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1、电子设计大赛设计报告模拟电梯模型 队名：进步的阶梯完成时间 2011年11月16日目录目录2摘要3关键词3一、设计任务与要求4二、总体方案设计与论证41、控制器选择42、动力选择4三、硬件电路设计51、整体电路设计52、对电机的控制设计53、传感器模块设计74、键盘模块设计85、语音模块.8四、软件设计10对电机的控制.10五、实际测试及结果分析14参考文献14附录：程序代码16摘要：本系统采用单片机（MSP430F149）作为信号的检测和控制核心。使用按键按下与否带来的电平的改变来控制对应的单片机输入或输出口工作。楼层检测使用红外对管技术；速度控制采用易控的直流减速电机，轿厢门的开关控制采用
2、步进电机；基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套软件算法，实现了电机在运动和加速及减速过程的精确控制。关键词：直流减速电机 MSP单片机 传感器 红外对管 （一）、 设计任务与要求J2B CA D345F GE H DJ1M图1 电梯控制模型图1中：电梯间竖井模型部分可由有木板的六面体ABCDEFGH，高度AE为1.3m；电梯桥厢模型J通过滑轮悬挂并由电动机M牵引，可在电梯间竖井模型的空间内上下运动。该电梯间竖井模型每隔26cm自下向上分成5层，其楼层编号如图1所示。设计并制作一个电梯控制模型。示意图如图1所示。（二）、 要求：设计并制作一个电梯控制模型。示意图如图1所示。图1中：电梯间竖井
3、模型部分可由有机玻璃粘成无上盖板的六面体ABCDEFGH，高度AE为1.3m；电梯轿厢模型J通过滑轮悬挂并由电动机M牵引，可在电梯间竖井模型的空间内上下运动。电梯间竖井模型间隔均为26cm自下向上分成5层，其楼层编号如图1所示。 二、 要求：基本要求：1. 当某层有呼叫并有呼叫信号显示时，轿厢模型作相应的运动，并准确平层，平层的位置误差小于等于5mm。平层结束时给出提示信号。2. 载重的多少不会影响到轿厢的运动速度。3. 当有多层呼叫时，轿厢模型将按说明中的电梯模型运行规则作相应的运动，并依次在呼叫的楼层停留38秒；4. 增设模拟轿厢内表示乘客欲到达层数的按钮，轿厢模型将按照电梯模型运行规则作
4、相应的运动5. 能显示轿厢模型当前到达的楼层编号。扩展要求：1. 增设可以延长和缩短轿厢楼层停留时间的按钮（用于延长开门时间或缩短开门时间）；2. 停电时紧急操作。当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到最近楼层待机并开门。3. 播放语音提示，包括报告楼层、电梯运行方向、问好等。二、总体方案设计与论证 1、控制器选择本系统的系统板主要单片机MSP430F149组成。MSP430F149有64K字节的片内ROM、2K字节的片内RAM、2个16位定时器和16个中断源，其有64K字节的ROM足够本系统中的编程部分,与51系列单片机相比，此单片机不仅具有51型号单片机的各种优点，而且单片机内集成了丰富
5、的外设，有足够的IO口和较大的内存。运算速度较快，适合本系统的运算， 2、动力选择本设计用直流减速电机及其驱动器L298N，我们首先，同轴式斜齿轮减速电机结构紧凑,体积小,造型美观,承受过载能力强。2、传动比分级精细,选择范围广,转速型谱宽,范围i=2-28800。3、能耗低,性能优越,减速器效率高达百分之九十六,振动小,噪音低。减速电机具有良好的可控性：起停迅速，控制简单，避免了惯性带来的误差，在低速情况下仍然具有良好的驱动力；其次，电机的负载满足承载的重量，符合要求；其三，直流减速电机性价比较高，更安全可靠。故我们采用此直流减速电机和其配套的驱动器L298N。三、硬件电路设计1、整体电路设
6、计 2、对电机的控制设计 由以上论证知，本部分设计采用MSP430F149单片机来完成，通过I/O口 输出的具有时序的方波作为直流减速电机的控制信号，信号经过芯片L298N驱动电机，通过L298N构成直流减速电机的驱动电路，电路图如下图1所示。MSP430的4个端口接L298N的1-4输入端。另外，用键盘来对电机的状态进行控制，采用一个1位数码管显示当前楼层，想到达的楼层，运行时间。数码管采用直接驱动并接上拉电阻。 图一图二 一位数码管原理图 图三L298模块3 传感器模块设计采用的是采用红外反射式一体传感器，红外对管，红外对管由红外线发射管和红外线接收管组成。集成电路具有体积小，灵敏度高，响
7、应速度快，温度性能好，精确度高，可靠性高等优点。 图.3 平层采用位置闭环， 3个红外线发射管安装在轿厢上 ，6个红外线接收管分别置于各楼层间，在电梯达到对应的楼层时，输出检测信号。以此判断轿厢的实际位置。本方案具有判断准确，容易实现要求。 outN图154 键盘模块设计按键电路 按键是否按下来使单片机程序控制电梯运行。其按键如下图所示5语音模块 本电梯采用APR9600作为语音芯片的选择。该单片电路可录放3260秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。与ISD同类芯片相比它具有：价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键
8、均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了ISD2500芯片的一些特点，都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。因此我们选择使用该芯片。四、软件设计1、电机控制部分（1)轿厢运行部分：我们知道，任何从静止开始的运动过程都要经过加速和减速的过程。故我们在程序的设计过程中把电机的运行过程分为加速、匀速和减速三个阶段。我们调节方波的频率大小来控制电机的转速，调节方波信号的个数来控制步进电机的转过的角度，达到控制轿厢移动高度。整个电机的运行过程大致如图3.1.1所示：附加：五、实际测试 参考文献：1张齐 杜群贵著，单片机应用系统设计技术，电力工业出版社，2007.72童诗白 华成英主编
9、，模拟电子技术基础 第三版，高等教育出版社，2006.123阎石主编，数字电子技术基础，高等教育出版社，2007.114谭浩强著，C程序设计 第三版，清华大学出版社，2006.65潘永雄 沙河著，电子线路CAD实用教程，西安电子科技大学出版社，2009.16李华主编，MCS-5系列单片机实用接口技术，北京航天航空出版社，2003.67陈杰 黄鸿著，传感器与检测技术，高等教育出版社，2008.2程序代码主函数#includedefine.h#includekeyscan.h#includeIO_init.huchar b; uchar a; uchar reach; uchar _stop; u
10、char cnt; /看门狗定时器计数变量 uchar dly; uint bb; uchar door_lock; uchar count=100;void door() CCTL0 |= CCIE; /使能CCR0中断 door_run=1; void run(void) /轿箱运行 _stop=0; door_run=0; P2OUT|=BIT0;/EA=1 if(run_up=1)/电机正转，电梯上行 P6OUT|=BIT2;/IN1=1 P6OUT&=BIT3;/IN2=0 if(run_up=0)/电机反转，电梯下行 P6OUT|=BIT3;/IN2=1 P6OUT&=BIT2;/
11、IN1=0 void stop(void) /轿箱停止 P2OUT&=BIT0;/EA=0 P6OUT&=BIT3;/IN2=0 P6OUT&=BIT2;/IN1=0 _stop=1; /停止标志位置1void open_door(void)/开门程序 door_lock=0; door_open=1; CCTL0 |= CCIE; /使能CCR0中断 door_run=1; void close_door(void) door_open=0; CCTL0 |= CCIE; /使能CCR0中断 door_run=1; door_lock=1;void delay4 (void) _EINT();/中断嵌套重新打开中断 IE1 |= WDTIE;/延时,使能看门狗中断 dly=4; while(cntdly)/等待时间同时扫描键盘 Key_Event(); Key_opera(); IE1 &= WDTIE; /关狗 cnt=0; void delay5() _EINT();/中断嵌套重新打开中断 IE1 |= WDTIE;/延时,使能看门狗中断 dly=5; while(cntdly)/等待时间同时扫描键盘 Key_Event(); Key_opera(); IE1 &
