【正文】 ??????????????????????? 9 節(jié)能安全控制和防倒轉(zhuǎn)控制模塊?????????????? 9 激光模塊 ??????????????????????? 13 語(yǔ)音模塊 ??????????????????????? 14 繼電器和電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 ????????????????? 16 電機(jī)正反轉(zhuǎn)檢測(cè)模塊 ?????????????????? 21 3 軟件實(shí)現(xiàn) ???????????????????????????? 23 4 測(cè)試及結(jié)果 ??????????????????????????? 24 結(jié)論 ??????????????????????????????? 25 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????? 26 附錄一 程序代碼 ?? ???????????????????????? 27 附錄二 節(jié)能控制模塊 PCB?????????????????????? 41 附錄三 防倒轉(zhuǎn)控制模塊 PCB????????????????????? 42 附錄四 語(yǔ)音模塊 PCB… ??????????????????????? 43 附錄五 繼電器模塊 PCB??????????????????????? 44 附錄六 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng) PCB…… ???????????????????? 45 附錄七 電機(jī)正反轉(zhuǎn)檢測(cè)模塊 PCB??????????????????? 46 致謝 ? ??????? ??????????????????????? 47 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 在火車站、地鐵、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所常常會(huì)使用滾動(dòng)電梯，它的方便大家有目共睹。這樣不僅降低電梯使用壽命，而且極大的浪費(fèi)電能。 使電梯在沒(méi)有乘客時(shí)不工作是十分有效的節(jié)能方法，在電梯入口處和出口處各放置一組激光探測(cè)裝置。 安全可靠始終是設(shè)計(jì)滾動(dòng) 電梯控制系統(tǒng)的最根本出發(fā)點(diǎn)。另一方面，防倒轉(zhuǎn)也是我們考慮的重點(diǎn)。例如， 北京時(shí)間 2021 年 7月 5日早 9： 36， 北京 地鐵四號(hào)線動(dòng)物園站 A口上行電扶梯發(fā)生設(shè)備故障，原本是上行的電梯突然下滑，很多人防不勝防 ， 人群紛紛跌落，導(dǎo)致踩踏事件的發(fā)生，事故造成 1 人死亡， 2人重傷， 26 人輕傷 （事故現(xiàn)場(chǎng)如下圖所示） 。此外，在電梯上安裝倒轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，一旦電梯發(fā)生倒轉(zhuǎn)，即刻切斷電機(jī)電源，并使電梯緩慢停止。滾動(dòng)電梯是十分常見(jiàn)的，其系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，用 STC89C52RC 等單片機(jī)能十分有效的對(duì)其進(jìn)行控制。用單片機(jī)對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的節(jié)能控制和防倒轉(zhuǎn)控制。 ” ，“系統(tǒng)故障，請(qǐng)大家不要慌張 ” 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案概述 2 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法概述 簡(jiǎn)要方案 根據(jù)緒論所產(chǎn)生的設(shè)想及方案構(gòu)思，產(chǎn)生了以下的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)阻斷激光，使 I/O 口呈現(xiàn)低電平。此外，由霍爾傳感器檢測(cè)到的電機(jī)正反轉(zhuǎn) 信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理、分析，此時(shí)單片機(jī)同樣會(huì)發(fā)出控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的信號(hào)。 （ 2）繼電器模塊。 （ 4）節(jié)能安全控制模塊。 （ 6）電機(jī)正反轉(zhuǎn)檢測(cè)模塊。 其中功能模塊的方框圖如圖 12所示 圖 11 滾動(dòng)電梯及激光分布示意圖 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 12 功能模塊的方框圖 設(shè)計(jì)需求 設(shè)計(jì)需求簡(jiǎn)要框圖 如圖 13所示 。 （ 5）如果檢測(cè)到電機(jī)倒轉(zhuǎn)，系統(tǒng)提示 “ 系統(tǒng)故障，請(qǐng)勿慌張 ” ，并切斷電機(jī)電源。 圖 21 單片機(jī)芯片示意圖 其引腳按其功能可分為如下 3類： （ 1）電源及時(shí)鐘引腳： VCC、 GND、 XTAL XTAL2。 （ 2） GND（ 20 腳）：數(shù)字地。用作片內(nèi)振蕩器時(shí)，該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。 （ 2） XTAL2（ 18 腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用外部時(shí)鐘源時(shí)，本腳懸空。正常工作，此腳電平應(yīng) ≤ 。 （ 2） EA____/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing， 31腳 ) EA____：引腳第一功能，外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。 EA____=1，只讀取外部的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為 0000H～ FFFFH，片內(nèi)的 4KB Flash 程序存儲(chǔ)器不起作用。 （ 3） ALE/PROG_______（ Address Latch Enable/Programing， 30 腳） ALE：引腳第二功能 ,ALE 為 CPU 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供地址鎖存信號(hào)，將低 8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。 （ 4） PSEN________（ Program Strobe ENable， 29 腳） 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。 P0 口也可用作通用的 I/O 口，需加上拉電 阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口?？沈?qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。 準(zhǔn)雙向 I/O 口，作為通用 I/O 輸入時(shí)，應(yīng)先向端口鎖存器寫 1。 、 串行編程和校驗(yàn)，它們分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 當(dāng)單片機(jī)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及 I/O 口時(shí)， P2 口作為高 8 位地址總線用，輸出高 8位地址。當(dāng)作為通用 I/O 輸入時(shí)，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫 1。 （ 4） P3口： 8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。作為通用 I/O輸入，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫入 1。 P3口還可提供第二功能。 表 21 P3口第二功能定義 引腳 第二功能 說(shuō)明 RXD 串行數(shù)據(jù)輸入口 TXD 串行數(shù)據(jù)輸出口 INT0_______ 外部中斷 0輸入 INT1______ 外部中斷 1輸入 T0 定時(shí)器 0外部計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 1外部計(jì)數(shù)輸入 WR____ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通輸出 RD____ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出 復(fù)位電路 無(wú)論 是單片機(jī)剛開始接上電源，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻組成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”性質(zhì)，可以知道當(dāng)系統(tǒng)一通電， RST 引腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來(lái)決定，典型的單片機(jī)當(dāng) RST引腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位。 硬件實(shí)現(xiàn) 8 圖 22 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于生產(chǎn)單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 一般的，電容 C C2 取 30pF 左右，晶振振蕩頻率越高，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。本系統(tǒng)中使用了單片機(jī)的串行口通信，一般晶振的頻率采用 ，兩個(gè)電容采用22pF。 圖 23 時(shí)鐘電路 串行通信電路 本部分的主要作用是單片機(jī)與 PC 機(jī)的信息交互。 圖 24 串行通信電路 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 電源接口部分 本部分的作用是給整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)供電，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)連線將電源接入電路。 圖 25 電源接口電路 功能電路部分 節(jié)能控制和防倒轉(zhuǎn)控制模塊 滾動(dòng)電梯節(jié)能控制模塊 該模塊是主控模塊，它通過(guò)接口將其他模塊與之連接在一起，是整個(gè)滾動(dòng)節(jié)能安全控制系統(tǒng)的中樞。該模塊的單片機(jī)對(duì)上述接口送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析，并對(duì)應(yīng)發(fā)出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制和播報(bào)語(yǔ)音。 硬件實(shí)現(xiàn) 10 圖 26 節(jié)能安全控制模塊原理圖 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 27 節(jié)能安全控制模塊實(shí)物圖 防倒轉(zhuǎn)控制模塊 該模塊包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)檢測(cè)模塊接口、語(yǔ)音模塊接口、切斷繼電器模塊供電電源控制電路等。并控制語(yǔ)音模塊發(fā)出播報(bào)信息。 硬件實(shí)現(xiàn) 12 圖 28 防倒轉(zhuǎn)電路原理圖 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 29 防倒轉(zhuǎn)控制模塊實(shí)物圖 激光模塊 本模塊用于檢測(cè)是否有人出入電梯，用于信息的采集。一般情況下，沒(méi)有人員阻斷激光，激光正常導(dǎo)通，與單片機(jī)的I/O引腳相連表現(xiàn) 為高電平狀態(tài)。 一開始沒(méi)有人在電梯上，電梯電機(jī)處于不工作狀態(tài)。當(dāng)人離開電梯時(shí)，分兩種狀況。其具體工作情況如下： (1)當(dāng)沒(méi)有人員阻斷激光時(shí)，激光正常導(dǎo)通，與單片機(jī)的 I/O 引腳相連表現(xiàn)為高電平狀態(tài)。 (3)在入口處計(jì)數(shù)器為加 ，出口處為減。當(dāng)有人從入口處進(jìn)入時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)， 其數(shù)值不再為零，電機(jī)開始工作，直到計(jì)數(shù)器數(shù)值變?yōu)榱銜r(shí)，電機(jī)才停止工作。 其電路圖如圖 210 所示。 AMS1117 的作用是為語(yǔ)音芯片提供 的電壓，兩端的電容是為了電壓，去除微小電壓的干擾。工作電壓為 ～ 。 其接口電路圖、 PCB 圖以及實(shí)物圖分別如圖 21附錄四和圖 212 所示。采用繼電器驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)充電控制。 模塊的每個(gè)輸出端能夠提供較大的負(fù)載電流， 能增加單片機(jī)輸出端口帶負(fù)載的能力。在繼電器的兩端并聯(lián)了阻容濾波電路，用來(lái)吸收繼電器吸合、關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓。 宿州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 213 繼電器模塊原理圖 硬件實(shí)現(xiàn) 18 圖 214 繼電器模塊實(shí)物圖 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 它主要由三角波波產(chǎn)生電路、加法器、 PWM 波輸出電路、 DA 轉(zhuǎn)換電路等組成。 PCF8591 具有 4 個(gè)模擬輸入、 1個(gè)模擬輸出和 1 個(gè)串行 I2C 總線接口。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。在通過(guò)一個(gè)零電壓檢測(cè)器后，傳送 到同步寄存器。如果鋸齒波電壓 V10 超過(guò)了控制電壓 V11（觸發(fā)角度），信號(hào)就作為邏輯信號(hào)處理。每一個(gè)半波，正向脈沖，在 Q1 和 Q2 輸出端有 30μ s的遲延。如果管腳 12接地，脈沖遲延則在和180176。 Q1 和 Q2 的輸出信號(hào)為 Q1 和 Q2 提供了反相信號(hào)。的信號(hào)可以用來(lái)控制外部邏輯，可應(yīng)用于管腳 3。 禁止輸入端可以使 Q1, Q2 和 Q1， Q2 的輸出無(wú)效。 （ 2） ICL7660： ICL7660是 Maxim公司生產(chǎn)的小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器。 （ 3） MOC3021：是一款光隔離三端雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器芯片。 MOC3021 設(shè)計(jì)用于為電子控制裝置和電源雙向控制裝置提供接口，以便對(duì) 115 VAC操作電壓下的電阻和電感負(fù)載進(jìn)行有效控制。 （ 5） LM358：加法器我們選用 LM358 芯片。 (6)TLP521： PWM 波輸出電路中我們加入了一個(gè)光電耦合器件 TLP521，它可以起到隔離電壓的作用。