【正文】 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 1 電梯的定義與簡(jiǎn)介 1 電梯的組成 2 國(guó)內(nèi)外電梯的發(fā)展?fàn)顩r 2 2 3 電梯的發(fā)展趨勢(shì) 4 課題的主要研究?jī)?nèi)容及意義 5 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 6 控制核心 7 曳引動(dòng)力選擇 8 曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 9 內(nèi)外顯示電路 9 召喚電路 10 定位平層系統(tǒng) 10 樓層提示及報(bào)警系統(tǒng) 123 硬件基礎(chǔ)知識(shí) 12 步進(jìn)電機(jī) 12 激光二極管 13 LN298驅(qū)動(dòng)芯片 14 LM339比較器 15 LCD1602液晶 164 硬件電路設(shè)計(jì) 18 單片機(jī)小系統(tǒng)電路 19 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 21 液晶顯示電路 21 4*4矩陣鍵盤電路 22 定位平層電路 22 樓層提示及聲光報(bào)警電路 23 電源電路 245 軟件設(shè)計(jì) 25 液晶顯示模塊 26 矩陣按鍵掃描模塊 29 速度變換（加速勻速減速）模塊 32 樓層檢測(cè)模塊 34 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 346 電梯的模型的制作與功能調(diào)試 36 電梯模型的制作 36 電梯系統(tǒng)各模塊功能調(diào)試 37 電梯系統(tǒng)整體功能調(diào)試 397 總結(jié)與展望 39 設(shè)計(jì)總結(jié) 40 展望 41謝 辭 43參考文獻(xiàn) 441 緒論 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15176。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 立式電梯 圖 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)。 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。 　?。?）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。 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)?！豢羁罴{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。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。控制器性價(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，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：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。 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“”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、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。 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。 設(shè)計(jì)功能要求