【正文】 Chongzhe, “The Elevator Control System Based on the Pulse Count of PLC,” Electric Drive, , 2003(1).電梯定位控制系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)摘 要本文提出了一種基于ATmega128單片機(jī)的電梯定位控制系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)方法。該模型主要包括單片機(jī)控制模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，紅外檢測(cè)模塊，液晶顯示器顯示模塊和按鍵模塊。電梯的運(yùn)行路徑是由按鍵確定的，電梯的運(yùn)行位置是由紅外三極管檢測(cè)到的，步進(jìn)電機(jī)是執(zhí)行元件。單片機(jī)通過(guò)輸出脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器芯片L298來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的速度和方向。液晶顯示器顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息。關(guān)鍵詞：ATmega128單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)， 驅(qū)動(dòng)器芯片L298，紅外檢測(cè)電路。1 引言本文設(shè)計(jì)了四層電梯系統(tǒng)模塊。電梯系統(tǒng)模塊的示意圖如圖1所示。模型每層之間的距離如圖中數(shù)字所示。系統(tǒng)模型為電梯的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理提供了一個(gè)直觀和全面的描述，并為進(jìn)一步研究新的電梯控制技術(shù)提供平臺(tái)。在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面它具有一定的參考價(jià)值。當(dāng)大學(xué)教師教授步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制時(shí)，它可以作為一個(gè)教學(xué)模型。此外，該模型對(duì)研究與發(fā)展高層電梯控制軟件也具有一定的價(jià)值。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理電梯定位控制系統(tǒng)模型基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。該模型包括單片機(jī)控制模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，紅外探測(cè)模塊，液晶顯示模塊和按鍵模塊。電梯的運(yùn)行路徑是由設(shè)立鍵確定的，電梯位置的實(shí)時(shí)信息是由紅外探測(cè)電路把信息反饋到微控制器檢測(cè)的。步進(jìn)電機(jī)的速度和方向是由單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器芯片L298（內(nèi)部電路的H橋驅(qū)動(dòng)電路）來(lái)進(jìn)行控制的。當(dāng)由按鍵輸入停止信息時(shí)，電梯停運(yùn)，此時(shí)，由紅外探測(cè)電路測(cè)得的當(dāng)前位置的反饋信號(hào)就是電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，此狀態(tài)將通過(guò)LCD1602顯示出來(lái)。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)駕駛模塊設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。L298 集成芯片的輸入端口連接系統(tǒng)微控制器I/O端口，輸出端口連接兩相四線步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端口。單片機(jī)I/O端口輸出一定的脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器芯片以控制其輸出，從而使步進(jìn)電機(jī)正向或反向旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比，這意味著脈沖的輸入頻率越高，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度越快，反之亦然。L298芯片的內(nèi)部電路是H橋式驅(qū)動(dòng)器電路，如圖4所示。VD1 ，VD2 ，VD3 ，VD4是用以保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路的續(xù)流二極管。當(dāng)Q1，Q4三極管H橋電路由開變?yōu)殛P(guān)閉，電流不能迅速改變， 繼續(xù)按原始方向流動(dòng)，VD2 ，VD3此時(shí)提供回路電流。當(dāng)Q1，Q4斷開，形成續(xù)流回路如下：接地→VD3→步進(jìn)電機(jī)→VD2→虛擬通道連接。同樣，當(dāng)Q2，Q3由開變?yōu)殛P(guān)閉，VD1，VD4提供回路電流，續(xù)流回路如下：接地→VD4→步進(jìn)電機(jī)→VD1→虛擬通道連接。D1和D6 ，D2和D5， D3和D8 ，D4和D7是續(xù)流驅(qū)動(dòng)電路中的二極管。 紅外檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)紅外檢測(cè)電路由紅外發(fā)射與接收管組成，如圖5所示。紅外發(fā)光管安裝在O，A，B，C點(diǎn)。紅外接收管安裝在O`，A`，B`，C點(diǎn)。當(dāng)紅外接收管接收紅外線信號(hào)，其電阻相當(dāng)小，在A點(diǎn)電壓約為4V的。當(dāng)紅外接收管不接收紅外線信號(hào)，其電阻很大。（由調(diào)整10K 電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)），比較器輸出端口連接10K上拉電阻。當(dāng)A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)，LM339輸出高電平信號(hào)至單片機(jī)I / O端口。否則，LM339輸出低電平信號(hào)至單片機(jī)I / O端口。單片機(jī)通過(guò)模型中的鍵盤輸入信號(hào)與比較器輸出的點(diǎn)評(píng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電梯的準(zhǔn)確定位。 單片機(jī)控制模塊和鍵模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊和按鍵模塊電路如圖6所示。鍵的定義如下：， 按下，電梯開始轉(zhuǎn)動(dòng) 。當(dāng)電梯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它會(huì)進(jìn)入緊急狀態(tài)（電梯停在沿移動(dòng)方向最后一點(diǎn)），，，電梯將去O層，A層，B層，C層。，可被修改的項(xiàng)目開始閃爍。，修改項(xiàng)目停止閃爍，修正結(jié)束，電梯根據(jù)修正后的信息運(yùn)行。我們可以通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件做出更靈活的鍵的定義，以實(shí)現(xiàn)更多的功能。 顯示模塊設(shè)計(jì)LCD1602顯示模塊用于顯示模型的運(yùn)行狀態(tài)。顯示的信息主要包括電梯的當(dāng)前位置，運(yùn)行秩序，運(yùn)行時(shí)間，運(yùn)行狀態(tài)（上，下，停）等等。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的基本思想如下：首先，操作按鍵對(duì)電梯的運(yùn)行路徑進(jìn)行設(shè)置。其次，電梯啟動(dòng)之后，紅外三極管進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確定電梯的位置。第三，單片機(jī)掃描紅外電路I / O端口的實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果。電梯到達(dá)目標(biāo)地后，檢測(cè)結(jié)果是低電平。同時(shí)，電梯停止并且指針減一。如果當(dāng)前位置與下一層位置（指針指標(biāo)位置）并不一致時(shí)，電梯將重新啟動(dòng)。此過(guò)程重復(fù)直到指針值為零，然后電梯停止。此外，電梯啟動(dòng)后應(yīng)緩慢增加速度并且在停止前逐漸減小速度，以使電梯平穩(wěn)運(yùn)行，避免振動(dòng)或擺動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的這一目標(biāo)，我們可以控制單片機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)電路脈沖信號(hào)的頻率。電梯的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，這意味著信號(hào)頻率越高，電梯轉(zhuǎn)速越大，反之亦然。在電梯從零到最大運(yùn)行速度這個(gè)過(guò)程中，單片機(jī)輸出越來(lái)越高頻率的脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路，以實(shí)現(xiàn)電梯的加速。同樣，單片機(jī)輸出越來(lái)越低頻率的脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路，以實(shí)現(xiàn)電梯的減速。5結(jié)論我們選擇ATmega128單片機(jī)作為核心控制部分，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使用L298集成芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以及用紅外三極管作為測(cè)量元件檢測(cè)電梯的位置，并獲得實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)位置控制系統(tǒng)模型的建立。這一模型的特點(diǎn)如下：（1）電梯運(yùn)行命令可以預(yù)置，電梯運(yùn)行命令和運(yùn)行時(shí)間的實(shí)時(shí)信息可用液晶顯示器顯示。運(yùn)行命令和運(yùn)行時(shí)間可以通過(guò)一定的按鍵來(lái)進(jìn)行修改。該系統(tǒng)可通過(guò)某些按鍵進(jìn)入緊急情況。電梯在加速和減速的過(guò)程中是平穩(wěn)的和均勻的。 （2）集成芯片L298驅(qū)動(dòng)程序用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有電路簡(jiǎn)單，高集成，方便控制的特點(diǎn)。（3）紅外三級(jí)管檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)使電梯精確定位。液晶顯示器顯示信息豐富，顯示器接口通用性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)模型具有穩(wěn)定和可靠性高的特點(diǎn)。它可用于相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)和實(shí)際電梯控制軟件的設(shè)計(jì)。