【正文】 梯的運(yùn)行方向是根據(jù)這些呼叫按鍵和選擇按鍵來(lái)決定的，所以單片機(jī)要不斷的掃描鍵盤來(lái)獲取各層呼叫狀態(tài)，從而控制電梯 的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中，把傳感器裝在電梯橋廂的頂部，當(dāng) 橋廂里面的重量變化時(shí)，可以測(cè)量出此時(shí)的重量，當(dāng)電梯的重量超出一個(gè)限定閥值時(shí)，電梯將不暫時(shí)運(yùn)行，并發(fā)出警報(bào)，直到電梯的重量在限定值內(nèi)。由于這個(gè)部分要求電梯的任何運(yùn)行狀況下都要有效，為保險(xiǎn)起見，我們將此作為一個(gè)獨(dú)立的模塊。如圖 314是實(shí)物圖。本模塊是有2 個(gè)限位開關(guān)，霍爾傳感器， 1 個(gè)接近開關(guān)，一個(gè)步進(jìn)電機(jī) ，以及其他小滑輪、小皮帶等組成。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 313。單片機(jī)通過檢測(cè)每個(gè)樓層的光電傳感器電平的變化，知道電梯轎廂的位置。如圖 312 是電源電路圖，途圖中 R6 是滑動(dòng)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。如圖 311是晶振電路，本設(shè)計(jì)采用的是8M晶振。如圖39 是 Atmegal128 芯片圖。通過熔絲位可以選擇 ATmega103 兼容模式。 TQ11TQ22CLK3EN4RESET5SGND6OSC7VMB8MB9PGNDB10RB11MB12MA13RA14PGNDA15MA1617VMA18TSD19VCC20DIR21M222M123PFD224PFD125*TB1TB6560123456121110987S4SW DIP61 32V VGNDINOUTU478053NC465NC12 78AVccVEVoGNDKU36N1373NC465NC12 78AVccVEVoGNDKU26N137104C2100~1000pfC7VCCVCCVCCGNDGND200R1200R2200R3GND: 10kR410R510R6VCCENCWEN1EN1CW1CW1CLK1U1PC817VCCGND1Diode 1N41482Diode 1N41483Diode 1N41484Diode 1N4148GNDGNDvbbVCCVCCSM1SM2SM1SM2DCY1DCY2DCY1DCY21000uC9220uC10GND+5vvbb1234P2Header 4123456P1Header 6vbb123456789P4Header 9HVCC100~1000pfC810R7ENCWSM1SM2DCY1DCY2ENCWCLK1D1LED01KR16Res11KR17Res1GNDclkclkD60IN4148D61IN4148D62IN4148D63IN4148 圖 38 TB6560驅(qū)動(dòng)電路圖 Atmegal128最小系統(tǒng)模塊 13 Atmegal128 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(dá) 64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器空間； 53 個(gè)通用 I/O 口，兩個(gè)具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ，兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器。在此電路中 6N1376用在 TB6560 的時(shí)鐘接口上，這樣能快速有效地接 收單片輸出給 TB6560 的信號(hào)，為了節(jié)約成本，但不失使用性，對(duì)于 TB6560 的使能端，則采用光電轉(zhuǎn)換速度稍微慢點(diǎn)的 PC817。 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(gè)發(fā)光二級(jí)管和一個(gè)光敏 二極管 、當(dāng)發(fā)光二級(jí)被點(diǎn)亮，光敏二極管導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的傳遞。并且支持各種步進(jìn)電機(jī)選型，可選擇力矩稍大的混合式或者永磁式步進(jìn)電機(jī)，使電機(jī)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(dòng)力指標(biāo)下各種不同參數(shù)的步進(jìn)。9MR10SHcp11STcp12OE13DS14Q015VCC16U174HC5951 2P1a1a2a3a4a5a6a7GNDVCC 電源 圖 36 數(shù)碼管顯示部分接線圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20P2112864 LCD 接口VCCVCCVCC10R14R34PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7PG0 PG1PG2 圖 37 12864顯示電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)用的是 TB6560 驅(qū)動(dòng)模塊 TB6560兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部二個(gè)全橋 MOSFET驅(qū)動(dòng)、內(nèi)部設(shè)置溫度保護(hù)及過流保護(hù)，自帶 16細(xì)分可選，足夠滿足每 12 分鐘從幾到近千轉(zhuǎn)的應(yīng)用要求。每當(dāng) Tcp 有一個(gè)上升沿時(shí)， 存儲(chǔ)寄存器則把 DS 口的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng) Hcp 口有一個(gè)上升沿時(shí)，移位寄存器則把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位， 當(dāng) OE使能時(shí)， 595 則把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)輸出到總線中去，從而實(shí)現(xiàn)了，由串口轉(zhuǎn)并口的功能。本設(shè)計(jì)中只需要顯示當(dāng)前電梯所要到達(dá)的樓層，所以只需要數(shù)碼管的 7 段就夠了。 10 圖 34 內(nèi)部按鍵 圖 35 外部按鍵 顯示電路 數(shù)碼管顯示，電梯的基本功能是具備顯示電梯當(dāng)前的樓層，所以設(shè)計(jì)中在轎廂和每個(gè)樓層中都放置了一個(gè)數(shù)碼顯示管來(lái)顯示當(dāng)前電梯所在的樓層。鍵盤電路如圖 33所示： ATMEGAL 128 單 片 機(jī) 電 梯 模 型 自動(dòng)開關(guān)門 樓層檢測(cè) 安全保護(hù)部分 鍵盤呼叫信號(hào)輸入 滑輪 步進(jìn)電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 樓層外顯示 內(nèi)部 12864顯示 蜂鳴器提示 電梯運(yùn)動(dòng)方向指示 稱重部分 9 S1S2S3S4S5S6S7S82 3 4 5 6 7 81P1GNDA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8單片機(jī)接口123456789P7A1A2A3A4A5A6A7A8VCCA1A2A3A4A5A6A7A8上拉電阻按鍵 圖 33 外鍵盤電路 各按鈕開關(guān)說(shuō)明： 按鈕開關(guān) s1：轎廂內(nèi)一樓呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) s2：轎廂 內(nèi)二樓呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) s3：轎廂內(nèi)三樓呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) s4：轎廂內(nèi)四樓呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) s5：轎廂內(nèi)五樓呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) s6：轎廂內(nèi)開門呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) s7：轎廂內(nèi)關(guān)門呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) s8：轎廂內(nèi)緊急呼叫開關(guān)； 外部 8個(gè)按鍵同理。雖然這樣所占用的單片機(jī)管腳比較多，但對(duì)于 Atmega128 來(lái)說(shuō)，管腳是足夠的，完全符合本設(shè)計(jì)的要求。 J 8 圖 32 總體組成圖 各模塊設(shè)計(jì) 按鍵電路 本電路所需按鍵有 16 個(gè)，基于本設(shè)計(jì)用的是有 64 個(gè) I/0 口的 atmega128 單片，外部資源比較 多，為了寫程序的簡(jiǎn)單方便，本設(shè)計(jì)用獨(dú)立按鍵。 電梯模型效果圖如圖 31 所示： 5F 4F 3F 2F 1F 圖 31 電梯模型效果圖 電梯豎井部分是由鐵片和螺絲組合成的鐵架體總高度為 ，每層的高度為 20cm；J 是電梯廂，懸掛并由電動(dòng)機(jī) M 牽引，可在電梯間豎井模型的空間內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。采用電阻傳感器和 hx711A/D 芯片檢測(cè)電梯的載重。采用穩(wěn)壓芯片 LM2576 為電路提供穩(wěn)定的 5V電源，采用 5個(gè)光電傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電梯所到的樓層， 2 個(gè)霍爾傳感器限位自動(dòng)開關(guān)門的位置，一個(gè)接近開關(guān)檢測(cè)關(guān)門時(shí)門的中間是有東西。傳給單片機(jī)，顯示在 12864 液晶上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化 [12]。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。（ 2）初始電容小，電纜電容、線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。受幾何尺寸限制，電容傳感器的電容量都很小，一般僅幾皮法至幾十皮法。電容傳感器可用來(lái)檢測(cè)壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電參量。 方案二 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。 稱重模塊 方案一 壓電傳感器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。 方案三：采用步進(jìn)電機(jī) TB6560 模塊， TB6560 是步進(jìn)電機(jī)專用的驅(qū)動(dòng)芯片，工業(yè)上多數(shù)用它來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，雕刻機(jī)，寶石機(jī)等多數(shù)用它，它的電路雖然復(fù)雜，但程序編寫簡(jiǎn)單，只需給一個(gè)高、低脈沖就可以控制它轉(zhuǎn)動(dòng)工作，控制它的一根使能端就可以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和脫機(jī)，一根方向端就可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 圖 21 橋開關(guān)電路 圖 22 橋開關(guān)電路 方案二：采用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片 L298，該芯片內(nèi)部包含有兩個(gè)集成 H橋，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路 5 到 24 伏范圍電源的直流電機(jī)，可以驅(qū)動(dòng)一個(gè) 2 相 4 線的步進(jìn) 電機(jī)。圖 22中 H 橋開關(guān)電路利用兩個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)了上橋臂晶體管的電平偏移。開關(guān)晶體管的耐壓應(yīng)大于 倍 Us以上。 方案一： 小功率驅(qū)動(dòng)電路可以采用如圖 21所示的 H橋開關(guān)電路。 5 此題目中電機(jī)要帶動(dòng)的負(fù)載不是很大，但對(duì)升降精度要求較高，并且要求在電梯停在目的樓層時(shí)，能把電梯廂卡住，二直流電機(jī)則不能把電梯廂卡住，所以采用方案一。這樣，載流線圈在磁場(chǎng)中就會(huì)一直地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息，升降精度很高，其次步進(jìn)電機(jī)只給電不給脈沖的時(shí)候，它是不動(dòng)，這有利于本設(shè)計(jì)的控制電梯廂停穩(wěn)。 電動(dòng)機(jī)模塊 方案一：采用步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計(jì)電梯上升的動(dòng)力，步進(jìn)電機(jī)在定位性能方面十分優(yōu)越。 方案二：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達(dá)所需的樓層時(shí)，蜂鳴器響，提示乘客到達(dá)了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時(shí)的報(bào)警提示信號(hào)，其程序編寫、硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試比較簡(jiǎn)單，而且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 結(jié)合以上的比較，在本設(shè)計(jì)的成本和難度性，所以采用方案二。 方案二：采用傳統(tǒng)的 7段數(shù)碼管和液晶 12864 顯示電梯實(shí)時(shí)所到的樓層。 樓層顯示部分 方案一：采用點(diǎn)陣屏顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。當(dāng)副吊重體上的小物體經(jīng)過光電傳感器時(shí)，遮擋住了光電傳感器發(fā)光體和接收光體的通道，進(jìn)而傳感器會(huì)輸出一個(gè)高電平， 4 單片機(jī)通過檢查該樓層光電傳感器電平的變化，從而可以檢測(cè)出當(dāng)前電梯廂所處樓層位置，光電傳感器反應(yīng)靈敏，精確度比較高，受外界干擾比較少，價(jià)格比較便宜，容易安裝，易于調(diào)試。 方案三：采用光電傳感器。當(dāng)接通電源時(shí)，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定位置（即樓層位置），豎井上的紅外線接收頭接收到紅外線，輸出發(fā)生變化，單片機(jī)通過紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。 方案二：采用紅外發(fā)射對(duì)管檢測(cè)電梯層數(shù)。單片機(jī)通過金屬接近開關(guān)輸出的變化知道電梯轎廂的位置。 定位平層部分 方案一：采用金屬接近開