【正文】 量。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn) 換期間一直為低電平）。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入高電平有效。 OUT1~OUT8： 8 位數(shù)字量輸出端。因此本設(shè)計選擇使用 ADC0809 來轉(zhuǎn)換振動傳感器測量所得的轎廂振動信號。并且該電路采用 RT9161 來進行電壓選擇控制，能夠?qū)﹄娞蒉I廂的振動進行檢測，根據(jù)振動強度輸出不同的電壓值來表示振動的變化情況。 該電路在接通電源之后，工作指示燈亮說明電路正常 工作，休眠控制引腳 Sleep Mode 接單片機，當 為高電平時， MMA7260QT 加速度傳感器開始工作，低電平時則休眠。 三軸加速度傳感器是一種可以對物體運動過程中的加速度進行測量的電子設(shè)備，本設(shè)計是基于單片機技術(shù)將 MMA7260QT 應(yīng)用在電梯轎廂振動檢測圖 時鐘電路 12 方面。 gnSelect1 和 gnSelect2 為量程選擇控制， Sleep Mode 為休眠模式控制，當其為高電平時 MMA7260QT 正常工作，低電平時休眠。復(fù)位以后，單片機內(nèi)部各寄存器的狀態(tài)如下 表 3－ 1 所示 ： 表 3－ 1 單片機內(nèi)部各寄存器復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0～ P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B 振動 信號檢測模塊 該模塊所選 MMA7260QT 低成本微型電容式加速度傳感器采用了信號調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補償技術(shù)，提供 4 個量程可選，并且因其小巧輕便，將其安裝在電梯轎廂中實時檢測電梯運行中的轎廂振動狀況，從而可以提高電梯的安全性能。只要 電源 VCC 的 電壓上升時間不超過 1ms且 通過在 VCC 與 RST 之間加一個 22uF 的電容 C3， RST 與 GND 之間加一個1k 的電阻 R1， 在按下復(fù)位按鈕后電容 C3 通過 R2 放電，同時電源 VCC 通過R1 和 R2 分壓 ， 而 R1 要比 R2 大許多， 所以 大部分電壓降落在 R1 上，使 RST 11 端得到一個高電平 從而 導(dǎo)致單片機復(fù)位。 該模塊 采用 的是 按鍵手動復(fù)位 方式 ， 復(fù)位 電路如下圖 3－ 4 所示 。 內(nèi)部方式時鐘電路連接圖如下圖 3－ 3 所示： X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 0 39P 0 .1 /A D 1 38P 0 .2 /A D 2 37P 0 .3 /A D 3 36P 0 .4 /A D 4 35P 0 .5 /A D 5 34P 0 .6 /A D 6 33P 0 .7 /A D 7 32P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D 10P 3 .1 /T X D 11P 3 .2 /I NT 0 12P 3 .3 /I NT 1 13P 3 .4 /T 0 14P 3 .7 /R D 17P 3 .6 /W R 16P 3 .5 /T 1 15P 2 .7 /A 1 5 28P 2 .0 /A 8 21P 2 .1 /A 9 22P 2 .2 /A 1 0 23P 2 .3 /A 1 1 24P 2 .4 /A 1 2 25P 2 .5 /A 1 3 26P 2 .6 /A 1 4 27U1A T 8 9 C5 2C53 0 p FC63 0 p FX11 1 .0 5 9 2 M H z+ 5 V 圖 3－ 3 內(nèi)部方式 時鐘電路 AT89S52 單片機 同 其他微處理器一樣，在啟動時需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)的各個部件 處于一種確定的初始狀態(tài)。所以用外接 晶振以及電容 C1 和C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，從而可以形成穩(wěn)定的自激振蕩器，然后將其接在反饋回路中。 10 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 2C53 0 p FC63 0 p FX11 1 .0 5 9 2 M H zR11 0 kC71 0 u F+ 5 V 圖 3－ 2 單片機模塊電路連接圖 由上圖可知，該模塊 采用的是內(nèi)部方式時鐘電路。該電路由 5V 電源給單片機供電，該芯片的 ~ 用作 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口，由于 ADC0809 輸出的是高電平，所以在程序初始化后， ~ 為低電平。在采用外部時鐘時，該引腳 輸入外部時鐘脈沖。 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶振 和微調(diào)電容的另一端。在 AT89S52 片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。 當 F1ash存儲器 進行 編程時，該引腳加上 +12V的編程電壓 Vpp。需 要 注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。 EA / Vpp（ 31腳） ：外部訪問允許。 下面 對 單片機模塊設(shè)計時 所 用到的引腳 作下說明 ： RST（ 9腳） ：復(fù)位輸入。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89S52 單片機的基本組成如下圖 3－ 1 所示： C P U時 鐘 電 路R O M R A M定 時 器 / 計數(shù) 器并 行 接 口 中 斷 系 統(tǒng)串 行 接 口晶 振P 0 P 1 P 2 P 3 T X D R X D I N T 0 I N T 1T 0 T 1 圖 3－ 1 AT89S52 單片機的基本組成 ? 中央處理器 CPU： 單片機的核心 部件，用于產(chǎn)生各種控制信號，完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算和傳送； ? 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 RAM：用于存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù) ； ? 內(nèi)部程序存儲器 ROM：用于存放程序指令或某些常數(shù)表格 ； ? 4 個 8 位的并行 I/O 接口 P0、 P P2 和 P3：每個口都可以用作輸入或者輸出 ； 9 ? 3 個定時器 /計數(shù)器：用來作外部事件計數(shù)器，也可以用來定 時 ； ? 內(nèi)部中斷系統(tǒng)：具有 8 個中斷源、 2 個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)二級中斷服務(wù)程序嵌套， 每一個中斷源都可以用軟件程序規(guī)定為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷 ； ? 一個串行接口電路：可以用于異步接收發(fā)送器； ? 內(nèi)部時鐘電路：振蕩頻率可以高達 40MHz，但是晶體和微調(diào)電容需要外接 ； 單片機 AT89S52 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位 的 定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 單片機 模塊 該模塊 使用的 單片機 是美國 Atmel 公司的 AT89S52 單片機 ， 該型號單片機功能強大 ， 價格低廉 ，可以靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 8 第 三 章 硬 件 設(shè)計 通過上一章節(jié)對系統(tǒng)總體設(shè)計方案的介紹可知：電梯轎廂振動檢測系統(tǒng)的硬件電路是以單片機為核心，由振動信號檢測模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊及串口通信模塊四部分組成。 本章小結(jié) 本章首先 介紹了電梯轎廂的 組成 結(jié)構(gòu)，并 對電梯轎廂進行了受力 數(shù)學(xué) 分析，然后根據(jù)分析所得 的 結(jié)論，通過虛擬儀器進行了振動仿真，最后，提出了電梯轎廂振動檢測系統(tǒng)的 總體 設(shè)計方案。 基于單片機的電梯轎廂振動檢 測系統(tǒng)，其主要工作就是 在電梯運行中通過多個振動傳感器把 電梯轎廂 各個方向上的大量振動數(shù)據(jù)實時可靠的記錄下來，然后把記錄下來的振動數(shù)據(jù)送 入 ADC0809 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行特殊 轉(zhuǎn)換處理，將帶有干擾的模擬信號 經(jīng)過濾波等干擾消除 過程 轉(zhuǎn)換成單片機易于接受的數(shù)字信號，之后 傳送給 AT89S52 單片機再經(jīng)過進一步的特殊 處理，一方面將接受來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管接受的顯示段碼顯示出來； 另一方面將接受來的振動數(shù)字信號處理成為 PC 機能夠接受的振動信號， 然后 通過 MAX232電平轉(zhuǎn)換使單片機與 PC 機 的串行口電平匹配 ， 把處理后的振動數(shù)據(jù)送 入 PC機。 系統(tǒng)整體 設(shè)計 通過對電梯轎廂振動的數(shù)學(xué)分析， 并參考 GB/T 10058— 1997 電梯技術(shù)條件規(guī)定，乘客電梯啟動加速度和制動減速度最大值均不應(yīng)大于 2/ sm ，平穩(wěn)運行時轎廂垂直方向和水平方向的振動加速度分別不應(yīng)大于 2/25 scm 和2/15 scm ，得知電梯加速度測量的上 限達到 2/sm 的數(shù)量級，而對于 2/scm 數(shù)量級的振動信號測量，則希望分辨力能達到 2/smm 級別，因此 檢測 系統(tǒng)的動態(tài)范圍要求達到 60dB。轎廂產(chǎn)生振動可以看成是所有這些振動源共同作用的結(jié)果。導(dǎo)軌安裝后對工作面垂直度與工作面之間的距離均有特殊要求，若發(fā)生較大偏差，對轎廂振動的影響更大。并且假設(shè)221 LLL ?? (L 為轎廂上下導(dǎo)靴的距離 )，則振動微分方程可簡化為： )()(44 4343 ????? ?????? yycyykkyycym （ 3） )(2)(2343422 ????? ?????? yykLyykLkLcLJ ??? （ 4） 求得系統(tǒng)的 2 個固有頻率 mkn 41 ?? （ 5） 5 JkLn22 ?? （ 6） 式（ 3）描述了轎廂質(zhì)心對導(dǎo)軌激勵的響應(yīng)，式（ 4）描述了轎廂在導(dǎo)軌的激勵下繞質(zhì)心的擺動，求解兩式得到位于轎廂底部位置的水平振動加速度 a為： ???? ?? ?Lya （ 7） 若電梯以速度 v 勻速上行，則有 )()( 33 vtyzy ? （ 8） )()()( 334 LvtyLzyzy ???? （ 9） 二、振動的仿真分析 已知 電梯運行時影響轎廂水平振動的因素主要有導(dǎo)軌工作面的表面粗糙度與直線度、導(dǎo)軌安裝后的偏差等。 下面就這種方法展開數(shù)學(xué)分析： 轎廂沿著導(dǎo)軌運行時， 如果 只考慮轎廂的水平振動， 則 建立電梯轎廂受力分析 數(shù)學(xué) 模型如下圖 2－ 2 所示： 4 zo1y2y3y4yyvkkkkc cc c2L1LmoJθy 圖 2－ 2 轎廂水平運動模型 圖中， m 為轎廂質(zhì)量； J 為 擺動的轉(zhuǎn)動慣量； k 為導(dǎo)靴系統(tǒng)的剛度； c 為導(dǎo)靴系統(tǒng)的阻尼； y 為轎廂的水平位移； 1y 為導(dǎo)靴 1 的水平位移； 2y 為導(dǎo)靴 2