劉傳軍
摘 ? ?要:電梯作為樓宇垂直運(yùn)輸工具,在樓房建筑中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。隨著超高層建筑的增多,對(duì)電梯的安全性、低能耗、舒適性以及快捷性有了更高的要求。本文以單片機(jī)自動(dòng)電梯作研究對(duì)象,詳細(xì)的介紹了單片機(jī)電梯自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文所涉及的單片機(jī)電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方人工智能技術(shù),對(duì)以往的電梯自控系統(tǒng)進(jìn)行了一定的優(yōu)化升級(jí),旨在能夠有效提升電梯控制水平,改善電梯運(yùn)行舒適度。
關(guān)鍵詞:單片機(jī)電梯 自動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)
1 ?前言
隨著高層和超高層建筑增多,為了能夠滿足人們提倡生活和工作,樓宇垂直運(yùn)輸?shù)母咝?、安全性和舒適性等有待提升。因此,樓房建筑的電系統(tǒng)自控系統(tǒng)非常重要?;趩纹瑱C(jī)電梯自控系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),其中最為關(guān)鍵技術(shù)就是單片機(jī)的應(yīng)用。單片機(jī)電梯自控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就在于其適應(yīng)性非常強(qiáng),可以嵌入到各種儀器設(shè)備中,可以徹底的改變電梯操作工的工作模式,極大的提升電梯工作效率。
2 ?系統(tǒng)框架與功能設(shè)計(jì)
2.1 ? 系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的是AT89S53單片機(jī)作為核心,電自控系統(tǒng)的基本框架:在電梯井的頂部設(shè)置拽動(dòng)機(jī)帶來帶動(dòng)電梯轎廂的上下運(yùn)行,電梯的自控系統(tǒng)通過RS485接收各門廳的控制召喚信號(hào),從自動(dòng)控制轎廂運(yùn)行。本系統(tǒng)框架的核心內(nèi)容:主控制器、轎廂控制器、曳引裝置以及門廳控制器。主控制器就是電梯控制器,在單片機(jī)電梯自控系統(tǒng)的主要部分,與電梯井頂端的電梯曳引裝置共同負(fù)責(zé)電梯的運(yùn)行控制,是電梯自控系統(tǒng)的核心。轎廂控制器是電梯系統(tǒng)的運(yùn)載裝置,通過轎廂中的樓層指示鍵盤、顯示屏將乘客與電梯建立聯(lián)系。曳引裝置通過鋼絲來牽引電梯的上線運(yùn)行。門廳控制器是每個(gè)樓層的電梯召喚裝置,發(fā)出每層電梯的呼叫信號(hào),顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。
2.2 ?系統(tǒng)功能
可以識(shí)別出樓層的高度、各樓層的高度位置,立即響應(yīng)各個(gè)樓層的信號(hào)召喚;電梯運(yùn)行穩(wěn)定、噪音小、定位準(zhǔn),運(yùn)行過程中有指示燈提醒,電梯的上下運(yùn)行狀態(tài),并且可實(shí)時(shí)顯示電梯所在的樓層位置;平層時(shí)開門或者關(guān)門到電梯繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間不超過5s,平層結(jié)束會(huì)各處指示信號(hào),平層誤差在10mm之內(nèi);及時(shí)接受各樓層的召喚信息,根據(jù)預(yù)先設(shè)置的算法選擇最佳運(yùn)行方案,可以大大提升電梯的運(yùn)行效率;單向響應(yīng)功能,即電梯上升過程中只響應(yīng)上行呼叫,電梯下降過程中只響應(yīng)下行呼叫,任何逆向呼叫均無效。
3 ?硬件部分的設(shè)計(jì)
3.1 ? 樓層顯示模塊
單片機(jī)電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電梯轎廂運(yùn)行的樓層位置自動(dòng)顯示樓層編號(hào),所采用的是數(shù)碼管顯示技術(shù)。在每一層樓層中和轎廂內(nèi)分別甚至數(shù)碼顯示管在電梯內(nèi)等待出電梯的乘客可清楚的知道電梯運(yùn)行位置和即將到達(dá)的樓層位置。實(shí)現(xiàn)方式是通過一根數(shù)碼管,與若干根數(shù)據(jù)相連,當(dāng)電梯達(dá)到時(shí)會(huì)顯示當(dāng)前樓層編碼。
3.2 ?電梯按鍵模塊
單片機(jī)電梯的按鍵較多,為了能夠滿足單片機(jī)I/O接口的數(shù)量,所以在大型建筑物的電梯中可以選用行列式鍵盤矩陣。例如文章中的單片機(jī)電梯實(shí)例所采用的是4鍵盤矩陣,4個(gè)按鍵從上到下依次豎向排列,P2.0-P2.3是接單片機(jī)的P2端口,按鍵識(shí)別方法采用的是行列掃描法來進(jìn)行判斷,根據(jù)設(shè)定的按鍵功能,通過單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制。
3.3 ?門廳指示模塊
門廳指示功能通以AT89S52單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)了電梯上行和下行召喚信號(hào)的輸入和存儲(chǔ),門廳外設(shè)置液晶顯示屏,用來指示電梯的運(yùn)行方向、電梯轎廂當(dāng)前所處的樓層位置以及電梯門的打開與關(guān)閉狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)方式,采用RS-485總線接入的通信方式來實(shí)現(xiàn)。
3.4 ?語音提示模塊
本系統(tǒng)中所采用的是智能模擬人聲發(fā)音來提示電梯轎廂即將到達(dá)的樓層、已經(jīng)達(dá)到的樓層、電梯運(yùn)行方向等,另外當(dāng)出現(xiàn)緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電梯的語音提示模塊設(shè)計(jì)非常簡單,只需設(shè)置軟件驅(qū)動(dòng)與硬件電路即可實(shí)現(xiàn)電梯的語音提示功能,基本上能夠滿足電梯運(yùn)行自控系統(tǒng)對(duì)語音提示的要求。實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景:當(dāng)電梯到達(dá)樓層時(shí),會(huì)有語音提示,同時(shí)電梯門會(huì)打開,綠燈亮起;3s之后再次語音提示,同時(shí)電梯門關(guān)閉,紅燈亮起。
3.5 ?升降指示燈模塊
當(dāng)電梯上升時(shí),指示燈依次從低層到高層亮燈,直到到達(dá)信號(hào)呼叫的最高層。當(dāng)電梯下降時(shí),指示燈燈依次從高層到低層亮燈,直到到達(dá)所選樓層。
4 ?自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
軟件系統(tǒng)程序主要實(shí)現(xiàn)功能,電梯控制器能夠接收到包括外部信號(hào)在內(nèi)的鎖梯信號(hào)、消防信號(hào)、滿載信號(hào)、超時(shí)信號(hào)、超重信號(hào)、關(guān)門到位信號(hào)、直達(dá)信號(hào)等。電梯控制器可以直接控制電梯系統(tǒng)的液晶顯示屏所顯示的電梯運(yùn)行狀態(tài),能夠直接控制電梯逆變電路來間接的控制電梯電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓以及控制電梯運(yùn)行速度等。最后,控制電梯完成上下行的加速與減速,上下行再平層、檢修上行、檢修下行以及??窟\(yùn)行等過程。軟件采用的是分層次模塊化的設(shè)計(jì),在統(tǒng)一的系統(tǒng)控制下,由若干子系統(tǒng)組成,以便實(shí)現(xiàn)多功能、智能化的操作。根據(jù)現(xiàn)實(shí)的要求,單片機(jī)電梯的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件主程序程序應(yīng)該滿足以下要求:(1)系統(tǒng)初始化時(shí),數(shù)碼顯示管顯示為“1”,此時(shí)電梯處于一樓,電梯處于等待狀態(tài);(2)電梯控制器讀取端口的狀態(tài)信息,根據(jù)這些信息來分別調(diào)用子系統(tǒng)功能。如果存在呼叫信號(hào)或者選梯信號(hào)時(shí),控制器可以調(diào)用啟用軟件程序,發(fā)送起啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖。在發(fā)送啟動(dòng)電機(jī)信號(hào)之前,要讀取到電梯關(guān)門到位的信號(hào),當(dāng)關(guān)門到位之后開始發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào),但是此時(shí)電梯轎廂并未開始運(yùn)行,需要電梯控制器發(fā)送開抱關(guān)閘信號(hào),當(dāng)電梯系統(tǒng)接收到了抱閘信號(hào)時(shí),電梯才可以根據(jù)請(qǐng)求運(yùn)行。(3)主程序可以通過延時(shí)來對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使得電動(dòng)機(jī)速度達(dá)到額度速度,同時(shí)控制器可以再次讀取端口狀態(tài)信息確定電梯是否達(dá)到平層換速點(diǎn),往復(fù)巡檢,達(dá)到換速點(diǎn)之后減速,同時(shí)讀取平層狀態(tài),發(fā)送抱閘信號(hào)。(4)在電梯的運(yùn)行過程中,系統(tǒng)會(huì)不斷的掃描電梯鍵盤,判斷各個(gè)樓層的電梯呼叫請(qǐng)求。(5)實(shí)時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀況(上行、下行、平層、停靠),開門時(shí)會(huì)自動(dòng)延時(shí)給乘客預(yù)留進(jìn)出時(shí)間。
5 ?系統(tǒng)測(cè)試
以四層樓建筑作為系統(tǒng)測(cè)試案例。電梯在接通電源之后,系統(tǒng)的各個(gè)模塊均能正常運(yùn)行,電梯所有信號(hào)指示燈均正常工作。經(jīng)過測(cè)試,電梯在按照某一方向運(yùn)行時(shí),具有該方向上的優(yōu)先相應(yīng)。當(dāng)電梯在一樓等待時(shí),分別按下二樓和三樓的上下按鈕以及四樓的線下按鈕,呼叫順序可隨意調(diào)整。
由此可見,當(dāng)電梯在向上運(yùn)行時(shí),會(huì)優(yōu)先相應(yīng)向上呼叫,注銷向下呼叫,當(dāng)電梯向下運(yùn)行時(shí)則相反。當(dāng)同一方向運(yùn)行時(shí),如果多個(gè)同方向的呼叫,優(yōu)先響應(yīng)最近樓層的呼叫,在響應(yīng)較遠(yuǎn)樓層的呼叫。
6 ?總結(jié)
本系統(tǒng)是基于AT89S52單片機(jī)的電梯運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng),充分利用單片機(jī)的適應(yīng)性,整合電梯系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電梯自動(dòng)控制,包括呼叫請(qǐng)求、平層識(shí)別、自動(dòng)平層、速度調(diào)試、轎廂命令以及指令顯示等功能。通過優(yōu)化設(shè)計(jì),大大提升電梯的運(yùn)行效率,徹底擺脫電梯操作工模式。
參考文獻(xiàn):
[1] 裘昌利,金美善,楊坤.串行時(shí)鐘芯片DS1302在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育科學(xué),2010(1):96~97.
[2] 王榮娟.基于單片機(jī)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械與自動(dòng)化,2013(7):93.
[3] 劉維紅,譚永超.基于STC89C52單片機(jī)的電子時(shí)鐘研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2012(9):57~58.