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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-07-16 12:57 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 R=(230Ω460Ω),所以限流電阻選擇了 360Ω 的?;趩纹瑱C(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)13圖 23 數(shù)碼管顯示模塊的電路 電梯模擬指示燈的設(shè)計(jì)圖 24 模擬指示燈的電路本次設(shè)計(jì)的指示燈共有 6 個(gè),其中一個(gè)是電源模塊的指示燈(后面會有提到) ,還有一個(gè)是單片機(jī)電源指示燈,再一個(gè)是電梯正常運(yùn)行的指示燈。這三盞燈的功能就是為了提示,不做任何模擬,還有三盞燈分別接在 , 口上。接在 上的是表示電梯上下行的,當(dāng)電梯上升時(shí),該指示燈亮,當(dāng)電梯下降時(shí),該指示燈呈熄滅狀態(tài)。接在 和 上的指示燈模擬了四個(gè)狀態(tài)。在電梯運(yùn)行后,兩盞燈同時(shí)熄滅代表電梯正在關(guān)門,同時(shí)亮代表正在開門,單獨(dú) 上的燈亮代表電梯處于關(guān)門狀態(tài),單獨(dú) 上的燈亮代表電梯處于開門狀態(tài)。因?yàn)榘l(fā)光二極管接的是 5V 電源,所以限流電阻分到 3V 左右的壓降,發(fā)光二極管的工作電流通常是 2 mA5mA,所以選擇了 1k 的電阻,根據(jù)電阻公式是 R=(U-U f)/I,可以算出 R=(52)/(~)=(600~1500) Ω,所以電阻就選擇了 1K 的,這樣的電流是 3mA,發(fā)光二極管可以正常工作。 蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)14圖 25 蜂鳴器電路本次設(shè)計(jì)用 9012 三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器,當(dāng)電梯到達(dá)所需樓層時(shí),單片機(jī)給三極管基極輸入一個(gè)低電平,此時(shí)基極的電壓小于發(fā)射級的電壓,三極管導(dǎo)通,可以使蜂鳴器作響。三極管在蜂鳴器上的作用是放大聲音信號。三極管是一種控制元件,主要用來控制電流的大小,當(dāng)基極電壓 UB 有一個(gè)微小的變化時(shí),基極電流 IB 也會隨之有一小的變化,受基極電流 IB 的控制,集電極電流 IC 會有一個(gè)很大的變化,基極電流 IB 越大,集電極電流 IC 也越大,反之,基極電流越小,集電極電流也越小,即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多,這就是三極管的放大作用,該三極管的放大倍數(shù)在 150200 之間。在 I/O 口和三極管 B 級之間串接個(gè)1K 左右的電阻的作用是限制 I/O 口電流,防止 I/O 口過流燒壞。因?yàn)榉澍Q器正極接 VCC,串聯(lián)的電阻選擇 1k,根據(jù)公式可以算出 I/O 的電流為 5mA,再加上蜂鳴器的內(nèi)阻,電流小于 5mA,可以保證I/O 口不被燒壞。 電源電路的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電路的介紹本次設(shè)計(jì)采用的電源電路是經(jīng)典的穩(wěn)壓電路。用一個(gè)電源適配器直接將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成9V,然后接入板子上,一開始的設(shè)計(jì)是用兩個(gè)電源,將單片機(jī)跟電機(jī)的電源分開,但考慮到了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性,用了這個(gè)模塊,只需一個(gè)電源輸入即可。9V 的電可以直接供給 H 橋驅(qū)動(dòng),串聯(lián)一個(gè)二極管可以有效防止反接,然后電壓經(jīng)過輸入端濾波,由穩(wěn)壓芯片 7805 輸出,再由輸出端濾波輸出 5V 直流電給單片機(jī)供電。這里的電阻選擇 1K 跟上面講到的發(fā)光二極管的電阻選擇一樣,都是限流的?;趩纹瑱C(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)15圖 26 電源電路 穩(wěn)壓芯片的介紹此次采用的是 7805 三端穩(wěn)壓集成電路,三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路,只有三條引腳輸出,分別是輸入端、接地端和輸出端。用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、方便,而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓,如 7805 表示輸出電壓為正 5V,7905 表示輸出電壓為負(fù) 5V。在實(shí)物制作中,在 7805 上安裝了散熱器,為了防止溫度過高時(shí),穩(wěn)壓性能變差。圖 27 穩(wěn)壓芯片 7805 H 橋驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 光耦的介紹基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)16圖 28 光耦內(nèi)部圖光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,通常把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管 LED)與受光器(光敏半導(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線,受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流,從輸出端流出,從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器。這次設(shè)計(jì)時(shí)本來采用要用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的,但考慮到自己動(dòng)手接觸過 H 橋電路之后會有更深的了解,后又改用 H 橋。但是剛好有同學(xué)也是用 H 橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的,所以就加了光耦。跟原先的 H 橋相比,穩(wěn)定性又有所提升。光耦的主要作用就是強(qiáng)弱電的隔離,因?yàn)閱纹瑱C(jī)是小功率的芯片,而電機(jī)是大功率的,所以光耦可以有效的起到隔離作用。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是:信號單向傳輸,輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離,輸出信號對輸入端無影響,抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定,無觸點(diǎn),使用壽命長,傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件,現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR) 、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中,利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路,通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比,達(dá)到精密穩(wěn)壓目的 [2]。如上圖,二極管負(fù)極接 VCC,二極管正極接單片機(jī) I/O 口,發(fā)射極接地,集電極接入 H 橋電路。當(dāng)電梯需要上升或者下降時(shí),給二極管正極輸入一個(gè)高電平或者低電平,控制二極管的通斷。假如芯片給二極管正極的是低電平,此時(shí)二極管導(dǎo)通,然后三極管也導(dǎo)通,因?yàn)榘l(fā)射極是接地的,所以集電極端也是低電平。將此信號傳輸給 H 橋。光耦在電路中一左一右兩個(gè),給左邊的光耦輸入低電平了,那右邊的就是要輸入高電平,這樣才能維持電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),這個(gè)在下面的 H 橋電路設(shè)計(jì)中會解釋。 H 橋驅(qū)動(dòng)電路的介紹基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)17圖 29 H 橋驅(qū)動(dòng)電路圖如上為本次設(shè)計(jì)的 H 橋驅(qū)動(dòng)電路。電路得名于“H 橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4 個(gè)三極管組成 H 的 4 條垂直腿,而電機(jī)就是 H 中的橫杠。在橋路左邊加了一個(gè) NPN 三極管 Q12和 PNP 三極管 Q8,右邊也同樣加了 Q7 和 Q11,可以更有效的控制和保護(hù)電路。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須是一條對角線上的三極管導(dǎo)通。下面,我們用一個(gè)例子來解釋下 H 橋電路的工作原理。假設(shè)左邊是低電平,那相對應(yīng)的右邊為高電平。所以左邊的光耦 C 腳輸入低電平,右邊的光耦內(nèi)的三極管不導(dǎo)通。因?yàn)?PNP 是低電平導(dǎo)通,所以左邊第一個(gè)三極管 Q8 導(dǎo)通,因?yàn)橄旅娲?lián)一個(gè)電阻,所以呈高電平狀態(tài),所以左邊第二個(gè)三極管 Q12 導(dǎo)通,所以,H 橋中右下角的三極管 Q14 也導(dǎo)通,左上角的三極管 Q9 的基極 B 經(jīng)過了三個(gè)電阻,而他的發(fā)射極只經(jīng)過一個(gè)電阻,所以基極的電壓相對的低于發(fā)射極,所以左上角的三極管 Q9 也導(dǎo)通。所以電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)。接下來要驗(yàn)證右上角的三極管 Q10和左下角的三極管 Q13 不導(dǎo)通,因?yàn)楣怦畈粚?dǎo)通,所以右邊第一個(gè)三極管 Q7 沒有構(gòu)成回路,所以不導(dǎo)通,右邊第二個(gè)三極管 Q11 和 H 橋右上角的三極管 Q10 同理也不導(dǎo)通,左下角的三極管 Q13 B級沒電壓,所以也不導(dǎo)通,所以,當(dāng)左邊輸入低電平,右邊輸入高電平時(shí),左上角和右下角的三極管 Q9,Q14 導(dǎo)通,電機(jī)正轉(zhuǎn)。反之,電機(jī)反轉(zhuǎn)。四個(gè)并聯(lián)在 H 橋三極管兩端的二極管起到續(xù)流保護(hù)的作用?;趩纹瑱C(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)18第三章 電梯系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì) 程序流程圖 主程序流程圖 開始初始化掃描鍵盤查詢變量,調(diào)用子程序電梯運(yùn)行當(dāng)電梯上電了之后,程序開始執(zhí)行,數(shù)碼管顯示為 1 樓,同時(shí)開始掃描鍵盤,判斷是否有按鍵按下,當(dāng)有按鍵按下后,根據(jù)按鍵修改變量,然后電梯運(yùn)行,同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)樓層,當(dāng)?shù)诌_(dá)所需樓層樓層后,開始開門,同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音,提示已到達(dá)。然后循環(huán)以上過程。 中斷程序流程圖基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)19入口鍵盤掃描有鍵按下?修改請求變量電梯運(yùn)行返回N Y當(dāng)有鍵按下之后,中斷開始,修改變量,然后電機(jī)開始轉(zhuǎn),電梯運(yùn)行,當(dāng)電梯到達(dá)所需樓層后,中斷結(jié)束,電梯開始開門,同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音提示到達(dá)。然后循環(huán)上述過程。 電梯運(yùn)行流程圖基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)20入口電機(jī)運(yùn)行關(guān)門是否到達(dá)所需樓層?開門返回 數(shù)碼管顯示樓層NY當(dāng)有鍵按下,電梯開始運(yùn)行時(shí),先關(guān)門,然后電梯運(yùn)行,數(shù)碼管顯示電梯所在位置,當(dāng)?shù)竭_(dá)所需樓層時(shí),電梯門打開,并且蜂鳴器發(fā)出聲音,提示到達(dá)?;趩纹瑱C(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)21第四章 系統(tǒng)的調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試過程 軟件調(diào)試程序在調(diào)試的時(shí)候會出現(xiàn)很多錯(cuò)誤,書寫格式上的疏忽或者循環(huán)錯(cuò)誤及參數(shù)表語法錯(cuò)誤等等,此次的程序是在 keil 中編譯完成的,在編寫好程序之后,出現(xiàn)的錯(cuò)誤很多,比如“Declaration missing ” “Do statement must have while”“ unction call missing”等等一大堆,然后自己根據(jù)這些提示去查找錯(cuò)誤,然后一點(diǎn)點(diǎn)的修改,最后成功編譯,當(dāng)編譯成功之后仿真然后在開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試,一開始的時(shí)候一些功能實(shí)現(xiàn)不了,比如開門關(guān)門的狀態(tài)跟自己預(yù)先想的完全反了,后面又去程序中修改,這樣反反復(fù)復(fù)直到功能全部實(shí)現(xiàn) [5]。 系統(tǒng)仿真此次系統(tǒng)仿真用的是 protues 進(jìn)行仿真的,首先用 keil 編譯程序產(chǎn)生 hex 文件并保存,然后在 protues 上畫出仿真圖,導(dǎo)入程序并進(jìn)行仿真,一開始仿真的時(shí)候是使用 L298N 進(jìn)行仿真的,正在關(guān)門的狀態(tài)顯示不出來,去查了正在關(guān)門的程序,是直接把那個(gè)和關(guān)門的程序?qū)懸粯恿?,修改過來之后就好了,后來因?yàn)樵O(shè)計(jì)的更改,采用了 H 橋驅(qū)動(dòng)電路的仿真仿真圖如下: [7]圖 41 仿真圖片 硬件調(diào)試在調(diào)試過程中,一開始的時(shí)候蜂鳴器一直不響,一開始以為蜂鳴器是壞的,用萬用表的二極管檔測了之后發(fā)現(xiàn)蜂鳴器能響,然后又看三極管,接法也沒錯(cuò)誤,最后去檢查了程序的 I/O 口才發(fā)現(xiàn)是 I/O 口定義錯(cuò)了,本來是應(yīng)該定義 的,程序上寫成了 。將這個(gè)改過來之后蜂鳴器就能基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)22響了。還有就是電機(jī)只會正轉(zhuǎn),不會反轉(zhuǎn),然后找到當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)電流的流向,后來發(fā)現(xiàn)光耦接反了,按照那個(gè)接法,光耦內(nèi)的三極管會一直處于斷路狀態(tài),所以無法驅(qū)動(dòng) H 橋內(nèi)的電機(jī)。當(dāng)全部修改好之后,電梯就可以正常運(yùn)行了。 系統(tǒng)調(diào)試成果當(dāng)插上電源的時(shí)候,電梯顯示的樓層在 1 樓,電梯運(yùn)行指示燈亮,電源指示燈亮,電源模塊的二極管也亮,圖片如下:圖 42 調(diào)試圖片假設(shè)我在 4 樓,現(xiàn)在我要到 1 樓去,我按下 4 樓下召喚按鈕,然后電機(jī)反轉(zhuǎn),電梯到達(dá) 4 樓,基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23圖片如下:圖 43 調(diào)試圖片進(jìn)入門后,按下 1 樓按鍵,電梯運(yùn)行,圖片如下:圖 44 調(diào)試圖片其他的各個(gè)功能也都能正常運(yùn)行,這樣調(diào)試就好了。最后附上完成后的實(shí)物圖,如下:基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)24圖 45 實(shí)物圖片基于單片機(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)25結(jié)束語經(jīng)過了幾個(gè)月的努力,畢業(yè)設(shè)計(jì)到此終于算是完成了,回頭看看自己這幾個(gè)月下來的努力,真是一段辛酸史,起初,自己對這一塊的了解只是那么一點(diǎn)點(diǎn),僅僅只是一點(diǎn)點(diǎn),但是接觸的越多,發(fā)現(xiàn)自己以前學(xué)的真的太少太少,大學(xué)四年,也許只有這次是自己最認(rèn)真的一次,這一次的收獲比任何時(shí)候都多,在這過程中,每當(dāng)自己接觸到自己沒有接觸過或者了解不深刻的事物,最后被我徹底了解之后,心情總是很愉悅,這是種久違的感覺,就像曾經(jīng)的高中,當(dāng)自己解出一道難題,心里的滿足感是滿滿的,漸漸的,發(fā)現(xiàn)自己喜歡上了搞這些東西,以后有機(jī)會,一定要再自己沒有目的的做這些設(shè)計(jì),僅僅為了能夠讓自己滿足,也許,做這類設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了我的興趣,我將持之以恒的堅(jiān)持下去,保留這份激情?;趩纹瑱C(jī)的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院 2022 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)26參考文獻(xiàn)[1] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M] 北京:高等教育出版社,2022. 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