【正文】 電子設(shè)計(jì)大賽訓(xùn)練 設(shè)計(jì)報(bào)告 電梯控制模型 訓(xùn)練學(xué)生 xxxxxx xxxxx xxxxx 完成時(shí)間 2020 年 x 月 xx日 目 錄 目 錄 ........................................................ 2 [摘要 ].............................................................. 3 [關(guān)鍵詞 ]............................................................ 3 [Abstract].......................................................... 3 [Keywords].......................................................... 3 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .................................................. 4 二、總體方案設(shè)計(jì)與論證 .............................................. 4 控制器選擇 ................................................... 4 動(dòng)力選擇 ..................................................... 4 三、硬件電路設(shè)計(jì) .................................................... 5 整體電路設(shè)計(jì) ................................................. 5 對(duì)電機(jī)的控制設(shè)計(jì) ............................................. 5 傳感器模塊設(shè)計(jì) ............................................... 7 鍵盤模塊設(shè)計(jì) ................................................. 8 四、軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 10 整個(gè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 思路 ........................................ 10 附加： 總電路原理圖 .......................................... 14 五、實(shí)際測(cè)試及結(jié)果分析 ............................................. 14 六、結(jié)束語 ......................................................... 14 參考文獻(xiàn) ........................................................... 14 附錄 ： 程序代碼 ..................................................... 16 摘要： 本系統(tǒng)采用單片機(jī)（ 89C52）作為信號(hào)的檢測(cè)和控制核心。使用按鍵按下與否帶來的電平的改變來控制對(duì)應(yīng)的單片機(jī)輸入或輸出口工作。樓層檢測(cè)使用霍爾傳感器；速度控制采用易控的步進(jìn)電機(jī)子；基于這些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套軟件算法，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在運(yùn)動(dòng)和加速及減速過程的精確控制。 關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 傳感器 Abstract: The system uses a microcontroller (89C52) as the signal detection and control of the core. Or use the button pressed to bring change to control the level of the corresponding singlechip input or output work. Floor inspection using Hall sensors。 speed control with easy to control the stepper motor sub。 these plete and reliable hardware design, using a set of software algorithms to achieve the motor acceleration and deceleration in the movement and precise control of the process Keywords: stepper motor microcontroller sensor 一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電梯控制模型。示意圖如圖 1 所示。 （二）、 要求： 基本要求： （ 1） 當(dāng)某層有呼叫并有呼叫信號(hào)顯示時(shí)，橋廂模型作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，并準(zhǔn)確平層，平層的位置誤差 ?10mm。要求平均每層運(yùn)行時(shí)間不超過 5 秒，平層結(jié)束時(shí)給出提示信號(hào)。 （ 2） 當(dāng)有多層呼叫時(shí)，橋廂模型將按說明中的電梯模型運(yùn)行規(guī)則作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，并依次在呼叫的樓層停留 5 秒。 （ 3） 能自動(dòng)記錄、顯示橋廂模型當(dāng)前到達(dá)的樓層編號(hào)。 （ 4） 要求橋廂模型在加載 400 克的條件下，從 1 層到 5 層和從 5 層到1 層的往返時(shí)間 相等，單程時(shí)間不超過 12 秒，往、返時(shí)間之差不大于 1 秒，并自動(dòng)記錄、顯示運(yùn)行時(shí)間。 發(fā)揮部分： （ 1） 要求橋廂模型能夠加載 0～ 500 克的重物，顯示并存儲(chǔ)該物體的重量，顯示分辨率為 1 克，誤差： 177。3%。 （ 2） 橋廂模型的額定負(fù)荷可以預(yù)置，當(dāng)加載的物體超過預(yù)置值時(shí)，將發(fā)出超重報(bào)警信號(hào)。 （ 3） 增設(shè)模擬橋廂內(nèi)表示乘客欲到達(dá)層數(shù)的按鈕，橋廂模型將按照電梯模型運(yùn)行規(guī)則作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。 （ 4） 其它。 二、總體方案設(shè)計(jì)與論證 控制器選擇 J 2 B C A D 3 4 5 F G E H D J 1 M 圖 1 電梯控制模型 圖 1 中：電梯間豎井模型部分可由有機(jī)玻璃粘成無上蓋板的六面體 ABCDEFGH，高度 AE 為；電梯橋廂模型 J 通過滑輪懸掛并由電動(dòng)機(jī) M 牽引，可在電梯間豎井模型的空間內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。該電梯間豎井模型每隔 20cm自下向上分成 5 層，其樓層編號(hào)如圖 1 所示。 本系統(tǒng)的系統(tǒng)板主要由 MCS51系列單片機(jī) AT89C52組成。 AT89C52有 8K字節(jié)的片內(nèi) ROM、 256字節(jié)的片內(nèi) RAM、 3個(gè) 16位定時(shí)器和六個(gè)中斷源，其有 8K字節(jié)的 ROM足夠本系統(tǒng)中的編程部分。 此最小系統(tǒng)除了具有一般單片機(jī)最小系統(tǒng)的功能如地址鎖存、輸入輸出控制外，另外它的主要特點(diǎn)是它的輸出口部分接有液晶顯示，可以數(shù)字顯示各要輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，系統(tǒng)板的 P1， P2， P3口經(jīng)過三級(jí)管和發(fā)光二級(jí)管相接，可以顯示各口線的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。 動(dòng)力選擇 本設(shè)計(jì)用步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 uln2020，我們 首先，步進(jìn)電機(jī)具有良好的可控性：起停迅速，控制簡(jiǎn)單，避免了慣性帶來的誤差，在低速情況下仍然具有良好的驅(qū)動(dòng)力；其次，電機(jī) 的負(fù)載滿足承載一公斤左右的重量，符合要求；其三，步進(jìn)電機(jī)性價(jià)比較高，更安全可靠。故我們采用此步進(jìn)電機(jī)和其配套的驅(qū)動(dòng)器。 三、硬件電路設(shè)計(jì) 整體電路設(shè)計(jì) 當(dāng)外部人為操作電梯的指令發(fā)出，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)板二的處理后發(fā)出信號(hào)到系統(tǒng)板，系統(tǒng)板通過指令來控制步進(jìn)電機(jī)的工作從而帶動(dòng)轎廂的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)控制按鍵的控制、 LED、數(shù)碼管的顯示、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、傳感器經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)的處理 等等 。 對(duì)電機(jī)的控制設(shè)計(jì) 由以上論證知，本部分設(shè)計(jì)采用 MCS51AT89C52 單片機(jī)來完成， 通過 I/O口 輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過芯片 uln2020 驅(qū) 動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 通過 uln2020 構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，電路圖如 下 圖 1 所示。 52的 4 個(gè)端 口接 uln2020 的 14 輸入端。另外，用鍵盤來對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制 ，采用 一個(gè)四位 數(shù)碼管 顯示當(dāng)前樓層，想到達(dá)的樓層，運(yùn)行時(shí)間 。 數(shù)碼管采用直接驅(qū)動(dòng)并接上拉電阻。如圖二。 圖一 圖二 3 傳感器模塊設(shè)計(jì) 采用采用的是霍爾開關(guān)集成電路 CS3144， CS3144 霍爾開關(guān)集成電 路應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制造的磁敏電路，它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器，溫度補(bǔ)償電路和集電極開路的輸出級(jí)組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)，輸入輸出關(guān)系如圖 4所示。 CS3144 霍爾開關(guān)集成電路具有體積小，靈敏度高，響應(yīng)速度快，溫度性能好，精確度高，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。 CS3144 霍爾開關(guān)集成電路的功能方框圖如圖 3所示。 圖 .3 圖 .4 霍爾傳感器平層電路 當(dāng)磁鐵靠近的時(shí)候，霍爾輸出低電平，單片機(jī) P1． 2－Ｐ 1． 7 引腳接霍爾的輸出信號(hào)，這樣通過程序查詢是哪個(gè)樓層霍爾輸出為低電平，就可知道電梯到達(dá)了哪個(gè)樓層并使數(shù)碼管顯示當(dāng)前的樓層。 1Vcc2Gnd3OutGNDVCC1KR1Res2out3144 圖． 15 N out 4 鍵盤模塊設(shè)計(jì) 按鍵電路 P0 口的八個(gè)引腳連接八個(gè)按鍵，分別是 1,2,3，４ ,５樓電梯內(nèi)外的按鍵及檢修電路按鍵。通過程序不斷的查詢 ４、５樓層內(nèi)、外是否按鍵按下來使單片機(jī)程序控制電梯運(yùn)行。其按鍵如下圖所示 四、軟件設(shè)計(jì) 電源 打開時(shí)，電梯轎廂?？吭谌我馕恢谩４藭r(shí)要判斷是否有外招或內(nèi)招，即判斷是否應(yīng)該工作。若有，則電機(jī)即要開始轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置，期間要繼續(xù)檢測(cè)是否還有外招或內(nèi)招。若有，先判斷是否在其工作的范圍，若在其范圍內(nèi)，響應(yīng)；若不在范圍內(nèi)，不響應(yīng)。期間光電信號(hào)一直檢測(cè)，看是否到達(dá)目的的，當(dāng)?shù)竭_(dá)時(shí)，即可停止。平層在停止的位置，一直等下一個(gè)內(nèi)招或外招來臨。 電機(jī)控制部分 （ 1)轎廂運(yùn)行部分： 我們知道，任何從靜止開始的運(yùn)動(dòng)過程都要經(jīng)過加速和減速的過程。故我們?cè)诔绦虻脑O(shè)計(jì)過程中把電機(jī)的運(yùn)行過程分為加速、勻速和減速三個(gè)階段。我們調(diào)節(jié)方波 的頻率大小來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)方波信號(hào)的個(gè)數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)過的角度，達(dá)到控制轎廂移動(dòng)高度。整個(gè)電機(jī)的運(yùn)行過程大致如圖 ： 附加 ： 五、實(shí)際測(cè)