單片機電梯控制畢業(yè)論文

1、<p><b>　　單片機電梯控制</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　設(shè)計單位： </b></p><p><b>　　設(shè)計者：</b></p><p><b>　　指導老師：</b

2、></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　Abstract4</p><p>　　一、方案設(shè)計與論證5</p><p>　　1.1 系統(tǒng)整體方案論證5</p><p>　

3、　1.2主要電路的方案設(shè)計與比較5</p><p>　　1.2.1 電動機模塊5</p><p>　　1.2.2 電動機驅(qū)動模塊6</p><p>　　1.2.3 顯示模塊6</p><p>　　1.2.5 電源模塊7</p><p>　　二、系統(tǒng)實現(xiàn)方框圖與主要參數(shù)選取8</p><p

4、>　　2.1 總體方案設(shè)計描述8</p><p>　　2.2各模塊具體實現(xiàn)原理分析和說明8</p><p>　　2.2.1步進電機驅(qū)動模塊8</p><p>　　2.2.2 行列式鍵盤9</p><p>　　2.2.3 LCD液晶顯示器10</p><p>　　2.2.4 電梯位置檢測10</p

5、><p><b>　　三、軟件編程11</b></p><p>　　四、系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果11</p><p><b>　　五、設(shè)計總結(jié)12</b></p><p><b>　　六、參考文獻12</b></p><p><b>　　七、附錄12

6、</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本電梯控制系統(tǒng)采用單片機作為核心器件實現(xiàn)控制。該系統(tǒng)控制過程是利用鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳到單片機。單片機完成在不同層面、不同速度、不同方向的實時控制和邏輯協(xié)議實現(xiàn)。在該系統(tǒng)中，電阻應變方式拉力傳感器根據(jù)重力的變化使其組織發(fā)生變化，再經(jīng)相應的橋式傳感器放大電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為線性電壓

7、信號。單片機將該電壓采樣轉(zhuǎn)換為凈重量并在LCD上顯示，使用單片機自帶的4*4矩陣鍵盤。</p><p>　　關(guān)鍵字單片機 鍵盤 LCD</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　This elevator control system using the structure of single ch

8、ip microcomputer parallel processing, STC80C51 MUC as the core device of elevator car automatic control. The system control process is use of 4*4keyboard to send data, the data transmitted the MUC. MCU to complete the ca

9、r at different levels, different speeds, different directions and the logic of real-time control protocol. In this system, strain tension sensor mode changes based on gravity to bring the organization to change, and the&

10、lt;/p><p>　　Keywords: MUC keyboard LCD</p><p><b>　　一、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　1.1 系統(tǒng)整體方案論證</p><p><b>　　系統(tǒng)的方框圖如下：</b></p><p>　　根據(jù)題目要求

11、設(shè)計制作一個電梯控制模型，能自動吊起重物，且控制轎廂模型做相應的運動。例如：準確平層，在呼叫的樓層停留5秒，電梯運行是相應按鈕，有方向優(yōu)先和距離優(yōu)先等。</p><p>　　方案一：對于這一整套的控制系統(tǒng)，若是簡單的采用數(shù)字電路搭接組合，將導致整個系統(tǒng)龐大而且電路復雜，并且穩(wěn)定性不夠，不易控制。無法達到題目要求。</p><p>　　方案二：采用單片機編程控制的方式，通過單片機控制步進電機

12、的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、速度以及停留等動作，系統(tǒng)將變成更為簡潔且穩(wěn)定，題目所要求的所有功能都較易實現(xiàn)，并且由于單片機的優(yōu)越性，可以增加許多其他的功能。綜合二者，本系統(tǒng)采用單片機作為控制核心。</p><p>　　權(quán)衡以上方案的分析，采用方案二。</p><p>　　1.2主要電路的方案設(shè)計與比較</p><p>　　1.2.1 電動機模塊</p><p&g

13、t;　　方案一：采用直流電機作為本設(shè)計的執(zhí)行元件，直流電機工作是讓線圈始終交替的處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過兩個半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀態(tài)消除掉。這樣，載流線圈在磁場中就會一直的轉(zhuǎn)動下去。直流電機在高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。</p><p>　　方案二：采用步進電機作為本設(shè)計的執(zhí)行元件，步進電機在定位性能方面十分優(yōu)越。步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成

14、分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。因為步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移。如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。我們所用的步進電機每轉(zhuǎn)一步，角度轉(zhuǎn)1.8°在應用中，步進電機

15、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。</p><p>　　此題目中電機要帶動的負載較大，且平層的位置誤差<10mm。對升降精度要求很高，所以使用的電機必須具有較高的定位性能。由于直流電機不易控制且定位性能差，而采用步進電機更容易實現(xiàn)對物體升降的控制，所以采用方案二。</p><p>　　1.2.2 電動機驅(qū)動模塊</p><p>

16、;　　我們所用的是步進電機是二相電機，所以需要放大兩路驅(qū)動信號。</p><p>　　方案一、采用思路三極管放大電路驅(qū)動，將控制信號通過三極管放大從而驅(qū)動步進電機。該方案電路復雜，可靠性難以保證。</p><p>　　方案二、采用專用步進電機驅(qū)動器WZM-2H042M，WZM-2H042M驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進電機，該驅(qū)動器采用原裝進口模塊，實現(xiàn)高頻斬波，恒流驅(qū)動，具有很強的抗干擾性、高

17、頻性能好、起動頻率高、控制信號與內(nèi)部信號實現(xiàn)光電隔離、電流可選、結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)、可靠性好、噪聲小，帶動1.0A以下所有的42BYG系列步進電機。自投放市場以來，深受用戶歡迎，特別是在舞臺燈光、自動化、儀表、POS機、雕刻機、票據(jù)打印機、工業(yè)標記打印機、半導體擴散爐等領(lǐng)域得到廣泛應用。每相最大驅(qū)動器電流為1.0安培，采用國外無過流專利技術(shù)，采用國外進口電力電子元器件，可選擇電流半流，對應的微步距角分別為（0.9度/一個脈沖、0.45度

18、/一個脈沖、0.225度/一個脈沖），所有輸入信號都經(jīng)過光電隔離，電機的相電流為正弦波。相當?shù)木_。</p><p>　　基于上述方案的分析，選擇方案二。</p><p>　　1.2.3 顯示模塊</p><p>　　方案一、采用傳統(tǒng)的8位數(shù)碼管（LED）顯示移動時間以及移動距離。LED具有亮度大、借口設(shè)計比較容易，價格相對比較便宜等優(yōu)點。但是他的工作電流較大且編程

19、較復雜，而且整個顯示界面不太友好。不能顯示大量信息。</p><p>　　方案二、采用點陣式液晶顯示器（LCD）顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。</p><p>　　以上兩種方案中，方案一的軟件驅(qū)動簡單，硬件電路調(diào)試方便，但是顯示信息量少，功耗較大。而方案二采用的點陣式液晶顯示器屬于低功耗器件，不僅可以顯示重量、時間，還可以顯示友好界面、速度以及預置重量，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)顯示的快速切換，從而使得系統(tǒng)

20、更具智能化、人性化，因此選擇方案二。</p><p>　　1.2.4 定位平層模塊</p><p>　　方案一、采用金屬接近開關(guān)檢測電梯層數(shù)。在轎廂安裝金屬片，并在豎井各個樓層設(shè)置金屬接近開關(guān)，當轎廂運動到特定位置，豎井上的金屬接近開關(guān)探測到金屬片，其輸出發(fā)生變化。單片機通過金屬接近開關(guān)輸出的變化知道電梯轎廂的位置。該方案安裝的金屬片會加重轎廂的重量，并且金屬接近開關(guān)體積較大、安裝不變、成

21、本較高。</p><p>　　方案二、采用紅外先發(fā)射接受對管檢測電梯層數(shù)。在轎廂安裝紅外發(fā)射管，在豎井各個樓層設(shè)置紅外線接收頭，在轎廂上下運動的過程中紅外發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當輸出變化發(fā)生，單片機通過紅外線接收輸出的變化知道電梯轎廂的位置。紅外線發(fā)射接收對管體積小、功耗低、容易安裝。下圖為發(fā)射管原理：</p><p>　　1.2.4 發(fā)射管原理</p><p>　

22、　以上兩種方案，第二種方案更為合適。</p><p>　　1.2.5 電源模塊</p><p>　　由于整個系統(tǒng)既包括模擬電路也包括數(shù)字電路，所以為減少相互干擾，本系統(tǒng)采用直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　二、系統(tǒng)實現(xiàn)方框圖與主要參數(shù)選取</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計描述</p><p>　　根據(jù)本題的要

23、求，我們將系統(tǒng)分為若干個模塊，以單片機為核心，完成多項功能。單片機一是通過控制驅(qū)動電機的正常運轉(zhuǎn)，控制其運行的方向、速度；與紅外發(fā)射接收對管通信，控制轎廂的運行距離；處理鍵盤數(shù)據(jù)。單片機二是控制LCD顯示，和對應變片放大電路的采樣，并將帶你呀變化量轉(zhuǎn)換為凈重量顯示在LCD上。本系統(tǒng)功能較多，設(shè)計極具人性化。下圖為電梯系統(tǒng)架構(gòu)。</p><p>　　2.1 電梯系統(tǒng)框架圖</p><p>　

24、　2.2各模塊具體實現(xiàn)原理分析和說明</p><p>　　2.2.1步進電機驅(qū)動模塊</p><p>　　步進機是一種十分重要的自動化執(zhí)行元件，它和數(shù)字系統(tǒng)介乎起來就可以把脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成角位移，實現(xiàn)步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、手動（電動）和自動控制。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。</p><p>

25、;　　控制步進電機的轉(zhuǎn)向。如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。</p><p>　　控制步進電機的速度。步進電機是通過輸入脈沖信號來進行控制，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，他就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它就再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。&

26、lt;/p><p>　　電機驅(qū)動模塊的電路圖為：</p><p>　　2.2.1 電機驅(qū)動模塊圖</p><p>　　2.2.2 行列式鍵盤</p><p>　　計算機應用系統(tǒng)工作時，并不經(jīng)常需要鍵輸入，因此，無論是編程工作或者定時工作，CPU經(jīng)常處于空掃描工作狀態(tài)。為了進一步提高CPU效率，可以采用中斷掃描工作方式。即當按鍵有鍵按下時，才執(zhí)行鍵

27、盤掃描，執(zhí)行該鍵功能程序。外部中斷掃描鍵盤程序：四乘四的鍵盤用P3口高四位為行輸入，低四位為列輸出。應用時候?qū)⑺奈恍休斎胗没蜷T連到外部中斷0上，一旦有按鍵被按下，有一位行數(shù)入被拉為低電平，從而觸發(fā)外部中斷0的服務程序掃描鍵盤，即有中斷輸入就去掃描，否則就不掃描。如果不是外部中斷源特別緊張，應盡可能的使用這種方法來掃描鍵盤。</p><p>　　下圖為行列式鍵盤電路原理圖：</p><p>

28、　　2.2.1 行列式鍵盤電路圖</p><p>　　2.2.3 LCD液晶顯示器</p><p>　　我們所用的是點陣式液晶顯示器FM12232A。FM12232A是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及122*32全點陣液晶組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示七個半（16*16點陣）漢字。</p><p>　　2.2.4 電梯位置檢測</p>

29、;<p>　　紅外發(fā)射接收對管在轎廂安裝紅外線發(fā)射管，在豎井各個樓層設(shè)置紅外線接收頭，在轎廂上下運動的過程當中紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當轎廂運動到特定位置，豎井上的紅外線接收頭收到紅外線，其輸出發(fā)生變化。單片機通過紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。由于需要較大的發(fā)射管，所以本系統(tǒng)在轎廂的底部安裝了3 個</p><p>　　發(fā)射管。下圖為電梯位置檢測圖：</p><p

30、>　　2.2.4 電梯位置檢測圖</p><p><b>　　三、軟件編程</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計采用多任務并行處理的設(shè)計思想，并且對鍵值的讀取、樓層位置的檢測、重量信號的周期計數(shù)以及電梯運行速度和時間的控制均采用中斷的方式實現(xiàn)，保證了系統(tǒng)的實時性和可靠性。對電梯運行的控制，采用建立運行規(guī)則控制表的方法實現(xiàn)，雖然增大了軟件的編寫工作量，但避免了

31、采用價格昂貴的可編程控制器件，符合大學生參加電子設(shè)計競賽的實際情況，而且修改運行規(guī)則十分方便。從實際測試結(jié)果看，效果也非常理想。</p><p><b>　　軟件框圖如下：</b></p><p><b>　　軟件框圖</b></p><p><b>　　四、系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果</b></p>

32、<p>　　當某層有呼叫時，轎廂模型能作相應的運動，其每層的平層誤差小于0.5mm。當有多層呼叫時，轎廂模型能按說明中的電梯運行規(guī)則作相應的運動，在相應樓層停留規(guī)定時間（5 秒）。系統(tǒng)能自動記錄，顯示轎廂模型當前到達的樓層編號及運行時間。轎廂模型在加載400g 的條件下，從1 層到5 層和從5 層到1 層的往返時間基本相同，誤差不大于0.2 秒。轎廂模型能加載0~500g 的重物且顯示、存儲該物體的重量，測量誤差小于0.5g

33、，顯示分辨率為1g（未設(shè)小數(shù)點顯示位）。轎廂模型的額定負荷可以預置，當加載的物體超過預置值時，將發(fā)出超重報警信號（蜂鳴）。轎廂模型內(nèi)設(shè)有表示乘客欲達層數(shù)的按鈕，轎廂模型能按照電梯模型運行規(guī)則作相應的運動。</p><p><b>　　五、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)過我們?nèi)M的齊心協(xié)力，完成了設(shè)計要求的所有內(nèi)容及添加的部分創(chuàng)新設(shè)計的功能。系統(tǒng)經(jīng)

34、測試運行效果良好，經(jīng)過多次測試和誤差分析，各項指標都在題目要求的誤差范圍之內(nèi)，達到了預期的目的。雖然其性能指標均達到了題目要求，但是由于時間有限，程序有些龐大，個別算法不夠優(yōu)化，有待改進。通過次題目我們的動手能力和創(chuàng)新能力都得到了提高，更意識到團隊協(xié)作的重要性。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　【1】譚浩強.C程序設(shè)計（第二版）。

35、北京：清華大學出版社，2003</p><p>　　【2】黃智偉.全國大學生電子設(shè)計競賽訓練教程.北京.電子工業(yè)出版社.2005</p><p>　　【3】童詩白、華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社</p><p>　　【4】王成華.電子線路基礎(chǔ)教程.科學出版社</p><p><b>　　七、附錄</b><