高松　郁偉　李小綿　高東旭

摘要

本文提出了一種可以上下左右全方位移動(dòng)的電梯，該電梯采用懸磁浮技術(shù)，用線性馬達(dá)作為動(dòng)力 用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)電梯在特定設(shè)計(jì)的電磁軌道上做上下和水平方向上移動(dòng) 。本文首先介紹了上下左右全方位移動(dòng)電梯的工作原理， 以及電梯軌道框型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后主要介紹了單片機(jī)對(duì)該上下左右全方位移動(dòng)電梯控制的硬件及軟件設(shè)計(jì)。該電梯設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于只需要建造一條梯道，可以同時(shí)移動(dòng)多部轎廂，有利于快速運(yùn)送，提高效率，節(jié)省大樓空間。將是高樓電梯技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) ？磁懸浮技術(shù) ？全方位移動(dòng)電梯？？？電梯軌道

中圖分類號(hào)：TH789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1.引言

在當(dāng)今社會(huì)人民的生活水平在不斷提高，尤其我國現(xiàn)在住房緊張，樓層也越來越高，電梯已經(jīng)是人民生活中不可缺少的部分了，我們對(duì)電梯的安全性能，舒適性的要求也在不斷的提高。

鋼索牽引所設(shè)計(jì)的電梯是現(xiàn)在電梯的主要設(shè)計(jì)，隨著大樓高度的不斷增加所需的電梯鋼索長度將會(huì)不斷增，重量也會(huì)不斷的增加，所以，在今后的電梯設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該設(shè)計(jì)出更完美的電梯，以滿足社會(huì)的需要。

隨著懸磁浮列出技術(shù)的成熟及普遍應(yīng)用，科學(xué)技術(shù)人員提出一種將懸磁浮技術(shù)應(yīng)用到很多的高層住宅和商業(yè)樓中，改變了原來依靠的鋼索牽引才能運(yùn)行的傳統(tǒng)電梯，相對(duì)于傳統(tǒng)電梯速度更加的快， 所能達(dá)到的高度不在受到影響，在方向上的移動(dòng)也增加了左右，因此 ，在很大幅度上減少了乘客因?yàn)橼s時(shí)間而等不上電梯的麻煩，安全性能也提升了，也節(jié)省了能耗。

2.上下左右全方位移動(dòng)電梯

上下左右全方位移動(dòng)電梯采用懸磁浮技術(shù)，用線性馬達(dá)作為動(dòng)力，可以上下左右全方位運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗黾恿藗鹘y(tǒng)電梯所不能左右方向，那么他的軌道也不能向傳統(tǒng)電梯一樣，得在拐彎處將導(dǎo)軌設(shè)計(jì)成弧狀的，這樣就可以讓兩個(gè)以上的電梯箱同時(shí)工作。大大減小等待乘坐電梯的時(shí)間，運(yùn)載能力也能提高50%。另外，由于不需要鋼纜，所以不需要太大的空間。為此比一般電梯節(jié)省了一半的電梯安裝空間，大大提高了高層建筑的設(shè)計(jì)自由度，而且電梯廂和電梯門是用碳復(fù)合材料等輕型材料，因此電梯重量也減少了一半。這將是高樓電梯技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。

2.1磁懸浮工作原理

磁懸浮技術(shù)之所以能運(yùn)用到實(shí)際生活中，而且能使機(jī)械設(shè)備能夠自由的移動(dòng)，是因?yàn)榇艖腋〖夹g(shù)結(jié)合了磁鐵的基本性質(zhì)屬性和當(dāng)代高科技的技術(shù)，首先，磁鐵的屬性為磁懸浮技術(shù)提供了基礎(chǔ)的理論，但是要想磁懸浮技術(shù)能夠運(yùn)用到生活里，光有理論基礎(chǔ)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不行的，他必須與不斷進(jìn)步的當(dāng)代高科技技術(shù)結(jié)合，現(xiàn)在生活中已經(jīng)有許多的磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用，例如，高鐵列車、地鐵。下面我以高鐵列車為例，來分析磁懸浮在高鐵列車中的工作原理：

高鐵列車之所以能夠懸浮在列車所行駛的軌道的上面，并保持一定的距離，可見高鐵列車的車上和列車行駛軌道上都需要磁場才能滿足磁懸浮，那么，如何在高鐵列車上和列車所行駛的軌道上產(chǎn)生磁場，是我們主要研究的問題，首先，我們需要在列車上安裝電磁鐵，其次，列車行駛的軌道肯定會(huì)有線圈，那么，安裝在高鐵列車上的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場就需要與列車行駛軌道上的線圈所生成的磁場所屬的極性必須得相反，這樣的話，高鐵列車就可以懸浮在列車所行駛軌道的上面了。因?yàn)榱熊嚿习惭b的電磁鐵他的磁場極性是不變的，所以，要想列車向前行駛，在列車行駛的導(dǎo)軌線圈上產(chǎn)生的電磁會(huì)在列車的車頭前面的S極和車頭前面的磁場吸引，同理，在車頭后面的一點(diǎn)，也會(huì)產(chǎn)生與車頭的電磁鐵產(chǎn)生磁極所相反的N極，這樣列車就能行駛了。由于列車已經(jīng)開始向前行駛，那么安裝在列車行駛反向的導(dǎo)軌上的線圈的磁場極性與原來的極性所相反了。所以，列車在行駛過程中所行駛的列車導(dǎo)軌的磁極屬性也不斷變化，列車就能夠?qū)崿F(xiàn)不斷的向前行駛了。

當(dāng)然，當(dāng)列車在向前行駛時(shí)，他的穩(wěn)定性能和安全性能也是我們必須考慮的，那么，列車在運(yùn)行時(shí)必須安裝一個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)，這個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)的應(yīng)用也必須用一種導(dǎo)向電磁鐵來完成。如果列車在行駛時(shí)，發(fā)生與原線路偏移移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向軌道就會(huì)和安裝在列車上的導(dǎo)向磁鐵相互產(chǎn)生排斥力，這樣列車因?yàn)槭艿搅Φ淖饔茫涂梢曰氐皆瓉淼男旭偩€路上。當(dāng)列車在行駛的過程中遇到拐彎和上坡時(shí)，這時(shí)，列車運(yùn)行時(shí)的控制系統(tǒng)控制列車的導(dǎo)向磁鐵中的電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的控制。

本文上下左右全方位移動(dòng)電梯采用懸磁浮技術(shù)而設(shè)計(jì)，電梯轎箱的運(yùn)行相當(dāng)于“豎起來”的懸磁浮列車。

2.2 電梯軌道框型設(shè)計(jì)

為了解決電梯爬升高層的動(dòng)力 及安全問題，電梯軌道設(shè)計(jì)成框型結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示 ，使用框型磁浮軌道可以省下許多空間，在摩天大樓里面可以讓多臺(tái)電梯行走在單一個(gè)通道中，，預(yù)估使用者只要等15至30秒，就有一班電梯可搭。

本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為上下左右全方位移動(dòng)電梯的控制系統(tǒng)，通關(guān)查閱相關(guān)資料，綜合分析，為了能達(dá)到我們所預(yù)期的效果，能控制電梯上下左右同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，我們決定整個(gè)系統(tǒng)的控制選擇單片機(jī)來完成，本次全方位移動(dòng)電梯選擇89C52芯片的單片機(jī)。通過上圖分析，我們可以了解到，要想讓電梯運(yùn)行，首先，安裝單片機(jī)，因?yàn)樽罨A(chǔ)的電梯運(yùn)行的控制系統(tǒng)需要單片機(jī)原理技術(shù)來完成，然后，還得安裝直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，因?yàn)?，電梯要想運(yùn)行必須要有力的作用，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以在單片機(jī)的控制下，可以實(shí)現(xiàn)電梯的全方位的移動(dòng)運(yùn)行，最后，需要安裝一個(gè)檢測模塊，因?yàn)樵陔娞莸倪\(yùn)行中控制系統(tǒng)需要檢測電梯廂在運(yùn)行到下一個(gè)呼梯時(shí)的所處位置信息，和通往下一個(gè)呼梯時(shí)的運(yùn)行速度，以及運(yùn)行到下一個(gè)呼梯時(shí)所需要的間隙，傳達(dá)給單片機(jī)的控制系統(tǒng)，然后通過單片機(jī)的控制系統(tǒng)作用于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能完成全方位移動(dòng)電梯的運(yùn)行。因此本次設(shè)計(jì)的控制主要是運(yùn)用單片機(jī)來完成，所以我們注重分析單片機(jī)的工作原理。

3.結(jié)論與展望

隨著當(dāng)今社會(huì)人們的生活水平越來越高，全方位移動(dòng)電梯在今后的日子里面肯定會(huì)在我們的生活中得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)今社會(huì)的主題是綠色和環(huán)保，人們也逐漸的認(rèn)識(shí)到了環(huán)保對(duì)我生活的影響，因?yàn)槿轿浑娞荩?jié)能，方便，環(huán)保，噪聲低，控制系統(tǒng)穩(wěn)定。我相信有那么一天，隨著科技的逐步發(fā)展，全方位移動(dòng)電梯肯定會(huì)充斥在我們的生活中，他會(huì)我們帶來更多的方便。未來電梯的發(fā)展可能會(huì)有以下的發(fā)展：電梯群控系統(tǒng)會(huì)更加智能；超高速的電梯；電梯產(chǎn)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化；乘著電梯去往太空。

參考文獻(xiàn)

[1] 王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā).北京：清華大學(xué)出版社，2005

[2] 張友德.單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1996

[3] 萬長建.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高層電梯運(yùn)行自動(dòng)控制.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2007，5

[4] 張婭莉.單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用.工業(yè)控制計(jì)算機(jī).2003，2