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1、 “台日杯”华南理工大学电梯设计大赛论文选集 模拟电梯模型一、任务设计并制作一个电梯控制模型。示意图如图1所示。图1电梯控制模型图1中：电梯间竖井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1.2m；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24cm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5mm。2. 平均每层运行时间不超过4秒，平层结束时给出提示信号。3. 当有多层呼叫时，轿厢模型将按说明中的电梯模型
2、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。4. 采用适当的人机界面（如采用触摸屏、语音辨识等），使界面与用户的交互性良好，操作简易，运行迅速，适合各类人群。三、 题目要求的说明1、 控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。2、
3、 要电路板、关键电路版必须是自行制作的模块。3、 电子版论文必须附完整的程序代码、电路原理图（PROTEL格式）、元器件清单等相关文件；4、 电梯竖井间部分也可简化，由一垂直平面代替，如图2所示。5、 平层的要求是以轿厢模型J的底平面（或自定标志）与表示楼层的标志线平齐。6、 要有措施保证平层过程中轿厢模型J移动方向保持不变。7、 要有措施保证轿厢模型J起动、停止时不出现震荡。8、 关于电梯模型运行规则的说明：(1) 电梯有两种类型的按钮：第一种为各楼层上的“向上”、“向下”按钮；第二种为电梯轿厢内表示要到达楼层编号的数字按钮。实际制作时，按钮的安装位置不作任何限制。(2) 各按钮呼叫时应有指
4、示灯显示，电梯响应该按钮的呼叫后，其指示灯应自动熄灭。(3) 电梯运行时响应按钮的优先顺序如下： 方向优先：电梯按某方向运行时，优先响应该运行方向的按钮； 距离优先：同一方向有多个按钮呼叫时，优先响应最近的楼层。9、 评分细则： 项 目 满分 基本功能设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。25完成第（1）项 5完成第（2）（3）（4）项 15完成第（5）项5扩展功能完成第（1）项 5完成第（2）项5完成第（3）项 10完成第（4）项5台日杯电梯创意大赛模拟电梯模型设计总结及报告玉米的 小组成员：刘泽华 （队长）自动化梁传增 杨可尊 2010年1
5、2月9日摘要：电梯系统是运用于高层建筑的复杂运输设备。它涉及机械工程、电子技术、电力电子技术、自动控制理论、微机技术、MCU 技术和土建工程等多个科学领域。目前，我国是世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国，而且还有着巨大的潜在市场和发展空间。因此，深入学习和研究电梯控制系统有着重要的现实意义。设计并制作了基于三个AVR单片机和直流电机的五层电梯模型控制系统，具体阐述了系统的总体结构、硬件设计和软件调试。本着系统控制的理念，稳定可靠的原则，系统实现了题目要求的各种基本功能，在保证系统稳定性和可靠性的基础上，电梯模型实现了语音提示、语音命令、电源切换等拓展功能。各项测试结果表明该电梯模型系统可
6、靠性高、系统成本低、人机交互性良好，较为真实的模拟出一台单厢电梯模型控制系统的运行状况，对实际电梯的控制系统设计有一定借鉴意义。ABSTRACT:The elevator system is utilizes in the high-rise construction complex transport vehicle. It involves the mechanical engineering, the electronic technology, the electric power electronic technology, the automatic control theory,
7、 the microcomputer technology, the MCU technology and the civil engineering and so on many scientific fields. At present, our country is the world biggest new clothing elevator market and the biggest elevator producer country, moreover also has the giant potential market and the development opportun
8、ities. Therefore, the thorough study and the research lift control system has the vital practical significance. designed and has manufactured based on three AVR monolithic integrated circuits and direct current machines five elevator model control system, elaborated systems gross structure, the hard
9、ware design and the software debugging specifically. In line with systems controls idea, the stable reliable principle, the system has realized topic request each kind of basic function, in t目录1.系统方案设计与论证21.1设计要求21.2系统基本方案31.2.1系统硬件结构设计31.2.2总体实现方案的选择和论证31.2.1.1各个模块方案选择和论证41.2.1.1.1主控制器模块41.2.1.2电机驱
10、动模块41.2.1.3平层检测模块41.2.1.4通信模块51.2.1.5备用电源模块51.2.1.6语音提示模块51.2.1.7人机交互模块52.系统硬件设计与实现52.1逻辑控制部分62.2后台监测控制部分72.2.1人机交互72.3通信72.4备用电源73.系统软件设计与实现73.1电梯运行逻辑84. 系统测试及实现功能105.结语10附录11附录1各部分原理图以及PCB图11附录2部分程序清单131.系统方案设计与论证1.1设计要求基本要求：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5mm。2. 平均每层运行时间不超过4秒，平层结束时给出提示
11、信号。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。当市电电网重新送电后，切除备用电源，使用市电，电梯恢复正常运行。3. 播放语音提示，包括报告楼层、电梯运行方向、问好等。4. 采用适当的人机界面（如采用触摸屏、语音辨识等），使界面与用户的交互性良好
12、，操作简易，运行迅速，适合各类人群。1.2系统基本方案1.2.1系统硬件结构设计本着节能环保的理念，设计一个具有现代理念的电梯。其硬件框架借鉴现代电梯的结构设计。结构包括轿厢、配重、导轨、拖动滑轮、支架结构几部分。结合实际情况，我们设计了如下的实物图：电梯具有配重可调节，金属导轨引向的突出特点。实际制作的结构结实、可靠，为整个模型的运行调试提供了坚实基础。1.2.2总体实现方案的选择和论证根据题目要求，系统可以划分为逻辑控制部分、拖动控制部分、后台监测控制和电源稳压及切换四部分。其中，逻辑控制部分包括主控制器模块、电梯按键模块和数码管显示模块；拖动控制模块包括直流电机驱动模块、平层监测红外模块
13、两部分；后台监测控制包括了语音提示模块、语音命令和人机交互；电源稳压及切换包括市电电源转化以及稳压电路。为了较好的实现各个模块的功能，分别作几种不同的设计方案并进行论证。1.2.1.1各个模块方案选择和论证1.2.1.1.1主控制器模块方案一：采用可编程控制器(PLC)作为系统控制器。PLC作为目前电梯常用的控制器件，具有控制能力强、稳定度高和使用方便等特点。但是PLC随IO点数量的增加价格随之提高，本系统中较多的按键及数码管等需要大量的IO点来控制，若采用PLC则成本过高。方案二：采用一个I/O口多的单片机如ATMEGA128控制所有的按键、LED、数码管显示、电动机的转动、传感器经A/D转
14、换后输出的信号，等等。并对以上所有信号进行处理。这样做的优点是电路比较简单，工作量小。但是此方案的缺点也很明显：由于只有一片单片机，从功能上看虽然比较强大，但编著程序量显然复杂的多；又输出部分比较多会显得电路十分零乱；再加上整机调试过程时纠错和调试都比较麻烦，故不采用本方案。方案三：随着计算机硬件和软件技术的发展，CPU 价格不断下降。采用合理的 CPU 控制，充分利用 CPU 众多的扩展外设。将电梯系统作为一个嵌入式控制系统，采用目前流行的嵌入式开发技术，通过高级语言设计开发控制核心，进一步降低了产品的硬件成本以及软件开发成本，提高产品市场竞争力。本模型系统采用3片廉价单片机ATMEGA16作为主控制中心。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的外设。运算速度较快，适合本系统的运算。并且，芯片引脚少，外配元件少，在硬件很容易实现。一片控制电梯运行及LED显示，另外一片处理按键输入，第三片作为后台控制及监控用。1.2.1.2电机驱动模块方案一：采用步进电机作为本设计的执行元件，步进电机能够将数字脉冲信号转化为角位移，步进电机每转一步，角度为1.8度。但是其力矩较小，不易负载可变控制。方案二：采用直流电机作为本设计的执行元件，直
