基于单片机的双电梯控制系统的设计.doc
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1、聊城大学本科毕业论文(设计)本科毕业论文(设计)题目:基于单片机的双电梯控制系统的设计专业代码:071201作者姓名:阮 志 刚学号:2006201283单位:物理科学与信息工程学院指导教师:王宝兴2010年5月26日目 录摘要4关键词:4ABSTRACT5KEYWORDS5引言61。 总体方案设计与论证71。1 双电梯控制模型(五层),示意图如下图所示。71。2 控制器选择71.3 动力选择71.4并联电梯的调度原则82硬件电路设计92.1 整体电路设计92。2 对电机的控制设计92。3报警模块设计102。4传感器模块设计112。4.1重力传感器模块112。4。2 光传感器模块132。5 A
2、/D转换模块设计132。6系统板(二)I/O的分配143。 软件设计153.1整个系统程序设计思路(流程图)153.2 电机控制部分163.2。1轿厢运行部分:163。2。2平层部分163。3 显示及报警部分173.3。1楼层显示173。3.2电梯外部按键显示173。3。3超重报警173。3。4紧急报警18总结18参考文献19附录20谢辞26摘 要本系统采用两片单片机(89C52)作为内外招信号的检测和控制核心。内外招使用按键按下与否带来的电平的改变来控制对应的单片机输入或输出口工作。楼层检测使用光传感器;轿厢负载采用精密压力传感器;速度控制采用易控的步进电机外加微小误差转子;在竖井的侧面固定
3、了轨道以防止轿厢的晃动。基于这些完备而可靠的硬件设计,使用了一套独特的软件算法,实现了并联电梯的调度以及电机在运动和加速经及减速过程的精确控制。关键词:单片机;步进电机;A/D转换;555定时器;施密特触发器;传感器;C语言编程;流程图ABSTRACTInside and outside this system uses two piece of monolithic integrated circuits (89C52) to take the move of signal examination and the control core. The inside and outside mo
4、ve of use pressed key presses down the level change which or not brings to control corresponding the monolithic integrated circuit input or the outlet work。 Floor examination use reflection type infrared sensor; The sedan theater box load uses the precise pressure transmitter; The speed control uses
5、 easily to control stepbysteps the electrical machinery in addition light error rotor; Fixed the track in the shaft side to prevent the sedan theater box rocking. Based on these complete and reliable hardware design, has used a set of unique software algorithm, has realized the electrical machinery
6、in the movement and the acceleration after and the moderating process accuracy control.Keywords:MCS-51。89C52。 Step-bysteps the electrical machinery; A/D transformation; 555 timers; Schmitt trigger; Sensor; C language programming; Flow chart.基于单片机的双电梯控制系统引言电梯作为一种电力拖动的特殊升降设备,是现代生活所不可缺少的,也是应用最为广泛的垂直交通运
7、输工具。早在1889年,美国的奥的斯公司制造的有直流电动机通过蜗杆涡轮减速器带动卷筒卷绕绳索悬挂并升降轿厢的电动升降机,成为现代电梯的鼻祖。由于电梯拖动技术从直流电动机驱动,到交流单速、交流双速电动机驱动,到交流调压调速(ACVV)控制,交流调压调频调速(VVVF)控制,使得电梯控制技术不断成熟,加上电子技术、电子计算机技术、自动控制技术在电梯中的广泛应用,使电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、减少噪声等方面都有了极大改善.在电梯拖动技术发展的同时,由于现代建筑高度的不断增加,电梯的速度也在不断的提升。电梯速度提升的同时,其平稳性和安全性能也需要得到提高,以保障电梯
8、性能的平衡。近年来,这一直是电梯研究的一个热点问题.然而随着当前高楼大厦涌现,虽然单纯依靠提高电梯速度、增加电梯数量,可以在一定程度上提高电梯的运送能力和服务质量,但提高电梯运送能力和服务质量的关键在于电梯群的调度,即根据轿厢内的人数、上下方向的停靠次数、层站召唤以及电梯轿厢所处的位置等情况,合理地选择电梯的最优方案来运送客流,因此电梯群控应运而生。电梯群控系统(简称EGCS)是在建筑物内同时控制多台电梯,实现电梯群的优化调度,有效运送乘客,改善服务质量的系统。1949年由继电器逻辑控制为主组成电梯群控系统首次安装在联合国大厦,大大提高了电梯的运行效率和服务质量.到现在,电梯群控系统已经大量出
9、现在建筑的电梯控制系统中,并且新技术也不断得到创新和应用。1。 总体方案设计与论证1。1 双电梯控制模型(五层),示意图如下图所示。电梯间竖井部分由有机玻璃粘成无上盖板的六面体ABCDEFGH,高度AE为1.2m;电梯桥厢模型J通过滑轮悬挂并由步进电机1牵引,电梯轿厢模型K通过滑轮悬挂并由步进电机2牵引,两个轿厢都可在电梯间竖井模型的空间内上下运动.该电梯间竖井模型每隔20cm自下向上分成5层,其楼层编号如图所示。1。2控制器选择本系统的系统板主要由MCS51系列单片机AT89C52组成。AT89C52有8K字节的片内ROM、256字节的片内RAM、3个16位定时器和六个中断源,其有8K字节的
10、ROM足够本系统中的编程部分。此最小系统除了具有一般单片机最小系统的功能如地址锁存、输入输出控制外,另外它的主要特点是它的输出口部分接有液晶显示,可以数字显示各要输出的状态和数据,系统板的P1,P2,P3口经过三级管和发光二级管相接,可以显示各口线的实时工作状态。1。3 动力选择本设计用步进电机及其驱动器BY2HB03M。首先,步进电机具有良好的可控性:起停迅速,控制简单,避免了惯性带来的误差,在低速情况下仍然具有良好的驱动力;其次,步进电机性价比较高,更安全可靠.故我们采用此步进电机和其配套的驱动器。1。4并联电梯的调度原则A,两台电梯都遵守集选规则,即将呼叫信号先进行登记,对与电梯运行同向
11、的呼叫信号逐一应答,当同向指令和召唤应答完毕后电梯可以自动换向。B,除此以外,电梯并联运行还遵循的相应的调度原则:正常情况下,当电梯使用以后,二号电梯作为忙梯会首先自动上升至第三层待命,一号电梯则作为基站电梯在第一层楼待命。当某层站有门厅呼叫信号时,则“忙梯立即启动并定向运行去接该层站的乘客。C,当两台电梯因轿厢内指令而到达基站后关门待命时,则应按照有效利用的原则,执行相互交替程序段。原先充当忙梯的电梯现在即作为基站电梯来使用,而原先作为基站电梯使用的电梯此时即成为忙梯.不论是一号电梯还是二号电梯均停留在最后停靠的层站待命.D,当忙梯正在上行时,若其上方出现任何方向的门厅呼叫信号或是其下方出现
12、向下的门厅呼叫信号,则均由忙梯在一周行程中去完成,而基站电梯不予应答运行。但是,若在忙梯的下方出现向上的门厅呼叫信号,则由基站电梯来应答信号而发车运行接客。E,当忙梯正在下行时,若其下方出现任何方向的门厅呼叫信号,则均由忙梯在一周行程中去完成,而基站电梯不予应答运行。但是,若在忙梯的上方出现任何向上或是向下的门厅呼叫信号,则由基站电梯来应答信号而发车运行接客。F,当其中一台电梯由于故障而停止运行,另一台电梯则自动承担全部的运行任务,遵循单台电梯的运行规则。G,无论是作为一号电梯还是二号电梯,由于轿内呼叫信号而使电梯定向的,电梯都必须启动运行。电梯停用以后,不论当前处在哪一层,都会自动下降至底层
13、。2硬件电路设计2.1整体电路设计系统板(二)系统板(一)步进电机1步进电机2轿厢1轿厢2出界保护上下楼选择 (外招)显示楼层选择(内招)楼层显示(吊厢内)楼层显示(电梯外)显示轿厢内警报光传感器1重力传感器超重警报当外部人为操作电梯的指令发出,经过A/D转换和系统板二的处理后发出信号到系统板一,系统板一通过指令来控制步进电机的工作从而带动轿厢的运动.由于控制2个步进电机的程序比较复杂,故专门用一片系统板。系统板二则负责按键的控制、LED、数码管的显示、电动机的转动、传感器经A/D转换后输出的信号的处理等等。2。2 对电机的控制设计 由以上论证知,本部分设计采用MCS51-AT89C52单片机
14、来完成,通过I/O口 输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过芯片BY2HB03M驱动步进电机。BY2HB03M驱动器具有恒流控制,极低的电源损耗,极高的开关效率,电机运行平稳、低振动、低噪音;驱动器的工作电压:直流电压2440V;驱动电流2。5A.通过BY2HB03M构成步进电机的驱动电路,电路图如下图所示.52的25-28口接BY-2HB03M的14输入端.所示。2.3报警模块设计本方案采用555做成的多谐振荡器产生的方波信号来控制小功率的蜂鸣器工作,电路如图2。3。1所示。工作原理:当电梯未到达指定的楼层或未超重时,555的第4脚一直处于低电平状态,当到达指定楼层或因为负重过
15、大而超重时,555的第四脚将转向高电平,此时振荡器开始工作,产生高频的方波,从而使蜂鸣器发声。电路分析:我们知道,只要将555定时器的Vi1和Vi2接在一起可以接成施密特触发器。我们把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端,就构成了多谐振荡器。在电路的设计过程中,为了减轻555中的门G4的负载,我们特在电路中将TD与R1接成了一个反相器,它的输出与原输出在高低电平状态上完全相同。将其输出经R2和C组成的积分电路接到施密特触发器的输入端。详具体电路见图2。3。1。由图分析计算可知此多谐振荡器的周期理论上为:故其频率为:2。4传感器模块设计2。4.1重力传感器模块重力传感器部分我们
16、采用典型的压力测量电路,电路如图2.4.1示:电路中,我们选择OP07作为仪用放大电路的放大器件,参数与通用运放NE5532比较如下:共模抑制比(CMRR)噪声电压供电电压OP07D9011010.33V18VUA741CP707V36V由于传感器输出信号是用于A/D采样,所以要求精度较高的放大器,而且输出信号的噪声电压在10mV以内,输出信号峰峰值在05V之间,通过对桥式传感电路的测试,放入500g的砝码,可以得到100mV的电压,放大400倍,即可用于A/D采样.选用OP07D组成两极反相放大器。第一级U10A,U10B,U11A组成仪用放大器.第二级U11B为反相放大器,放大倍数为20倍
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