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天津理工大學 設計報告 課題名稱： 模擬電梯控制系統設計 設計時間： 2014年1月 系 部： 機械工程學院 班 級： 14級機械 姓 名： 韓立明 指導教師： 天津理工大學 設計報告任務書 系 部 機械系 指導老師 職稱 學生姓名 韓立明 班級 機械 學號 設計題目 模擬電梯控制系統設計 設計 內容 目標 和 要求 設計高度為3層的電梯控制系統模型。 二樓的電梯間設置“上升”和“下降”選擇按鍵，一樓電梯間只設置“上升”按鍵，三樓電梯間只設置“下降”按鍵，每個按鍵配發(fā)光二極管，作為指示燈。 到達目標樓層或在“上升”和“下降”過程中電梯間有按“上升”和“下降”鍵的情況，電梯停后（約4）。 控制臺設置控制電梯的“開始運行”和“停止運行”按鍵。 用一只數碼管顯示電梯當前所在的樓層，電梯初始樓層位置為一樓，電梯在各樓層的定位不采用行程開關，采用延時控制，相應樓層升降時間設為5s。  【課題的內容與要求】 設計高度為3層的電梯控制系統模型。 二樓的電梯間設置“上升”和“下降”選擇按鍵，一樓電梯間只設置“上升”按鍵，三樓電梯間只設置“下降”按鍵，每個按鍵配發(fā)光二極管，作為指示燈。 到達目標樓層或在“上升”和“下降”過程中電梯間有按“上升”和“下降”鍵的情況，電梯停后先開門（約2s），然后關門（約2s）。 控制臺設置控制電梯的“開始運行”和“停止運行”按鍵。 用一只數碼管顯示電梯當前所在的樓層，電梯初始樓層位置為一樓，電梯在各樓層的定位不采用行程開關，采用延時控制，相應樓層升降時間設為5s。 【前言】 生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。150年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新——手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現大大節(jié)省了行人的時間；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務系統。調頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復合鋼帶環(huán)保——一款款集納了人類在機械、電子、光學等領域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。 【方案的比較與評價】 本程序采用單片機匯編語言編寫。 通過P0口按鈕控制實現電梯升降及相應樓層指示燈與樓層顯示。 1.P0.0為一樓按鈕，控制一樓LED亮與數碼管顯示； 2.P0.1為二樓按鈕，控制二樓LED亮與數碼管顯示； 3.P0.2為三樓按鈕，控制三樓LED亮與數碼管顯示； 單片機具有可靠性高、控制功能強、編程方便、易于使用、工作環(huán)境要求比較低，廣泛用于工業(yè)控制。 【預期的效果及指標】 介紹電梯的制作以及其工作原理，通過單片機控制達到預期的效果。 繪制Protel 99 SE電路原理圖與PCB板圖、仿真圖，通過理論調試，能夠用按鍵的操作來實現電梯上升、下降與停止，同時數碼管顯示相應的樓層。 能夠通過焊接形成實物，并裝載程序能達到電梯上升下降的預期效果。 電梯的組成 1曳引系統 曳引系統的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。 曳引系統主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。 2.導向系統 導向系統的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。 導向系統主要由導軌，導靴和導軌架組成。 3.轎廂 轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。 轎廂由轎廂架和轎廂體組成。 4.門系統 門系統的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。 門系統由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。 5.重量平衡系統 重量平衡系統的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內，保證電梯的曳引傳動正常。 重量平衡系統主要由對重和重量補償裝置組成。 6.電力拖動系統 電力拖動系統的功能是提供動力，實行電梯速度控制。 電力拖動系統由曳引電動機，供電系統，速度反饋裝置，電動機調速裝置等組成。 7.電氣控制系統 電氣控制系統的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。 電氣控制系統主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。 8.安全保護系統 保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。 安全保護系統主要由電梯限速器、安全鉗、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關裝置組成。 2電梯的工作原理及分類： 電梯的工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？?。電氣系統實現對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。 電梯的分類： 根據建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設置不同類型的電梯。目前電梯的基本分類方法大致如下。 1、按用途分類 乘客電梯 為運送乘客設計的電梯，要求有完善的安全設施以及一定的轎內裝飾。 載貨單體 主要為運送貨物而設計，通常有人伴隨的電梯。 醫(yī)用電梯 為運送病床、擔架、醫(yī)用車而設計的電梯，轎廂具有長而窄的特點。 雜物電梯 供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件、食品等設計的電梯。 觀光電梯 轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。 2、電梯 斜行電梯 轎廂在傾斜的井道中沿著傾斜的導軌運行，是集觀光和運輸于一體的輸送設備。特別是由于土地緊張而將住宅移至山區(qū)后，斜行電梯發(fā)展迅速。 立體停車場用電梯 根據不同的停車場可選配不同類型的電梯。 建筑施工電梯 是一種采用齒輪齒條嚙合方式（包括銷齒傳動與鏈傳動，或采用鋼絲繩提升），使吊籠作垂直或傾斜運動的機械，用以輸送人員或物料，主要應用于建筑施工與維修。它還可以作為倉庫、碼頭、船塢、高塔、高煙囪的長期使用的垂直運輸機械。 第二章 單片機系統組成及原理 單片機的結構 微型計算機系統的硬件部分通常由五部分組成：中央處理器CPU、數據存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時/計數器、I/O接口。 MCS-51單片機內部的總體硬件結構 1、中央處理單元CPU（8位） 用于數據處理、位操作（位測試、置位、復位） 2、只讀存儲器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存儲應用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM 3、隨機存取存取器RAM（128B 或256B） 用于程序運行中存儲工作變量和數據 4、并行輸入/輸出口 I / O（32線） 4個8位并行I/O口P0、P1、P2、P3口， 用作系統總線、擴展外存、I / O接口芯片 5、串行輸入/輸出口 UART （二線） 1個全雙工的異步串行口；用于串行通信 6、定時/計數器 T（16位增量可編程） 2 個或三個16位定時器/計數器；它與CPU之間各自獨立工作，當它計數滿時向CPU中斷 7、時鐘電路 fosc 振蕩頻率fOSC在1.2~12Mhz； 分為內部振蕩器、外接振蕩電路 8、中斷系統 5源中斷、 2個中斷優(yōu)先級； ，可編程進行控制。 2、介紹 1．主電源引腳 VCC：芯片工作電源端，接＋5V。 Vss：電源接地端。. 2．時鐘振蕩電路引腳 XTAL1 ：內部晶體振蕩電 路的反相器輸入端。 XTAL2：內部晶體振蕩電路 的反相器輸出端。 3．控制信號引腳 RST：為復位信號輸入端。 外部接復位電路。 ALE：為地址鎖存允許信號。 在不訪問外部存儲器時，ALE以時鐘振蕩頻率的1／6的固定頻率輸出，用示波器觀察ALE引腳上的脈沖信號是判斷單片機芯片是否正常工作的一種簡便方法。 ： 外部程序存儲器ROM的讀選通信號。到外部ROM取指令時，自動向外發(fā)送負脈沖信號。 /Vpp：為訪問程序存儲器的控制信號。 4、并行I／Ｏ端口引腳 P0口（P0.0 ～ P0.7）；P1口（P1.0 ～ P1.7）；P2口（P2.0 ～ P2.7）；P3口（P3.0 ～ P3.7）。 系統組成: 電梯電路系統由AT89C51單片機系統、數碼管、發(fā)光二極管、按鈕等組成。 單片機系統作為電梯電路系統的核心部件。通過按鈕的控制信號的傳入，單片機作出指令，控制數碼管樓層顯示和二極管發(fā)光 工作原理 按鈕控制電梯是否有動作信號的傳入: a.沒有信號，電梯不動作。 b.有信號，則： (1)一樓按鈕動作，電梯只上升，二樓有信號在二樓停，三樓有信號在三樓停； (2)二樓按鈕動作，電梯上升或下降，若一樓有信號，則下降；若三樓有信號，則上升。 (3)三樓按鈕動作，電梯只下降，二樓有信號在二樓停，一樓有信號在一樓停； 二極管的介紹： 我們用的是@5的白發(fā)白的發(fā)光二極管，其引腳是長正短負，我們裝之前必須用萬用表檢測二極管的好壞，我們不用其他顏色的發(fā)光二極管是因為個人覺得其它顏色的白色的用得久，因為很容易損壞。 碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。我們先用6v電源檢測每一個引腳所對應的引腳并記錄在紙上，然后把它用排線連接到萬用板上。 3、按鈕的介紹 按鈕(也稱為按鍵)是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開‘控制電路’（其中電流很?。?，從而達到控制電動機或其他電氣設備運行目的的一種開關。一般而言，紅色按鈕是用來使某一功能停止，而綠色按鈕，則通可開始某一項功能。按鈕的形狀通常是圓形或方形。 電子產品大都有用到按鍵這個最基本人機接口工具，隨著工業(yè)水平的提升與創(chuàng)新，按鍵外觀的也變的越來越多樣化及豐富的視覺效果。 按鈕分為： (1)常開按鈕——開關觸點斷開的按鈕； (2)常閉按鈕——開關觸點接通的按鈕； (3)常開常閉按鈕——開關觸點既有接通也有斷開的按鈕。 所在樓層是否有信號 電梯 停止 2、3樓是否有信號 一樓是否有信號 1、2樓是否有信號 三樓是否有信號 電梯是否在一樓 電梯是否在二樓 電梯是否在三樓 電梯停止 電梯停止 電梯 下降 電梯 上升 電梯 上升 電梯 下降 電梯停止 程序方框圖如下： YES NO YES YES NO NO YES YES NO YES NO NO YES YES NO 電梯控制電路安裝與調試 我們首先是用萬用表檢測元器件的好壞，然后分別連在萬用板上，并且用導線連好，分別用排線連接好，方便與單片機的各個引腳相互連接，特別是單片的焊接時要特別注意其對應的引腳所接哪里，分別得用排線連接到插針上。方便調試。 調試與仿真 首先用萬用表測試電路是否短路：將萬用表的紅標棒與黒表棒分別接電路中電源正極和電源負極，若萬用表讀數不為0，則電路接線良好；若萬用表讀數為0，則電路短路，需檢查、更改電路，使其電路連接正確。 對已經裝配好的實物電路裝載程序進行調試圖見下，達到預期的目標效果。若不能達到其效果，則需檢查電路與程序是否有錯，不斷修改達到其效果 程序 ;七段碼：1為#06H,2為#5BH,3為#4FH K1K BIT P0.0 K2K BIT P0.1 K3K BIT P0.2 ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START: MOV P1,#06H CLR P0.3 LJMP LOOP K1: LCALL YS;電梯在一樓 MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.3 LOOP1: JNB K2K,K12 JNB K3K,K13 LJMP LOOP1 K12: CLR P0.7 LCALL YS MOV R1,#50;上升5S CPL P0.7 MOV P1,#5BH CLR P0.4 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.4 LOOP4: JNB K3K,K13 LJMP LOOP4 K13: CLR P0.7 LCALL YS MOV R1,#100;上升10S CPL P0.7 MOV P1,#4FH CLR P0.5 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.5 LJMP LOOP LOOP: JNB K1K,K1 JNB K2K,K2 JNB K3K,K3 LJMP LOOP K2: CLR P0.7;電梯在二樓 LCALL YS MOV R1,#100;上升10S CPL P0.7 CPL P0.3 MOV P1,#5BH CLR P0.4 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.4 LOOP2: JNB K1K,K21 JNB K3K,K23 LJMP LOOP2 K21: CLR P0.6 LCALL YS MOV R1,#50;下降5S CPL P0.6 MOV P1,#06H CLR P0.3 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.3 LOOP3: JNB K2K,K32 LJMP LOOP3 K23: CLR P0.6 LCALL YS MOV R1,#50;上升5S CPL P0.6 MOV P1,#4FH CLR P0.5 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.5 LJMP LOOP K3: CLR P0.6;電梯在三樓 LCALL YS MOV R1,#100;上升10S CPL P0.6 CPL P0.3 MOV P1,#4FH CLR P0.5 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.5 LOOP5: JNB K1K,K31 JNB K2K,K32 LJMP LOOP5 K31: CLR P0.6 LCALL YS MOV R1,#100;下降10S CPL P0.6 MOV P1,#06H CLR P0.3 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.3 LOOP6: JNB K2K,K32 LJMP LOOP6 K32: CLR P0.6 LCALL YS MOV R1,#50;下降5S CPL P0.6 MOV P1,#5BH CLR P0.4 LCALL YS MOV R1,#20;開門2S LCALL YS MOV R1,#20;等待2S LCALL YS MOV R1,#20;關門2S CPL P0.4 LJMP LOOP ;延時0.5S YS: MOV R7,#255 D1: MOV R6,#195 D2: DJNZ R6,D2 DJNZ R7,D1 RET END 總結 本次設計旨在更加熟悉掌握89C51單片機的原理及實際應用，掌握CAD原理圖、PCB板圖、仿真圖等繪制軟件的使用。 這次做論文的經歷也會使我終身受益，我感受到要真真正正用心去做的一件事情，是不容易的！而且我們能夠在完成這次設計，真正是自己一個學習、研究和成長的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不會成長了。希望這次的經歷能讓我們在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。 在本次設計中還有很多不足，但在老師同學的幫助下，我們對其又相關知識作了進一步系統的學習和了解。如電梯上升與下降的時間在實際過程中還是會有延時存在，還需不斷的進行改進，才能做的更好。再如實際與理論還存在著一些差別，若是將理論板塊直接使用，可能會達不到預期的效果，在實際制作中還需不停的實驗，爭取做到理論與實際同步。 雖然設計有不足，但總體來說，我們這次收獲了更多。在與老師的交流中，我們再次系統的學習了專業(yè)知識，對專業(yè)知識掌握和運用更加熟練。此次設計，我們收獲的不止是將其完成，更多的是再次把知識學習鞏固了一遍，也為即將的我們畫了一個句號。在這次設計的學習中，我得到了不少啟示，相信在以后的學習生活上也會給予我門很多很多的幫助。