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1、基于单片机的电梯轿厢振动检测目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 课题的发展现状11.2 课题的提出及研究意义21.3 本文的内容结构2第二章 总体设计32.1 振动分析32.2 系统整体设计62.3 本章小结7第三章 硬件设计83.1 单片机模块83.2 振动信号检测模块113.3 模/数转换模块133.4 显示模块143.5 串口通信模块153.6 抗干扰技术183.7 系统电路板设计183.8 本章小结19第四章 软件设计204.1 设计思想204.2 单片机程序设计214.2.1 主程序214.2.2 模数转换子程序224.2.3 串口通信子程序244.3 上位机程
2、序设计254.4 本章小结30第五章 系统调试315.1 硬件调试315.2 软件调试325.3 整体调试345.4 本章小结34结 论35参考文献36致 谢38附录1 系统原理图39附录2 系统PCB图41附录3 单片机设计程序42附录4 上位机设计程序46附录5 系统电路板实物51摘 要本文主要研究基于单片机的电梯轿厢振动检测。旨在通过单片机和传感器对运行中的电梯轿厢进行振动检测，得出轿厢振动的具体波形，为电梯振动的原因分析提供具体依据，也为消除电梯振动对人体的危害提供帮助。通过研究发现了电梯的不规则振动超过一定程度会对人体产生危害，而且通过波形分析也得出电梯振动的一些规律。文中首先介绍了
3、单片机功能特点，分析了单片机和传感器在电梯检测中的重要作用。然后对电梯轿厢振动的各种原因进行了综合分析，同时也提供了一些电梯振动的消除方法。其次主要是针对电梯水平振动的检测及仿真，通过单片机和传感器将电梯轿厢的振动量传递到上位机，从而得到电梯振动的波形并进行详细分析。最后，调试结果表明，该系统实时性较好，运行稳定可靠，而且具有体积小，低功耗和使用方便等优点，是一种较为理想的电梯轿厢振动检测系统。关键字：单片机；电梯；振动检测AbstractThis paper mainly studies the vibration testing of elevator car based on the S
4、CM. Microcontroller and the sensor are designed to detect the vibration on the running elevator car, the specific waveform of elevator vibration obtained, to provide the specific basis for analysis of the causes, also to provide help for eliminating the hazards to human. The experiment found that th
5、e irregular vibration of the elevator will harm the human body if it exceeds a certain level, and some law of vibration of the elevator obtained by waveform analysis. This article describes the features of the SCM, and analyzes the important role of microcontroller and sensor in the elevator vibrati
6、on detection, also comprehensive analyzes various reasons for the vibration of the elevator car to provide some eliminating methods. This experiment is mainly for the horizontal vibration of the elevator inspection and simulation, and the amplitude and frequency of elevator vibration is passed to PC
7、 through the microcontroller sensor to get the elevator vibration waveform and to carry on the detailed analysis. At last, the test result shows that the system has real-time better, stable and reliable operation, but also small in size, power consumption provinces, the advantages of convenience, it
8、 is an ideal elevator car vibration detection system.Keywords: SCM; levator; vibration testing- II -第一章 绪 论1.1 课题的发展现状随着全球经济的快速发展和科技的突飞猛进，特别是在我国改革开放以来，越来越多的现代化都市规划者把目光均投向了高层或超高层建筑，而高层或超高层建筑的运输与消防要求，必须用高速或超高速电梯才能满足，因此高层或超高层建筑在大量涌现的同时也使高速或超高速电梯的数量不断增多，从而使电梯在人们日常生活中所起的重要作用日益明显。但是，由于电梯轿厢在狭小的电梯井道内运行，随着电梯
9、升降速度的不断提高，必将带来一系列空气动力学问题，其中包括气动噪声、电梯轿厢的振动、乘客的安全性和舒适性等一系列问题。所以保证电梯安全、稳定、高效的运行，越来越多地引起了人们的关注。然而长期以来经常发生的情况是：1) 电梯出现人体敏感振动或运行速度不匀等故障时，维修人员难以及时赶到故障电梯的现场；2) 维修人员不能及时地获得电梯日常运行的振动记录和检测资料，不仅不能避免人们乘坐带有安全隐患的电梯，而且同时还增加了分析与排除故障的难度，大大延长了维修的时间；电梯轿厢振动检测系统正是基于以上种种原因而出现的。电梯轿厢振动检测系统是当今电梯控制领域的必要技术；是电梯的管理、维护和确保电梯安全运行的需
10、要；是及时发现故障，并进行分析和排除的必要手段。目前，国外各大电梯公司如日本的三菱、美国的奥的斯、瑞士的迅达、芬兰的通力、德国的蒂森等都有不同水平的且与自己电梯系统配套的电梯轿厢振动检测系统。所以，与这些有着较长电梯发展史的国家相比，目前我们国家的电梯市场还处在发展阶段，还有较长的路要走，引进先进技术、开发新产品、安装高速高档电梯的同时，还应重视和加强对电梯的规范化管理，尤其是日常的维护维修和改造方面还有许多工作要做。对于电梯轿厢振动检测系统，国内与国外有着不同的侧重点，但却有一个共同的目标是：人们乘坐高效的电梯既安全稳定又舒适可靠。此外，国外电梯轿厢振动检测系统产品样本中很多都有类似“可在同
11、一个屏幕上同时检测n台电梯的轿厢振动情况”这样的技术指标，这是与他们重视群控功能分不开的。同时检测群组运行中的几台电梯，可以更直观地了解到群组中各电梯运行的健康状况，以便及时调整群组电梯的分配原则，消除安全隐患的同时，提高了群组电梯的运行效率。1.2 课题的提出及研究意义现代社会中，电梯已成为不可缺少的运输设备。电梯是势能负载，使用过程中启动、制动频繁，负荷变化较大，行驶方向也不断变化。因此，为了保证电梯安全、可靠、高效地运行，要求电梯在各种负荷下都具有良好的调速性、稳定性以及控制性等。单片机以其体积小、功能强、处理速度快、功耗低、价格便宜等特点在电梯领域已经得到了广泛的应用。目前，单片机不仅
12、在电梯自动控制和远程监控方面发挥着重要的作用，而且在新型智能电梯语音系统方面中也有其一技之长。随着电梯的发展，在提升电梯升降速度的同时，满足乘客的舒适感越来越重要，所以，单片机在电梯轿厢振动检测方面有着广阔的发展空间。目前，国内外电梯轿厢振动检测的方式通常有以下两种：一是使用专门的电梯轿厢振动检测仪器定时地对电梯进行现场检测并做好详细记录，然后综合多次检测结果进行分析，最后得出结论。但是这种方式不仅浪费人力物力，而且也不能及时有效的消除电梯可能给人们带来的安全隐患。二是基于单片机及串口通信标准，专门铺设线路，由有关人员通过设在电梯维护服务中心的计算机对分布在各处的电梯集中远程振动检测控制。这种
13、方式在节省人力物力的同时也使电梯轿厢振动检测实时高效。本课题主要着眼于后者即运用单片机技术和加速度传感器技术，再通过串口通信技术，将实时采集到的电梯轿厢振动情况经过特殊处理后传送至电梯维护服务中心的计算机中以波形的方式实时显示出来，从而可以为电梯在运行过程中故障的发现、分析和排除提供适时、方便和形象的解决方案。1.3 本文的内容结构本文首先主要是根据对电梯轿厢振动的数学分析，提出了课题的总体设计；然后着重介绍系统硬件电路的设计，元器件参数的确定；其次详细讲述软件编程的总体设计思想及模块流程图，并仿真测试；紧接着侧重论述电路板调试过程中遇到的主要问题与解决方法；最后给出本课题的总结与展望。第二章
14、 总体设计2.1 振动分析一、建立振动模型随着电梯速度的提升，导轨产生的振动不断加剧，而导轨又是产生轿厢振动的主要原因之一，因此，下面主要就电梯导轨对轿厢振动的影响来分析和研究。电梯载客部分主要是轿厢，轿厢由轿架和轿厢体组成。电梯轿厢简化结构如下图21 所示：图21 电梯轿厢简化结构图可以看出，在轿厢体和轿架之间嵌有垫块，用于固定轿厢体防止振动。导轮或导靴则安装在轿架的上下两侧，与导轨一起组成轿厢的导向件，同时也可以减少水平振动和抑制由偏载引起的轿厢倾斜，导轨则固定在墙壁上。一般来说，导致电梯轿厢水平振动的因素有导轨交接处的突起、导轨表面的高低不平、导轨的弯曲以及导轮自身的缺陷等。因此制造平直
15、的导轨以及安装导轨时尽量使两根导轨对直，这将大大减少轿厢的水平振动。不过，缺点是这会提高安装和制造成本。另一种可以取代的方法是用控制手段来抑制轿厢的水平振动，这种方法不仅可以节省成本，而且还方便控制调整。下面就这种方法展开数学分析：轿厢沿着导轨运行时，如果只考虑轿厢的水平振动，则建立电梯轿厢受力分析数学模型如下图22 所示：图22 轿厢水平运动模型图中，为轿厢质量；为摆动的转动惯量；为导靴系统的刚度；为导靴系统的阻尼；为轿厢的水平位移；为导靴1的水平位移；为导靴2的水平位移；为导靴3的水平位移；为导靴4的水平位移；为轿厢摆动的角位移；为滚轮1与滚轮3到质心的垂直距离；为滚轮2与滚轮4到质心的垂直距离；为轿厢运行速度（假设电梯上行）。其振动微分方程可表示如下： （1）（2）若只研究图22 中轿厢右侧导轨激励对轿厢水平振动的影响，可假设图22 中电梯轿厢其左侧导轨是理想的导轨，即。并且假设(L为轿厢上下导靴的距离)，则振动微分方程可简化为：（3）（4）
