【正文】 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 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。本設(shè)計中，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，可以測量出此時的重量，當(dāng)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)。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。如圖 314 是實物圖。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。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 313。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 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。如圖 311是晶振電路，本設(shè)計采用的是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 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。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。 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(dāng)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。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(biāo)下各種不同參數(shù)的步進。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 電機驅(qū)動模塊 本設(shè)計用的是 TB6560 驅(qū)動模塊 TB6560 兩相混合式步進電機驅(qū)動芯片，內(nèi)部二個全橋 MOSFET 驅(qū)動、內(nèi)部設(shè)置溫度保護及過流保護，自帶 16 細分可選，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 有一個上升沿時， 存儲寄存器則把 DS 口的數(shù)據(jù)存儲起來，當(dāng) Hcp 口有一個上升沿時，移位寄存器則把存儲器中的數(shù)據(jù)進行移位， 當(dāng) OE 使能時， 595 則把存儲器中的數(shù)據(jù)輸出到總線中去，從而實現(xiàn)了，由串口轉(zhuǎn)并口的功能。本設(shè)計中只需要顯示當(dāng)前電梯所要到達的樓層，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)計中在轎廂和每個樓層中都放置了一個數(shù)碼顯示管來顯示當(dāng)前電梯所在的樓層。鍵盤電路如圖 33 所示： ATMEGAL 128 單 片 機 電 梯 模 型 自動開關(guān)門 樓層檢測 安全保護部分 鍵盤呼叫信號輸入 滑輪 步進電機 電機驅(qū)動模塊 樓層外顯示 內(nèi)部 12864 顯示 蜂鳴器提示 電梯運動方向指示 稱重部分 9 S1S2S3S4S5S6S7S82 3 4 5 6 7 81P1GNDA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8單片機接口123456789P7A1A2A3A4A5A6A7A8VCCA1A2A3A4A5A6A7A8上拉電阻按鍵 圖 33 外鍵盤電路 各按鈕開關(guān)說明： 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 個按鍵同理。雖然這樣所占用的單片機管腳比較多，但對于 Atmega128 來說，管腳是足夠的，完全符合本設(shè)計的要求。 J 8 圖 32 總體組成圖 各模塊設(shè)計 按鍵電路 本電路所需按鍵有 16 個，基于本設(shè)計用的是有 64個 I/0 口的 atmega128 單片，外部資源比較多，為了寫程序的簡單方便，本設(shè)計用獨立按鍵。 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，懸掛并由電動機 M 牽引，可在電梯間豎井模型的空間內(nèi)上下 運動。采用電阻傳感器和 hx711A/D 芯片檢測電梯的載重。采用穩(wěn)壓芯片 LM2576 為電路提供穩(wěn)定的 5V電源，采用 5 個光電傳感器實時監(jiān)測電梯所到的樓層， 2 個霍爾傳感器限位自動開關(guān)門的位置，一個接近開關(guān)檢測關(guān)門時門的中間是有東西。傳給單片機，顯示在 12864 液晶上。當(dāng)彈性體受力變形時，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。電容傳感器可用來檢測壓力、力、位移以及振動學(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：高內(nèi)阻、小功率。 稱重模塊 方案一 壓電傳感器 結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。 方案三：采用步進電機 TB6560 模塊， TB6560 是步進電機專用的驅(qū)動芯片，工業(yè)上多數(shù)用它來控制步進電機，雕刻機，寶石機等多數(shù)用它，它的電路雖然復(fù)雜，但程序編寫簡單，只需給一個高、低脈沖就可以控制它轉(zhuǎn)動工作，控制它的一根使能端就可以控制步進電機轉(zhuǎn)動和脫機，一根方向端就可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 圖 21 橋開關(guān)電路 圖 22 橋開關(guān)電路 方案二：采用集成電機驅(qū)動控制芯片 L298，該芯片內(nèi)部包含有兩個集成 H 橋，能同時驅(qū)動兩路 5到 24 伏范圍電源的直流電機，可以驅(qū)動 一個 2 相 4 線的步進電機。圖 22中 H橋開關(guān)電路利用兩個晶體管實現(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 此題目中電機要帶動的負(fù)載不是很大，但對升降精度要求較高，并且要求在電梯停在目的樓層時，能把電梯廂卡住，二直流電機則不能把電梯廂卡住，所以采用方案一。這樣，載流線圈在磁場中就會一直地轉(zhuǎn)動下去。在應(yīng)用中，步進電機可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息，升降精度很高，其次步進電機只給電不給脈沖的時候，它是不動，這有利于本設(shè)計的控制電梯廂停穩(wěn)。 電動機模塊 方案一：采用步進電機作為本設(shè)計電梯上升的動力，步進電機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)轎箱到達所需的樓層時，蜂鳴器響，提示乘客到達了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時的報警提示信號，其程序編寫、硬件電路設(shè)計、調(diào)試比較簡單，而且價格便宜，能滿足本設(shè)計的要求。 結(jié)合以上的比較，在本設(shè)計的成本和難度性，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 顯示電梯實時所到的樓層。 樓層顯示部分 方案一：采用點陣屏顯示各種相關(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，遮擋住了光電傳感器發(fā)光體和接收光體的通道，進而傳感器會輸出一個高電平， 4 單片機通過檢查該樓層光電傳感器電平的變化，從而可以檢測出當(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，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線