【文章內(nèi)容簡介】 效地減少驅(qū)動器發(fā)熱量。并且支持各種步進電機選型，可選擇力矩稍大的混合式或者永磁式步進電機，使電機工作在允許最大轉(zhuǎn)矩的百分之 30 至 50 之間，并且該芯片提供多檔電流設(shè)置和電流衰減模式，支持相同動力指標下各種不同參數(shù)的步進。本驅(qū)動模塊采用高速光耦 6N137 進行單片機的與步進電機隔離，有效地保護了主控電路。6N1376 光耦合器是單通道的光耦速度比較高的光耦合器，其內(nèi)部有一個發(fā)光二級管和一個光敏二極管、當發(fā)光二級被點亮，光敏二極管導(dǎo)通，從而實現(xiàn)了信號的傳遞。6N137 的轉(zhuǎn)換速率高達10MBit/s，是典型的高速數(shù)字開關(guān)。在此電路中 6N1376 用在 TB6560 的時鐘接口上，這樣能快速有效地接收單片輸出給 TB6560 的信號，為了節(jié)約成本，但不失使用性，對于 TB6560 的使能端，則采用光電轉(zhuǎn)換速度稍微慢點的 PC817。驅(qū)動電路如圖 38 所示。TQ12CLK3EN4RS5GDO7VMB89P0AIF*W Uco~pf:kidevbYu+Harsl圖38 TB6560驅(qū)動電路圖 Atmegal128最小系統(tǒng)模塊13Atmegal128 是高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理，128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，4K 字節(jié)的 EEPROM，4K 字節(jié)的內(nèi)部 SRAM，多達 64K 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間；53 個通用 I/O 口，兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時器/計數(shù)器，兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時器/計數(shù)器，具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器。8 路 10 位 ADC 并且具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，片內(nèi)模擬比較器。通過熔絲位可以選擇 ATmega103 兼容模式。壽命: 100,000 次寫/擦除周期，可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)軟件加密，可以通過 SPI 實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，它的工作電壓是 （ ATmega128） 。如圖 39是 Atmegal128 芯片圖。Atmegal128 的最小系統(tǒng)包括晶振電路，和復(fù)位電路，如圖 310 是復(fù)位電路，Atmegal128 是低電平復(fù)位。如圖 311 是晶振電路，本設(shè)計采用的是8M 晶振。 PEN10(RXDI)2TO3CKA45B679SMGVLWFUmega39 是 Atmegal128 芯片圖 u14310 復(fù)位電路12YXTALGND04C89311 晶振電路 電源模塊 本設(shè)計用的是 LM2576 穩(wěn)壓芯片，它有 5 個管腳，LM2576 內(nèi)部設(shè)有含 52kHz 振蕩器、和 基準穩(wěn)壓電路、過熱關(guān)斷電路、過電流限制電路、放大器、以及比較器和內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。如圖 312 是電源電路圖，途圖中 R6 是滑動電阻器，通過調(diào)節(jié) R6 電阻的大小，可以調(diào)節(jié) LM2576 反饋端 4 電壓的大小，從而可以改變輸出電壓的大小。UapPol3uFBO/\上312 電源電路圖15 光電傳感器模塊 在豎井各個樓層設(shè)置光電傳感器，在副轎廂上安裝一個小薄木棍，當轎廂往上運動，副轎廂則向下運動，轎廂往下運動，副轎廂則向上運動；當副轎廂運動時它上面的小木棍經(jīng)過光電傳感器，則光電傳感器接收光線段接收不到光線，則傳感器輸出端輸出一個高電平。單片機通過檢測每個樓層的光電傳感器電平的變化，知道電梯轎廂的位置。如圖由于傳感器的輸出端輸出比較弱，所以在傳感器的輸出端接一個 1K 的上拉電阻，增強它的輸出特性。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 313。 圖 313 光電傳感器電路圖 圖 314 光電傳感器 自動開關(guān)門模塊 本設(shè)計中，設(shè)計了一個自動開關(guān)門，它的功能有，當電梯運行到目標樓層后，自動打開、關(guān)閉門，當在關(guān)門的時候，假如檢測到中間有東西，則門自動打開。本模塊是有 2 個限位開關(guān)，霍爾傳感器，1 個接近開關(guān)，一個步進電機，以及其他小滑輪、小皮帶等組成。由步進電機提供開關(guān)門的動力，2 個霍爾傳感器控制開關(guān)、關(guān)門時門移動的位置，光電傳感器檢測門中間是否有東西，有則輸出一個低電平。如圖 314 是實物圖。3PkLVCGND上16 圖315 自動開關(guān)門 緊急報警 轎廂內(nèi)設(shè)緊急報警按鈕，當電梯突然發(fā)生故障使轎箱內(nèi)的人被困時，可以通過按下緊急停止按鈕，清除所有呼叫信號，并將電梯直接運行至一樓，并發(fā)出報警信號。由于這個部分要求電梯的任何運行狀況下都要有效，為保險起見，我們將此作為一個獨立的模塊。 圖 316 蜂鳴器報警原理圖 稱重模塊 在選用 A/D 芯片時，選用了一款專為高精度電子秤而設(shè)計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片HX711，該芯片具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點，內(nèi)部還自帶放大，具有 A/D 采樣和信號放大等雙重功能。本設(shè)計中，把傳感器裝在電梯橋廂的頂部，當橋廂里面的重量變化時，可以測量出此時的重量，當電梯的重量超出一個限定閥值時，電梯將不暫時運行，并發(fā)出警報，直到電梯的重量在限定值內(nèi)。如圖 317 是 Hx117 運行流程圖，318 是 Hc117 的電路圖。緊急停止按鈕求救信號清除所有呼叫信號電梯運行至一樓發(fā)出報警信號維修電梯解救被困人員電梯管理人員清除警報等待啟動17 稱重傳感器HX711 內(nèi)部放大HX711A/D 轉(zhuǎn)換ATMEGA128單片機12864 液晶顯示器報警模塊圖 317 HC117 運行流程圖 +Q 圖 318 Hx117 電路圖18第四章 軟件設(shè)計本設(shè)計由于采用鍵盤矩陣來代替外呼內(nèi)選按鈕，而電梯的運行方向是根據(jù)這些呼叫按鍵和選擇按鍵來決定的，所以單片機要不斷的掃描鍵盤來獲取各層呼叫狀態(tài)，從而控制電梯的運行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計的重要一部分，另外還要把從鍵盤掃描到的各層的按鍵信息存儲起來，然后和結(jié)合電梯的運行狀態(tài)比較，判斷響應(yīng)的方向，當電梯到達目的樓層時牽引上升電機停止轉(zhuǎn)動，此時自動開關(guān)門系統(tǒng)響應(yīng)，當在關(guān)門的過程中，光電傳感器檢測到中間有人時，門自動再次打開，稍等一會，在關(guān)門，直到門合上。電梯在沒有到達目標樓層時，門不會自動打開。假如在關(guān)門的時候電梯廂的重量超出了設(shè)定值，則電梯停止運行，啟動蜂鳴器發(fā)出警報。直到電梯廂的重量小于設(shè)定值，電梯在繼續(xù)響應(yīng)下個操作，乘客進入電梯之后可選擇去哪一層，然后電梯根據(jù)乘客的選擇判斷去哪一層，繼續(xù)運行。通過單片機控制電梯在上升過程中只響應(yīng)上升呼叫，下降過程中只響應(yīng)下降呼叫，當外部的響應(yīng)和電梯現(xiàn)在的運動方向反向，則單片機把此響應(yīng)儲存起來，等執(zhí)行完原來方向上的響應(yīng)后，再反過來執(zhí)行此方向上的響應(yīng)。在電梯運行的同時，顯示部分也在不停地顯示此時電梯所在的樓層和運動方向，以及當前電梯的重量。假如電梯在運行的時候整個系統(tǒng)掉電了，則掉電保護部分的彈簧怎自動復(fù)位，把上升電機上的輪子卡住。由于本設(shè)計采用單片機實現(xiàn)控制，其中主程序部分主要完成系統(tǒng)的初始化，如中定時器的設(shè)置，開中斷等。在中斷子程序中完成緊急呼叫，特殊呼叫等，其它的如數(shù)碼管的顯示，鍵盤的響應(yīng)，轉(zhuǎn)動電機的控制，稱重，延時等均由相應(yīng)的子程序來完成。軟件設(shè)計思想：采用模塊化，分函數(shù)的分層次設(shè)計方法，將程序分成多個模塊，分層編寫。通過調(diào)用不同的子程序，實現(xiàn)了復(fù)雜功能控制。這樣便于調(diào)試、修改。軟件編程是實現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。在本設(shè)計中，可以把程序的各部分相互結(jié)合起來，達到完成各項設(shè)計的功能。 電梯主程序 根據(jù)系統(tǒng)要求，電梯的程序應(yīng)滿足以下要求：（1）初始化程序使數(shù)碼管顯示“1”表示電梯處在一樓，等待人進入電梯；（2）主程序主要包括：①判斷乘客進入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來控制電梯運行，到達目標樓層后自動開關(guān)門；19②電梯在運行過程中要不斷的掃描鍵盤，從而來判斷各樓層有無呼叫請求，并把當前樓層按鍵的值給儲存起來；③提示模塊的控制；④實時顯示電梯所在位置及運行狀態(tài)（上行/下行） ；⑤開關(guān)門有一定的延時來保證乘客走出/進入電梯；⑥實時檢測此時電梯廂的重量；⑦實時檢測樓層檢測模塊；⑧實時控制上升電機，開關(guān)門電機的轉(zhuǎn)動； 主程序流程圖如圖 41 所示。開始初始化啟動緊急停止功能演示按鍵查詢樓層檢測樓層 、 方向顯示電梯邏輯控制電動機轉(zhuǎn)動YNN 演示子程序YNY圖 41 主程序流程圖電梯的整個軟件設(shè)計包括一下幾部分：電梯邏輯控制模塊、電梯運行模塊、鍵盤掃描模塊、樓層顯示模塊、樓層檢測模塊、電梯緊急停止模塊、稱重模塊。 電梯邏輯控制20電梯控制中，單片機掃描樓層外呼內(nèi)選信號，將樓層呼叫信號與當前樓層運行狀態(tài)進行比較，確定電梯響應(yīng)上升、下降隊列，然后電梯按照運行隊列進行電機控制。而將呼叫信號轉(zhuǎn)化為響應(yīng)隊列的程序模塊是電梯控制的核心部分，其算法的嚴謹性，決定了電梯的控制性能。其程序源代碼見附錄一 ，邏輯框圖如圖 42 所示：圖 42 電梯邏輯圖21 電梯運行控制 電梯響應(yīng)上升下降隊列時，要對相應(yīng)的指示燈、上下行狀態(tài)，以及響應(yīng)隊列做相應(yīng)的改變，而實現(xiàn)這一功能模塊的就是電梯運行函數(shù)。其程序源代碼見附錄一 ,邏輯框圖如圖 43 所示：圖 43 電梯運行邏輯圖 鍵盤掃描、樓層檢測鍵盤掃描采用獨立按鍵取值法掃描法，是一種最常用的按鍵識別方法。若某個按鍵按下了，則此時單片機把此時的鍵值儲存下來，產(chǎn)生相應(yīng)的呼叫信號，并使相應(yīng)的呼叫樓層指示燈燈點亮。程序源代碼見附錄一 。 緊急停止為了提高電梯安全性能，設(shè)置緊急停止功能，當緊急停止鍵按下，所有呼叫信號清空，同時電梯向一樓方向運行，蜂鳴器報警，當電梯運行到一樓，停止報警，并打開門，等待電梯重新啟動信號。程序源代碼見附錄一 。22第五章 系統(tǒng)測試由于所設(shè)計的基于單片機的電梯控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部份, 測試時先對硬件模塊逐個進行測試，然后再將已編譯無誤的軟件結(jié)合硬件在一起進行仿真，完成整個系統(tǒng)的仿真工作。 軟件編譯調(diào)試在軟件調(diào)試中，采用 ICCAVR 軟件進行程序調(diào)試。首先分別調(diào)試各個功能程序，再對整個程序進行調(diào)試，以便修改錯誤碼。具體的調(diào)試方法如下：首先在 ICCAVR 軟件中選擇建立一個工程， 文件， 文件添加到工程中，這個功能進行編寫，然后再整合各個模塊，編寫組合。軟件調(diào)試界面如下：圖 51 軟件調(diào)試界面 系統(tǒng)測試 方向優(yōu)先測試電梯按某方向運行時，優(yōu)先響應(yīng)該運行方向的按鈕；23測試初始時，轎箱位于一樓，按下二樓，三樓的上下按呼叫，和四樓的向下呼叫。按鍵順序可隨意。測試結(jié)果： 表11 方向優(yōu)先測試 結(jié)論：系統(tǒng)在向上運行時候，優(yōu)先相應(yīng)各樓層的向上呼叫信號，不響應(yīng)向下的呼叫信號，向下運行時相反，符合設(shè)計要求。 距離優(yōu)先測試同一方向有多個按鈕呼叫時，優(yōu)先響應(yīng)最近的樓層。測試初始時，電梯位于任一層，如二樓。此時三樓和四樓分別向上呼叫。測試結(jié)果：先響應(yīng)三樓呼叫，再響應(yīng)四樓呼叫。結(jié)論：電梯具有距離優(yōu)先響應(yīng)的功能，當多層同方向呼叫，首先響應(yīng)距離當前樓層較近的呼叫，符合系統(tǒng)設(shè)計要求。各按鈕呼叫時指示燈顯示正常，電梯響應(yīng)該按鈕的呼叫后，其指示燈應(yīng)自動熄滅。 綜合測試測試條件：電梯位于 1 樓，進入三人，其中一人要到 3 樓，另兩人到 4 樓。電梯運行后，3 樓和 4 樓有人向上呼叫，3 樓有人向下呼叫到 1 樓。測試結(jié)果：表12 綜合測試 停止樓層 電梯方向 顯示2 上 2 樓上呼叫注銷3 上 3 樓上呼叫注銷4 上 4 樓下呼叫注銷3 下 3 樓下呼叫注銷2 下 2 樓下呼叫注銷24測試結(jié)論：系統(tǒng)具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先的功能，基本模擬了實際電梯運行，完成題目設(shè)計指標。 演示測試測試條件：按下電梯啟動按鍵，然后按下演示按鍵，當電梯運行至五樓，第二次按下演示按鍵。測試結(jié)果：表13 演示測試 測試結(jié)論：該測試比較完整的演示了電梯具有的性能，實現(xiàn)了多層呼叫請求的排序，對電梯進行運動控制，同時測試了樓層以及運行信息顯示，指示燈狀態(tài)信息的變化，經(jīng)測試，電梯實現(xiàn)了系統(tǒng)要求。停止樓層 電梯 方向顯示3 上 3 樓內(nèi)部和向上呼叫注銷，內(nèi)部 4 樓呼叫4 上 4 樓向上呼叫注銷3 下 3 樓向下呼叫注銷，內(nèi)部 1 樓呼叫1 下 內(nèi)部 1 樓呼叫注銷停止樓層 電梯 方向顯示2 上 2 樓向上注銷3