯的基本功能

（1）电梯内部部件功能简介：

在电梯内部，有5个楼层（1-5）按钮、以及楼层显示器、上升和下降显示器。

当乘客进入电梯后，电梯内有内呼叫按钮。

电梯内部还配有指示灯，用来显示电梯现在所在的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。

（2）电梯外部部件功能简介：

　　电梯外部共分5层，每层都有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。

呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具、呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。

5层楼电梯中，1层只有上呼按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。

而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均相同。

（3）电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析

　　电梯的初始状态：

为了方便分析，假设电梯位于1层待命，各层　　　显示器都被初始化，电梯处于以下状态：

a）各层呼叫灯均不亮。

b）电梯内部及外部各楼层显示器均为“1”。

　　电梯在运行过程中：

a）按下某层呼叫按钮（1-5层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。

b）电梯上行或下行直至该层。

c）各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。

d）在电梯运行过程中，支持其他呼叫。

　　电梯运行后状态：

在到达指示楼层后，电梯会继续待命，直至新　命令产生。

a）电梯在到达指示楼层后，电梯会自动延时一段时间。

b）各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。

３.2　实际运行中的情况分析

电梯上行分析：

若电梯在上行过程中，某层有呼叫产生时，可分　　

　　　　　　　为以下两种情况：

a）若呼叫层处于电梯当前运行之目标运行之下，则电梯应在完成前一直令之前上行至该层，完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作。

b）呼叫层处于电梯当前运行层之下，则电梯在完成前一指令之前不相应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

　　电梯下行分析：

a）若呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作。

b）若呼叫层处于电梯当前运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

３.３　电梯的控制要求

（1）接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，　　　并作出相应的响应。

（2）电梯停在某一层（如3层）时，此时按动该层（3层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出电机延时命令，运行电机停转的动作过程；若此时电梯的轿厢不再该层（在1245层），则等到延时后，按照不换向原则控制电梯的向上或向下运行。

　（3）电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部相应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。

　（4）电梯在每一层都有一个光电传感器，当检测到信号时，表示　　电梯已经到达该层。

　（5）当按动某个呼叫按钮后相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电　梯响应该呼叫为止。

　（6）当电梯运行到某层后，相应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。

　基于以上分析：

因系统数据量庞大，故采用两片单片机加以实　　　　　　　　　　现。

其中一片负责楼层以及升降显示，一片用　于电气控制。

（7）电梯控制系统模型的图解：

四．方案设计与论证

４.1主控系统选择

方案一：

采用高性能嵌入式系统，比如ARM。

如果采用此方案，可以很好的解决数据处理和控制功能，但是ARM价格昂贵且本科阶段很少接触，在短时间内完成困难比较大。

方案二：

采用大规模可编程逻辑器件，如FPGA，CPLD但本题属于控制类，不适合采用此方案。

方案三：

采用1片高性能单片机来实现，控制电梯同时控制各种按键及时钟的控制。

考虑到方案的可实行性和性价比，我们采用ST89C51增强型51单片机，此款单片机内部不分频，采用RISC精简指令集，可实现高速运算，存储空间大，价格低廉，性价比极高。

４.2电机选择

本题是控制类题目，所以电机的选择尤为重要。

方案一：

选择普通直流电机，通过减速齿轮增大扭力，提高带负责能力。

直流电机的优点是价格便宜，控制容易，但难以精确控制是其一大弱点。

方案二：

选择步进电机。

步进电机的特点是可以精确控制电机选择步数和角度，缺点就是力矩比较小，容易失步，而且价格比较昂贵。

考虑到题目要求电梯的精度及距离的控制，所以我们选择步进电机，通过优良的控制算法，达到高精度定位。

４.3电机控制系统选择

方案一：

通过晶体三极管等分立元件搭H桥。

优点是价格便宜，结构简单，控制简单。

但由于晶体三极管的承载电流比较小，驱动能力受到限制，因为是分立元件，稳定性不敢保证，且体积比较大。

方案二：

采用集成芯片，如L293,L298等。

其优点是集成度高，电路简单，控制方便可靠，体积小，效率高。

方案三：

采用驱动模块直接驱动——简单稳定、精确度高、驱动力大等优点。

考虑到电梯需要较大的动力及简化电路，要安装的电子装置比较多，控制精度比较高，所以选用驱动模块ＳＭ－２０２Ａ。

４.4电梯到达楼层的检测：

　　　选用ＳＴ１８８，进行采集数据（每个楼层贴有黑线），并通过ａ／ｄ转换电路转换成数组信号传输到单片机内部，进一步控制步进电机的转速及走与停。

　　　ＳＴ１８８引脚图　　　　　　底视图　　内部电路

　　　　　　　　　　　　　　电路连接图

４.5重量测量:

方案一：

应变片——称重传感器，价格优惠且可以准确的测量出在电梯中的物体的重物。

并且使用较为方便（安装在电梯的轿厢底座上）。

方案二：

压力传感器放于定滑轮的轴上，通过线绳的压力判断所在物体的质量。

此方案不以测量且误差比较大

通过以上的比较选择方案一。

４.6信号采集

方案一：

通过导线连接ST188及应变片。

且奖应变片采集的信号通过ADC0809组成的A/D转换电路。

方案二：

将ST188及应变片的信号通过红外传输的形式传给单片机。

此方案在短时间设计出来及连接调试较难。

经过比较所以选择方案一。

5．硬件电路设计及测试

　５.１硬件电路设计

　　　（１）　电路显示及按键

（２）　步进电机的驱动　　　

5.1硬件电路测试

（１）单片机最小系统测试

对单片机的的P0,P1,P2,P3口进行测试，将每个口分别用排线引到自己制作的流水灯硬件上，然后对其编程如下：

#include

#include

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

voiddelay（uint）;

uchartemp;

voidmain（）

{temp=0x01;

P0=0X01;

while

（1）

{

temp=_crol_（temp,1）;

delay（50）;

P0=temp;

}

}

voiddelay（z）

{

uinti,y;

for（i=z;i>0;i--）

for（y=2000;y>0;y--）;

}

只需将P0口分别改成P1,P2,P3，并将排线分别接到P1,P2,P3就能对分别对各个I/O口进行测试了。

测试结果是流水灯正常流动起来。

即单片机最小系统有效。

（２）按键测试

　　　按键是由P0口各个引脚控制，则可以直接将P0口的排针用线接到流水灯的硬件电路上，按下其中一个按键对应的一个流水灯的发光二极管就亮,说明按键都有效

六．心得体会

通过本次电子综合实践制作作品，我们受益匪浅。

我们不仅完成了一件作品，巩固和拓展了我们的专业知识，而且大大提高了我们的创新精神，动手能力，团队协作和竞争意识，这些在今后的人生道路上都将是一笔宝贵的财富。

同时经过此系统的设计和制作，又提升了我对电子设计和制作的兴趣。

用单片机和软件程序的结合可以使电路和设计更加简单；系统的功能也比较稳定且容易控制；软硬件的结合无疑是这几年并且是今后相当长一段时间内的主流，对于今后的电子设计与制作的发展前景，我们充满信心。

参考文献：

[1]赵亮，侯国锐主编《单片机C语言编程与实例》北京：

人民邮电出版社，2003年.

[2]童诗白华成英主编，《模拟电子技术基础第三版》北京：

高等教育出版社，2006年.

[3]阎石主编，《数字电子技术基础》北京：

高等教育出版社，2007年.

[5]杨国田，白焰,董玲主编《51单片机实用C语言程序设计与典型实例》北京：

中国电力出版社，20

[6]胡汉才主编.《单片机原理与接口技术（第二版）》北京：

清华大学出版社，2004.