【正文】 下 3 樓向下注銷2 下 2 樓向下注銷1 上 1 樓向上注銷25第六章 總結(jié)與展望經(jīng)過(guò)認(rèn)真的選擇和設(shè)計(jì)，最終完成了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)大部分功能的電梯控制系統(tǒng)。 演示測(cè)試測(cè)試條件：按下電梯啟動(dòng)按鍵，然后按下演示按鍵，當(dāng)電梯運(yùn)行至五樓，第二次按下演示按鍵。電梯運(yùn)行后，3 樓和 4 樓有人向上呼叫，3 樓有人向下呼叫到 1 樓。各按鈕呼叫時(shí)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(dòng)熄滅。測(cè)試結(jié)果：先響應(yīng)三樓呼叫，再響應(yīng)四樓呼叫。測(cè)試初始時(shí)，電梯位于任一層，如二樓。測(cè)試結(jié)果： 表11 方向優(yōu)先測(cè)試 結(jié)論：系統(tǒng)在向上運(yùn)行時(shí)候，優(yōu)先相應(yīng)各樓層的向上呼叫信號(hào)，不響應(yīng)向下的呼叫信號(hào)，向下運(yùn)行時(shí)相反，符合設(shè)計(jì)要求。軟件調(diào)試界面如下：圖 51 軟件調(diào)試界面 系統(tǒng)測(cè)試 方向優(yōu)先測(cè)試電梯按某方向運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)該運(yùn)行方向的按鈕；23測(cè)試初始時(shí)，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。首先分別調(diào)試各個(gè)功能程序，再對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，以便修改錯(cuò)誤碼。22第五章 系統(tǒng)測(cè)試由于所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部份, 測(cè)試時(shí)先對(duì)硬件模塊逐個(gè)進(jìn)行測(cè)試，然后再將已編譯無(wú)誤的軟件結(jié)合硬件在一起進(jìn)行仿真，完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真工作。 緊急停止為了提高電梯安全性能，設(shè)置緊急停止功能，當(dāng)緊急停止鍵按下，所有呼叫信號(hào)清空，同時(shí)電梯向一樓方向運(yùn)行，蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)電梯運(yùn)行到一樓，停止報(bào)警，并打開(kāi)門(mén)，等待電梯重新啟動(dòng)信號(hào)。若某個(gè)按鍵按下了，則此時(shí)單片機(jī)把此時(shí)的鍵值儲(chǔ)存下來(lái)，產(chǎn)生相應(yīng)的呼叫信號(hào)，并使相應(yīng)的呼叫樓層指示燈燈點(diǎn)亮。其程序源代碼見(jiàn)附錄一 ，邏輯框圖如圖 42 所示：圖 42 電梯邏輯圖21 電梯運(yùn)行控制 電梯響應(yīng)上升下降隊(duì)列時(shí)，要對(duì)相應(yīng)的指示燈、上下行狀態(tài)，以及響應(yīng)隊(duì)列做相應(yīng)的改變，而實(shí)現(xiàn)這一功能模塊的就是電梯運(yùn)行函數(shù)。 電梯邏輯控制20電梯控制中，單片機(jī)掃描樓層外呼內(nèi)選信號(hào)，將樓層呼叫信號(hào)與當(dāng)前樓層運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，確定電梯響應(yīng)上升、下降隊(duì)列，然后電梯按照運(yùn)行隊(duì)列進(jìn)行電機(jī)控制。 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(jìn)入電梯；（2）主程序主要包括：①判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來(lái)控制電梯運(yùn)行，到達(dá)目標(biāo)樓層后自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)；19②電梯在運(yùn)行過(guò)程中要不斷的掃描鍵盤(pán)，從而來(lái)判斷各樓層有無(wú)呼叫請(qǐng)求，并把當(dāng)前樓層按鍵的值給儲(chǔ)存起來(lái)；③提示模塊的控制；④實(shí)時(shí)顯示電梯所在位置及運(yùn)行狀態(tài)（上行/下行） ；⑤開(kāi)關(guān)門(mén)有一定的延時(shí)來(lái)保證乘客走出/進(jìn)入電梯；⑥實(shí)時(shí)檢測(cè)此時(shí)電梯廂的重量；⑦實(shí)時(shí)檢測(cè)樓層檢測(cè)模塊；⑧實(shí)時(shí)控制上升電機(jī)，開(kāi)關(guān)門(mén)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)； 主程序流程圖如圖 41 所示。軟件編程是實(shí)現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。通過(guò)調(diào)用不同的子程序，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜功能控制。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(pán)的響應(yīng)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的控制，稱重，延時(shí)等均由相應(yīng)的子程序來(lái)完成。假如電梯在運(yùn)行的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)掉電了，則掉電保護(hù)部分的彈簧怎自動(dòng)復(fù)位，把上升電機(jī)上的輪子卡住。通過(guò)單片機(jī)控制電梯在上升過(guò)程中只響應(yīng)上升呼叫，下降過(guò)程中只響應(yīng)下降呼叫，當(dāng)外部的響應(yīng)和電梯現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)方向反向，則單片機(jī)把此響應(yīng)儲(chǔ)存起來(lái)，等執(zhí)行完原來(lái)方向上的響應(yīng)后，再反過(guò)來(lái)執(zhí)行此方向上的響應(yīng)。假如在關(guān)門(mén)的時(shí)候電梯廂的重量超出了設(shè)定值，則電梯停止運(yùn)行，啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。故鍵盤(pán)矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重要一部分，另外還要把從鍵盤(pán)掃描到的各層的按鍵信息存儲(chǔ)起來(lái)，然后和結(jié)合電梯的運(yùn)行狀態(tài)比較，判斷響應(yīng)的方向，當(dāng)電梯到達(dá)目的樓層時(shí)牽引上升電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)響應(yīng)，當(dāng)在關(guān)門(mén)的過(guò)程中，光電傳感器檢測(cè)到中間有人時(shí)，門(mén)自動(dòng)再次打開(kāi)，稍等一會(huì)，在關(guān)門(mén)，直到門(mén)合上。如圖 317 是 Hx117 運(yùn)行流程圖，318 是 Hc117 的電路圖。 圖 316 蜂鳴器報(bào)警原理圖 稱重模塊 在選用 A/D 芯片時(shí)，選用了一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部還自帶放大，具有 A/D 采樣和信號(hào)放大等雙重功能。3PkLVCGND上16 圖315 自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén) 緊急報(bào)警 轎廂內(nèi)設(shè)緊急報(bào)警按鈕，當(dāng)電梯突然發(fā)生故障使轎箱內(nèi)的人被困時(shí)，可以通過(guò)按下緊急停止按鈕，清除所有呼叫信號(hào)，并將電梯直接運(yùn)行至一樓，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由步進(jìn)電機(jī)提供開(kāi)關(guān)門(mén)的動(dòng)力，2 個(gè)霍爾傳感器控制開(kāi)關(guān)、關(guān)門(mén)時(shí)門(mén)移動(dòng)的位置，光電傳感器檢測(cè)門(mén)中間是否有東西，有則輸出一個(gè)低電平。 圖 313 光電傳感器電路圖 圖 314 光電傳感器 自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)模塊 本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)，它的功能有，當(dāng)電梯運(yùn)行到目標(biāo)樓層后，自動(dòng)打開(kāi)、關(guān)閉門(mén)，當(dāng)在關(guān)門(mén)的時(shí)候，假如檢測(cè)到中間有東西，則門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。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(gè) 1K 的上拉電阻，增強(qiáng)它的輸出特性。UapPol3uFBO/\上312 電源電路圖15 光電傳感器模塊 在豎井各個(gè)樓層設(shè)置光電傳感器，在副轎廂上安裝一個(gè)小薄木棍，當(dāng)轎廂往上運(yùn)動(dòng)，副轎廂則向下運(yùn)動(dòng)，轎廂往下運(yùn)動(dòng)，副轎廂則向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)副轎廂運(yùn)動(dòng)時(shí)它上面的小木棍經(jīng)過(guò)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(gè)高電平。 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(jì)用的是 LM2576 穩(wěn)壓芯片，它有 5 個(gè)管腳，LM2576 內(nèi)部設(shè)有含 52kHz 振蕩器、和 基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、過(guò)熱關(guān)斷電路、過(guò)電流限制電路、放大器、以及比較器和內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。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。壽命: 100,000 次寫(xiě)/擦除周期，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)軟件加密，可以通過(guò) SPI 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，它的工作電壓是 （ ATmega128） 。8 路 10 位 ADC 并且具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，片內(nèi)模擬比較器。驅(qū)動(dòng)電路如圖 38 所示。6N137 的轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10MBit/s，是典型的高速數(shù)字開(kāi)關(guān)。本驅(qū)動(dòng)模塊采用高速光耦 6N137 進(jìn)行單片機(jī)的與步進(jìn)電機(jī)隔離，有效地保護(hù)了主控電路。該芯片還有自動(dòng)半流的功能，能有效地減少驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱量。本設(shè)計(jì)中除了使用數(shù)碼管外，還增加了液晶 12864 顯示，電路圖如圖 39。本設(shè)計(jì)采用串轉(zhuǎn)并芯片1174hc595，它主要有一個(gè)時(shí)鐘接口 Tcp，數(shù)據(jù)接口 DS，數(shù)據(jù)輸出控制接口 Hcp。接線圖如圖 36 所示，圖中共有 1 個(gè)數(shù)碼管，通過(guò) 74hc595 控制數(shù)碼顯示。實(shí)物圖如下圖 335 所示。 ATMEGAL 128單片機(jī)電梯模型自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)樓層檢測(cè)安全保護(hù)部分鍵盤(pán)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單片機(jī)通過(guò)讀取按鍵的狀態(tài)，然后可根據(jù)每個(gè)按鍵的功能來(lái)通過(guò)單片機(jī)控制電梯的運(yùn)行。如圖 33 所示， 是接單片機(jī)的 PA 端口，此按鍵是電梯廂內(nèi)部的按鍵，外部的按鍵同理，單片機(jī)采獨(dú)立按鍵掃描方式，這樣簡(jiǎn)單，程序少，單片機(jī)響應(yīng)速度快。電梯橋廂模型 J 是用有機(jī)玻璃粘和而成的，電梯橋箱中有一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)裝置通過(guò)小皮帶傳送帶動(dòng)小門(mén)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)開(kāi)關(guān)門(mén)，在門(mén)的中間有個(gè)接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)在電梯在關(guān)門(mén)的時(shí)候，只要接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到中間有東西，就會(huì)自動(dòng)開(kāi)門(mén)，光電開(kāi)關(guān)不斷地檢測(cè)中間用沒(méi)有東西，從而實(shí)現(xiàn)智能防夾功能。采用 12864 液晶和用 595 來(lái)驅(qū)動(dòng)額數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示當(dāng)前電梯當(dāng)前的信息，并采用獨(dú)立鍵盤(pán)作為外呼內(nèi)選電路，里面用 8 個(gè)按鍵代表 15 樓層、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、呼叫，外部采用 8 個(gè)按鍵代表1 樓上，2 樓上、下，3 路上、下，4 樓上、下，5 樓的下呼叫。否采用 TB6560 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)步進(jìn)電機(jī)，為電梯提供動(dòng)力。7第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的基本思想是采用 Atmega128 單片機(jī)作為核心，利用其豐富的 I/O 接口與外圍電路配合進(jìn)行控制。 本設(shè)計(jì)中選用最終方案我們選擇的是電阻應(yīng)變式壓力傳感器，額定載荷 5Kg，并且經(jīng)過(guò) hx711A/D 轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行放大、A/D 轉(zhuǎn)換。其測(cè)量原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。 方案三 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。故易受外界干擾，信號(hào)需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。 雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素：（1）小功率、高阻抗。它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對(duì)外接電路要求很高。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量?？梢酝ㄟ^(guò)上面的撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置電機(jī)運(yùn)行電流的大小，并且它可以細(xì)分，讓步進(jìn)電機(jī)工作在合適的頻率，還有自動(dòng)半流，此作用能減少步進(jìn)電機(jī)在不工作的時(shí)候，減少發(fā)熱量，是步進(jìn)電機(jī)比較理想的驅(qū)動(dòng)綜合以上方案，所以采用方案三。但6它的驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，需要用到 I/0 口比較多，一個(gè)步進(jìn)電機(jī)需要 4 跟數(shù)據(jù)線，一根使能信號(hào)線，總共需要 5 跟，占用的單片機(jī)資源比較多，編寫(xiě)程序較多。但電阻 R 上的損耗較大，所以也只能在小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用。當(dāng)四個(gè)功率開(kāi)關(guān)全用 NPN 晶體管時(shí)，需要解決兩個(gè)上橋臂晶體管(BG1 和 BG3)的基極電平偏移問(wèn)題。UA 和 UB 是互補(bǔ)的雙極性或單極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)，TTL 電平。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊我們使用的是直流電機(jī)，比較以下兩種方案實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)在高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。5方案二：采用直流電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，直流電機(jī)工作是讓線圈始終交替地處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過(guò)兩個(gè)半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀態(tài)消除掉。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別在于它的驅(qū)動(dòng)是用脈沖驅(qū)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖，它就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，本設(shè)計(jì)中用的步距角是 度的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移。比較以上兩種方案中，選擇方案二。 聲音提示部分 方案一：采用語(yǔ)音芯片 isd400，該語(yǔ)音芯片外圍電路簡(jiǎn)單，需要很少的外圍器件就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的播報(bào)，它是直接多電平接模擬 存 儲(chǔ) ，聲音不需要 A/D轉(zhuǎn) 換 和 壓 縮 ， 每個(gè) 采 樣 得 到 的 數(shù) 值 直 接 存 儲(chǔ) 在 芯 片 內(nèi) 的 閃 爍 存 儲(chǔ) 器 中 ， 沒(méi) 有 由 于 A/D 轉(zhuǎn) 換 誤 差 ， 因 此 它 能 夠 真實(shí) 、 自 然 地 再 現(xiàn) 語(yǔ) 音 、 音 樂(lè) 及 效 果 聲 ， 但 調(diào) 試 難 度 相 對(duì) 較 大 。數(shù)碼管雖功耗大，但其軟件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試方便，價(jià)格便宜，亮度大，能滿足本設(shè)計(jì)的要求，但數(shù)碼管只可以顯示基本的數(shù)字，文字顯示不了，所以在電梯廂內(nèi)部裝上液晶 12864 來(lái)顯示基本的電梯信息，這樣比較美觀，成本合理，在電梯的每層外部裝上一個(gè)數(shù)碼管顯示電梯當(dāng)前所載的樓層。點(diǎn)陣屏屬于低功耗器件，但其價(jià)格較貴，假如在每層都裝一個(gè)液晶顯示，那明顯不怎么符合本設(shè)計(jì)的成本要求，并且點(diǎn)陣屏制作相對(duì)比較難，線路復(fù)雜?；谏鲜龇桨傅姆治?，以及方案三的優(yōu)點(diǎn)，故選擇方案三。在轎廂每一層安裝一個(gè)光電傳感器，然后讓副吊重廂帶著一個(gè)小物體，當(dāng)電梯上升時(shí)，副吊重體則下降。該傳感器的響應(yīng)時(shí)間為，且體積小、功耗低、容易安裝，但受環(huán)境的影響較大。在豎井各個(gè)樓層設(shè)置紅外接收管，在電梯廂上裝一個(gè)紅外發(fā)射管。該方案安裝中的金屬片會(huì)使轎廂的重量加重，增加步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載，并且金屬接近開(kāi)關(guān)價(jià)格相對(duì)昂貴、體積較大、安裝不便、靈敏度不怎么高。在轎廂安裝金屬片，并在豎井各個(gè)樓層裝上金屬接近開(kāi)關(guān)，在轎廂上裝上一個(gè)當(dāng)作感應(yīng)作用的金屬片，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定位置，豎井上的金屬接近開(kāi)關(guān)探測(cè)到金屬片，繼而輸出一個(gè)信號(hào)。所以選用方案三。單片機(jī)的內(nèi)部資源比較豐富，控制采用 C 語(yǔ)言控制，使用起來(lái)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。MCU 采用一個(gè)單片機(jī)控制所有的按鍵、數(shù)碼管、液晶顯示、步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器的輸出信號(hào)等，并對(duì)以上所有信號(hào)進(jìn)行處理。方案二 ：采用 CPLD 器件作為控制中心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行統(tǒng)一管理，但這種方案要求平時(shí)有很多的知識(shí)積累和較強(qiáng)的專業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難且器件較貴，不符合經(jīng)濟(jì)要求，而且升降電機(jī)的控制，運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量、顯示等還需要單片機(jī)的配合。這種方案是采用傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是編寫(xiě)程序比較直觀，通俗易懂，可靠性高，干擾抗能力強(qiáng)，能耗較小。3第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的方案論證包括主控芯片選擇