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1、目录1 引言 .12 系统方案设计 .12.1 系统基本方案 .12.1.1 各模块方案选择和论证 .22.2.2 系统各模块的最终方案 .53 系统的硬件设计与实现 .53.1 系统硬件的基本组成部分及原理图 .53.2 主要单元电路的设计 .73.2.1 智能控制部分的单元电路设计 .73.2.2 显示部分的单元电路设计 .134 系统的软件设计 .154.1 开发软件及编程语言简介 .154.2 软件实现方法 .154.2.1 选层控制程序 .154.2.2 显示程序 .164.2.3 显示子程序 .174.2.4 其他子程序 .185 系统调试 .195.1 测试仪器 .195.2 指
2、标测试 .195.2.1 检测部分的测试 .195.2.2 开关以及指示灯测试 .195.2.3 电机驱动电路测试 .205.2.4 显示部分测试 .205.2.5 机械部分测试 .205.2.6 系统实现的功能 .216 总结 .21参考文献 .22致 谢 .24附录 .25附录 1：程序清单 .26附录 2：系统使用说明 .35附录 3：系统 PCB 板图 .36英文资料及中文翻译 .38天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）11 引言我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大，2004 年总产量超过了 11 万台，且
3、呈持续上涨趋势。全世界平均 1000 人有 1 台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70 万台。因此，我国的电梯远未达到饱和的程度，发展前景广阔。世界知名电梯公司的进入，增强了我国电梯行业的竞争能力。据统计，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74%，先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。在整机厂不断上规模的同时，一些专业化的配套件生产企业逐步形成。目前，全行业有 32 家企业通过了 ISO9000 系列质量认证；V 梯速达 4ms 的高速电梯、自主开发的微机控制系统、全露天自动扶
4、梯、电梯远程监控系统等相继通过国家组织的技术鉴定。有一大批新型电梯配件产品申请了国家专利，我国电梯行业已经有能力提供一流水准和一流质量的电梯产品。国产电梯、自动扶梯不但较好地满足了国内经济建设的需求，而且有了批量的出口，初步显示了他们在国际市场上的竞争力。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自 1985 年我国参加了国际标准化组 ISO/TC178 以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点带来技术上的有利地位，兼之成本低廉，我国电梯行业赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。为了与当前现状接轨，紧跟电梯发展状况，了解电梯应用技术，也为了让
5、所学专业知识得到综合应用，我经过多方查阅资料，制定了一套自己的电梯控制模型系统设计方案。2 系统方案设计2.1 系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为智能控制部分和显示部分。其中智能控制部分包括单片机控制模块、电机驱动模块、传感器检测模块以及选层电路模块，其中选层模块包括指示灯电路及开关电路两部分；显示部分包括检测模块，选层电路模块，显示模块 1，系统基本框图如图 2-1 所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）2A V R单片机1光电检测模块楼 层显 示模块A V R单片机2电机驱动模块选层电路模块图 2-1 系统基本
6、框图2.1.1 各模块方案选择和论证（1） 检测模块光电检测部分的作用是检测电梯是否到达平层位置并将此信号转换为单片机可以接收的电信号，以使电梯正确选向运行，在运行的途中不能超出导轨。考虑到轿厢设计的模型，宜采用能分辨光强度的传感器进行检测。对传感器的选择有以下方案。方案一：采用热探测器。热探测器接收到红外辐射后，会引起温度的变化，温度的变化引起电信号的输出，且输出的电信号与温度的变化成比例，当红外线被黑线吸收时，温度会减小，电压变低，而红外线没有被吸收时，电压不变，单片机可以根据电压的变化来判断导轨的状态。由于温度变化是因为吸收热辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长无关，即对红外辐射吸收没有
7、波长的选择，因此受外界环境的影响比较大。方案二：采用光电探测器。光电探测器吸收红外辐射后，由于红外光子直接把材料的束缚态电子激发成传导电子，由此引起电信号输出，信号大小与所吸收的光子数成比例。且这些红外光子的能量的大小必须满足一定的要求（即红外光还必须满足一定的波长范围），才能激发束缚电子，起激发作用。否则不能被吸收，所以受外界影响比较小，抗干扰比较强。基于以上分析，考虑到系统的稳定性以及设计模型需要，拟定方案二，采用光天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）3电开关进行检测。（2） 选层模块方案一：利用单片机 I/O 口直接控制开关和灯，充分利用 AVR 单片机 I/O 口，使用软件方
8、式实现选层功能，不仅节省硬件开支而且控制直接方便。方案二：采用 D 触发器对每层信号进行锁存控制，实现选层功能 1。此种方法虽能实现电梯呼梯信号锁存，但是硬件要求复杂，而且占用 I/O 资源较多。经比较，方案一更具实用性，调试工作量小，易于实现，因此决定采用方案一实现选层功能。（3） 电机驱动模块电机的驱动电路主要通过电机的正转和反转实现物电梯的方向选择。对于电机驱动的电路有下面的几种方案。方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对轿厢的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械构造结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案二：采用三极管组成的开关
9、 PWM 电路 2。采用三极管代替继电器，如图 2-2 所示，这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调整范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击还可以频繁的无级快速启动和反转等优点。但是由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）4图 2-2 功率放大器驱动电路原理图方案三：采用直流电机，其转速恒定，电流随负载而变化， 利用 L293D 直接驱动 3，输出电压最高可达 50V，而且电路简单，可以直接通过电源来调节输出电压；直接用单片机的 I/O 口提供信号；通过输入高低电平即可实现电机的正转以及反转，
10、物体运行速度均匀，输出功率大、动态特性好。 根据题目要求，对以上方案进行比较，使用 L293D 芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动直流电机，且价格不高，故选用 L293D 驱动电机。而使用 L293D 时，可以用 L297 来提供时序信号，节省单片机 I/O 口的使用；也可以直接用单片机模拟出时序信号。由于控制并不复杂，故选用方案三直接用单片机模拟出时序信号。图2-3 为单片机控制直流电机的原理框图。单片机接口驱动器直流电机负载图 2-3 单片机控制直流电机原理框图（4） 显示模块在轿厢运行过程中，系统需要对运行层数及方向作必要的显示。经考虑有以下三种显示方案。天津工程师范学院 2006 届
11、毕业设计（论文）5方案一：数码管 LED 显示，采用此种方式只能显示非常有限的符号和数码字，轿厢位置可显示出来，但耗电量大，显示不够灵活，不生动，而且字体不易改变，具有局限性。对于本设计功能实现是不相适应的。方案二：点阵式 LED 显示，利用点阵显示可以显示较为清晰的数字，用户自定义输入选择余地大，而且非常方便，界面清晰亲切，能够满足实时显示要求。方案三：使用液晶显示屏显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，低耗电量，可视面积大，平面直角显示分辨率高以及稳定不闪烁等优势。但由于只需显示楼层这样的数据，信息量比较小，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧
