【正文】 電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298作為本系統(tǒng)所使用的直流電機(jī)的驅(qū)動；第六部分電梯模型，由直流電機(jī)和電梯機(jī)箱及外殼等組成，來展示本系統(tǒng)功能的具體實(shí)現(xiàn)；第七部分是系統(tǒng)軟件，由單片機(jī)內(nèi)的各模塊驅(qū)動組成，包括數(shù)碼管驅(qū)動、鍵盤驅(qū)動、發(fā)光二極管及蜂鳴器驅(qū)動、查詢系統(tǒng)等。電機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)單片機(jī)聲光報警電梯模型遠(yuǎn)程監(jiān)測顯示呼叫輸入 系統(tǒng)總框圖2 設(shè)計論證上節(jié)已經(jīng)將系統(tǒng)的主要組成列舉，以下將除軟件系統(tǒng)的部分進(jìn)行分別論證。軟件系統(tǒng)將另行設(shè)計論證。 主控芯片選擇方案一：繼電器控制方案。電梯繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)：(1) 所有控制功能及信號處理均有硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握；(2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器；(3)大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜；(4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。電梯繼電器控制的缺點(diǎn)：(1)系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高；(2)普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高；(3) 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大；(5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大。費(fèi)用高；而且檢查故障困難，費(fèi)時費(fèi)工。總之，電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘客人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。所以目前電梯的繼電器控制已經(jīng)很少使用了。方案二：多片單片機(jī)控制方案。這種方案是使用多片AT89S52單片機(jī)，其中一片作為核心控制控制芯片，另外設(shè)置了轎廂控制系統(tǒng)，控制轎廂的開關(guān)，每一層的控制系統(tǒng)分別由一個單片機(jī)來控制，然后通過單片機(jī)主機(jī)和從機(jī)之間串口通訊，實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的控制。這種方案的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，每個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來比較容易，各個系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，便于安裝、維護(hù)和修檢。所以根據(jù)功能要求需要選用6片AT89S52單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)該電梯的功能。不過單片機(jī)與單片機(jī)之間的通訊較多，同時還有單片機(jī)與PC機(jī)之間也存在通信，在目前通訊是個難點(diǎn)，可能導(dǎo)致最后不能實(shí)現(xiàn)或者雖然實(shí)現(xiàn)了但是電梯運(yùn)行過程不夠穩(wěn)定，從而設(shè)計的系統(tǒng)沒有穩(wěn)定性。方案三 ：采用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）器件作為控制中心，對整個系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行統(tǒng)一管理。它具有編程靈活、集成度高、設(shè)計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計制造成本低、對設(shè)計者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、保密性強(qiáng)、價格大眾化等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)(一般在10,000件以下)之中。幾乎所有應(yīng)用中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應(yīng)用CPLD器件。但這種方案要求平時有很多的知識積累和較強(qiáng)的專業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)起來比較困難且器件較貴，不符合經(jīng)濟(jì)要求，而且電機(jī)的升降控制，運(yùn)行時間的測量、顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)測等還需要單片機(jī)的配合。方案四：用一片AT89S52單片機(jī)為主控制器的方案，即用一個AT89S52單片機(jī)控制所有的按鍵、數(shù)碼管顯示、電動機(jī)的轉(zhuǎn)動、聲光報警、目的樓層指示燈等，并實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)進(jìn)行串口通信，用LABVIEW在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，同時AT89S52對以上所有的信號進(jìn)行處理。這種方案的控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，有很大的工作量，只適用于較簡單的電梯控制系統(tǒng)，而這次的設(shè)計的內(nèi)容就是5層電梯控制系統(tǒng)，所以選用這種方案。單片機(jī)技術(shù)目前較為成熟，自身資源豐富，硬件設(shè)計簡單，成本低，可靠性高，結(jié)合軟件完全可以實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行狀況的簡單模擬。同時結(jié)合專業(yè)知識，學(xué)習(xí)并運(yùn)用過單片機(jī)，使用起來更加得心應(yīng)手。權(quán)衡以上方案的分析，采用方案四。 樓層顯示模塊模擬方案一：采用點(diǎn)陣式液晶顯示器（LCD）顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。點(diǎn)陣式液晶顯示器屬于低功耗、低電壓驅(qū)動、結(jié)構(gòu)空間小、有效面積大、構(gòu)造簡單器件，不僅可以顯示各種字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線和漢字,可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動，并且具有動畫、翻轉(zhuǎn)、閃爍燈功能，用途十分廣泛，但相對于八段數(shù)碼管來說，其價格較貴，驅(qū)動電路及編程復(fù)雜。方案二：采用傳統(tǒng)的八段共陰極數(shù)碼管（LED）顯示電梯實(shí)時所到的樓層。雖功耗大，但其軟件驅(qū)動簡單，硬件電路調(diào)試方便，價格便宜，亮度大，顯示清晰，能滿足本設(shè)計的要求。方案三：采用LED點(diǎn)陣顯示模塊。LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。但是LED點(diǎn)陣顯示價格相對高，編程控制比較復(fù)雜，硬件電路也較麻煩。以上兩種方案中，選擇方案二。 聲光報警模塊本作方案一：采用美國ISD公司的2590語音芯片，該語音芯片錄放時間為90 秒。ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi)E2PROM容量為480K，所以錄放時間長；有10個地址輸入端，尋址能力可達(dá)1024 位；最多能分600 段；設(shè)有OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。2590語音雖然能提高強(qiáng)大的功能，但是芯片的硬件驅(qū)動電路相對復(fù)雜，軟件驅(qū)動電路相對麻煩，價格較貴。方案二：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱內(nèi)有意外情況時，蜂鳴器響，提示乘客有意外情況。其軟件驅(qū)動（只需要一個I/O口控制）、硬件電路調(diào)試非常簡單方便，而且價格便宜，能滿足本設(shè)計的要求。以上兩種方案中，選擇方案二。 電機(jī)模塊本系方案一：采用步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計的執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)無需編碼器等反饋器件即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角（即位置）的控制（即開環(huán)控制），這是步進(jìn)電機(jī)最大的特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)精確定位控制，廣泛應(yīng)用于位移精確定位系統(tǒng)中，但是控制相對于直流電機(jī)較復(fù)雜。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)動的形式，步進(jìn)電機(jī)不需要A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移。常用的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步，176。，在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。但步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是一個高速重復(fù)的“啟—?！獑ⅰ！边^程，所以轉(zhuǎn)動平滑性不如直流電機(jī)。方案二：采用直流電機(jī)作為本設(shè)計的執(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AT89S52單片機(jī)控制電流的方向可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。直流電機(jī)在高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。同時，直流電機(jī)的驅(qū)動電路相對步進(jìn)電機(jī)來說相對簡單，軟件驅(qū)動更加容易編寫。此題目中電機(jī)要帶動的負(fù)載，對升降精度要求不是很高，所以采用方案二。 電機(jī)驅(qū)動模塊方案一：。UA和UB是互補(bǔ)的雙極性或單極性驅(qū)動信號，TTL電平。當(dāng)四個功率開關(guān)全用NPN晶體管時，需要解決兩個上橋臂晶體管(BG1和BG3)的基極電平偏移問題。但電阻R上的損耗較大，所以也只能在小功率電機(jī)驅(qū)動中使用。 H橋開關(guān)電路(Ⅰ) H橋開關(guān)電路(Ⅱ) 另外雖然H組成的電路成本較低，但是硬件電路復(fù)雜。方案二：采用集成電機(jī)驅(qū)動控制芯片L298。L298是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298芯片驅(qū)動電機(jī)，該芯片內(nèi)部包含有兩個集成H橋，能同時驅(qū)動兩路5到24 伏范圍電源的直流電機(jī)，且電路及控制簡單。 由于本設(shè)計只有一個直流電機(jī)，理論上已改用方案一，但是實(shí)際工作中，方案一的H橋由于涉及到功率三極管，其組成的電路帶動電機(jī)的過程中很容易發(fā)熱燒壞，所以本設(shè)計采用方案二。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 矩陣鍵盤電路：由于輸入電路所需按鍵比較多，AT89S52單片機(jī)的I/O接口有限，為了節(jié)省AT89S52單片機(jī)的I/O口，故選用行列式矩陣鍵盤。本設(shè)計采用的是44矩陣鍵盤，用8個I/O口控制16個鍵盤，分為電梯外部按鈕跟電梯內(nèi)部按鈕兩部分。 所示，P20 P27是接單片機(jī)的P2 端口，單片機(jī)采用行和列掃描法來判別這16個按鍵中哪個鍵按下，并將其信號進(jìn)行儲存，然后根據(jù)每個按鍵設(shè)置的功能來通過AT89S52單片機(jī)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止，從而控制電梯的運(yùn)行。下面將每個按鍵的功能說明一下： 模擬調(diào)理電路S2: 一樓向上呼叫按鍵，按下此按鍵表示一樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍?；S3: 二樓向上呼叫按鍵，按下此按鍵表示二樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍?；S4: 三樓向上呼叫按鍵，按下此按鍵表示三樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍?；S5: 四樓向上呼叫按鍵，按下此按鍵表示四樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍樱籗6：二樓向下呼叫按鍵，按下此按鍵表示二樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍樱籗7：三樓向下呼叫按鍵，按下此按鍵表示三樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍樱籗8：四樓向下呼叫按鍵，按下此按鍵表示四樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該?？吭诖藰菍?；S9：五樓向下呼叫按鍵，按下此按鍵表示五樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機(jī)將此信號存入固定單元，判斷電梯運(yùn)行狀態(tài)，看是否響應(yīng)此呼叫以及等到電梯運(yùn)行到此樓層時判斷是否該停靠在此樓層；S10：電梯內(nèi)部選擇去一樓按鍵，按下此按鍵表示電梯里的乘客要去一樓，單片機(jī)根據(jù)此信號控制電梯的運(yùn)行，到達(dá)所指定的樓層；S11：電梯內(nèi)部選擇去二樓按鍵，按下此按鍵表示電梯里的乘客要去二樓，單片機(jī)根據(jù)此信號控制電梯的運(yùn)行，到達(dá)所指定的樓層；S12：電梯內(nèi)部選擇去三樓按鍵，按下此按鍵表示電梯里的乘客要去三樓，單片機(jī)根據(jù)此信號控制電梯的運(yùn)行，到達(dá)所指定的樓層；S13：電梯內(nèi)部選擇去四樓按鍵，按下此按鍵表示電梯里的乘客要去四樓，單片機(jī)根據(jù)此信號控制電梯的運(yùn)行，到達(dá)所指定的樓層；S14：電梯內(nèi)部選擇去五樓按鍵，按下此按鍵表示電梯里的乘客要去一樓，單片機(jī)根據(jù)此信號控制電梯的運(yùn)行，到達(dá)所指定的樓層；S15：電梯內(nèi)部關(guān)門按鍵，控制電梯關(guān)門。本設(shè)計電梯只是個模型，此功能沒有具體的設(shè)計實(shí)現(xiàn)；S17：電梯內(nèi)部開門按鍵，控制電梯開門。本設(shè)計電梯只是個模型，此功能沒有具體的設(shè)計實(shí)現(xiàn)；S16：意外聲光報警按鈕，此按鈕按下表示電梯有突發(fā)情況，單片機(jī)根據(jù)此信號會停止電梯的運(yùn)行，同時點(diǎn)亮警報指示燈并發(fā)出聲音警報。 單片機(jī)和人機(jī)接口模塊 單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路：，AT89S52單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期。此處，R1取200Ω，但是R2的取值一般為4倍的R1，既必須是800Ω以上。，介于兩者之間的邏輯電平被稱為中間電平。在系統(tǒng)工作時，中間電平會被自動判斷，不受邏輯控制。所以，此處復(fù)位端要得到高電平，要分的4/5左右的電壓，則應(yīng)取800Ω以上的電阻，此處我們?nèi)?KΩ。時鐘電路：系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89S系列單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器