劉素瓊

廣東廣立電梯有限公司

電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析及其設(shè)計(jì)

劉素瓊

廣東廣立電梯有限公司

近年來(lái)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)這在以前所未有的速度發(fā)展，為節(jié)省建筑用地，越來(lái)越多的土地規(guī)劃都轉(zhuǎn)向了高層建筑。建筑物高度的增加，給人們帶來(lái)了很多不便。電梯的出現(xiàn)在很大程度上解決了這一難題。本文就電梯的自動(dòng)控制系統(tǒng)出發(fā)，探討新型的電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制，并對(duì)其進(jìn)行必要的技術(shù)分析，以其對(duì)以后的電梯設(shè)計(jì)提供有效的幫助。

電梯；自動(dòng)控制；設(shè)計(jì)

1 、硬件總體設(shè)計(jì)

電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分由STC89C52單片機(jī)控制模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、樓層顯示模塊、鍵盤控制模塊、報(bào)警模塊、復(fù)位模塊組成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)示意圖

1.1 STC89C52單片機(jī)控制模塊

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微處理器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了許多的改進(jìn)使芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

1.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

1.2.1 28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)參數(shù)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。具體的可以理解為：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照事先設(shè)定好的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)，因此非常適用于單片機(jī)控制系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖來(lái)控制旋轉(zhuǎn)角度的大小，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢和加速度，從而起到調(diào)速的目的。因此本次設(shè)計(jì)采用28BYJ48型四相八拍步進(jìn)電機(jī)。

1.2.2 28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)工作方式

28BYJ48型四相八拍步進(jìn)電機(jī)，其電壓為5V～12V。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見(jiàn)的通電方式有單相繞組通電：四拍(A-B-C-D-A…)，雙相繞組通電：四拍(AB-BC-CD-DAAB…)，八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…)。本設(shè)計(jì)用到第二種驅(qū)動(dòng)方式，只要按照分配的順序，依次給相應(yīng)的相高電平，電機(jī)就可以按照設(shè)定好的的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

由于步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須通過(guò)使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，因此采用ULN2003作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。ULN2003電路是美國(guó)TexasInstruments公司和Sprague公司開(kāi)發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路。其由七個(gè)硅NPN復(fù)合晶體管組成，輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。

1.3 顯示模塊

本次設(shè)計(jì)采取共陽(yáng)極接法，即把陽(yáng)極接入+5V電源，在相應(yīng)段的陰極上輸入相應(yīng)的低電平，該段發(fā)光二極管就會(huì)導(dǎo)通發(fā)亮。因?yàn)長(zhǎng)ED數(shù)碼管的電流通常比較小，因此我們一般需要在回路中接上限流電阻。假如我們將“b”和“c”段輸入相應(yīng)的低電平，那么“b”和“c”段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管將顯示數(shù)字“1”。而將“a”、“b”、“d”、“e”和“g”段都輸入相應(yīng)的低電平，則此時(shí)LED數(shù)碼管將顯示數(shù)字“2”。

1.4 鍵盤控制模塊

1.4.1 電梯外鍵盤控制模塊

此部分電路是提供給處于各個(gè)樓層電梯外的用戶發(fā)出上下樓請(qǐng)求。按鍵與單片機(jī)的P3.2～P3.7分別相連，其對(duì)應(yīng)的LED指示燈也是通過(guò)P3.2～P3.7來(lái)控制。當(dāng)按鍵按下時(shí)，端口P3.2～P3.7通過(guò)按鍵接地，使得P3.2～P3.7變?yōu)榈碗娖?。每個(gè)上升、下降按鍵均有一只發(fā)光二極管作為指示燈與之配合，發(fā)光二極管與P3口的P3.2～P3.7連接。每個(gè)發(fā)光二極管通過(guò)一只阻值為560Ω的限流電阻與電源(VCC)相連，這樣流經(jīng)發(fā)光二極管的電流大約為9mA，有適當(dāng)?shù)牧炼?，同時(shí)單片機(jī)的端口在不加驅(qū)動(dòng)的情況下可以承受。

1.4.2 電梯內(nèi)鍵盤控制模塊

電梯內(nèi)電路提供給電梯內(nèi)的乘客用戶使用，四個(gè)目標(biāo)樓層選擇按鍵S1、S2、S3、S5和4個(gè)與之配合的發(fā)光二極管作為指示燈，即D1、D2、D3和D4。按鍵與P2口的P2.4～P2.7連接，其指示燈也與P2口的P2.4～P2.7相連。1.5報(bào)警電路模塊。當(dāng)電梯運(yùn)行過(guò)程中，到達(dá)所需樓層后，蜂鳴器會(huì)發(fā)出提示音告知用戶，另外用戶在電梯中如果遇到緊急情況也可按下“報(bào)警”直接進(jìn)行報(bào)警求救。報(bào)警電路模塊采用1個(gè)S8500三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來(lái)完成報(bào)警，其工作原理就是當(dāng)P1.4輸出高電平時(shí)，三極管處于截至狀態(tài)，三極管的Vce電壓約等于VCC，蜂鳴器只有極小的電流通過(guò)，無(wú)法驅(qū)動(dòng)其發(fā)出警報(bào)聲音。當(dāng)P1.4輸出低電平時(shí)，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，三極管Vce約為0.3V，蜂鳴器有較大電流通過(guò)，能夠驅(qū)動(dòng)其發(fā)出警報(bào)聲音。

2 、主程序工作流程圖

主程序工作流程圖如圖2所示。

圖2 主程序工作流程圖

電梯通電后，程序開(kāi)始執(zhí)行，此時(shí)數(shù)碼管顯示為1樓，同時(shí)開(kāi)始掃描按鍵盤，判斷是否有按鍵按下。當(dāng)有按鍵按下后，根據(jù)按鍵修改變量，然后電梯運(yùn)行，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的樓層，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需樓層后，電梯開(kāi)門，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音，然后循環(huán)以上過(guò)程。

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[4]任舒禹.電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析及其設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2016，09：182.