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1、基于单片机的电梯控制系统毕业设计目 录1 绪论11.1 电梯的定义与简介11.2 电梯的组成21.3 国内外电梯的发展状况21.3.1国内电梯发展状况21.3.2国外电梯发展状况31.4 电梯的发展趋势41.5 课题的主要研究内容及意义51.6 设计功能要求62 电梯系统设计方案论证及选择62.1 控制核心72.2 曳引动力选择82.3 曳引机驱动电路92.4 内外显示电路92.5 召唤电路102.6 定位平层系统102.7 楼层提示及报警系统123 硬件基础知识123.1 步进电机123.2 激光二极管133.3 LN298驱动芯片143.4 LM339比较器153.5 LCD1602液晶1
2、64 硬件电路设计184.1 单片机小系统电路194.2 电机驱动电路214.3 液晶显示电路214.4 4*4矩阵键盘电路224.5 定位平层电路224.6 楼层提示及声光报警电路234.7 电源电路245 软件设计255.1 液晶显示模块265.2 矩阵按键扫描模块295.3 速度变换（加速-匀速-减速）模块325.4 楼层检测模块345.5 电机驱动模块346 电梯的模型的制作与功能调试366.1 电梯模型的制作366.2 电梯系统各模块功能调试376.3 电梯系统整体功能调试397 总结与展望397.1 设计总结407.2 展望41谢 辞43参考文献441 绪论1.1 电梯的定义与简介
3、随着社会的发展，城市人口规模不断扩张，受到土地面积的限制，高层建筑日益增多。人们居室环境发生了很大的变化，人们对生活起居便利的需求日益迫切，电梯作为一种垂直方向的交通工具，在多楼层建筑方面更是不可或缺，人们对电梯的依赖性也越来越高。电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。电梯按外观主要有两种：卧式电梯和立式电梯。卧式电梯主要应用与大型商场、娱乐场所、旅游场所等公共场合。卧式电梯的运动规律是固定的，在带状的轨道上循环运转，正常工作状态下，它只按照设定的方向做
4、一个方向的运动，与乘客之间没有信息的交流，将乘客送至指定的位置，一个电梯只能到达规定的楼层。立式电梯主要应用于住宅、办公楼、大型商场等场所，它与卧式电梯最大的区别是：它是根据外部呼叫信号以及自身控制规律运行的，而呼叫信号时随机的，电梯实际上是一个人机交互的控制系统。单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足其控制要求的，因此，它是采用随机逻辑方式控制其垂直的上下运动的。 图 1.1 立式电梯 图 1.2 卧式电梯 目前立式电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行动能，拖动控制则由变频器来完成，这种方式的优势是：生
5、产规模较小，可以自己设计和制造微机控制装置，灵活性强；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制，这种方式的优势是：PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强，运行稳定等特点。1.2 电梯的组成现代电梯主要由以下几个部分组成：（1）曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。（2）导向系统 导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。（3）轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。（4）
6、门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。（5）重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。（6）电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。 （7）电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。（8）安全保护系统 保证电梯安全使用，防止一切危
7、及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。1.3 国内外电梯的发展状况当今世界，电梯的生产情况与使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。在理论上，电梯控制经历了从继电器接触器到PLC控制和微机控制的过程。无论是国内还是国外非常关注电梯的研究与发展，对电梯加入了大量的投资。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。1.3.1国内电梯发展状况我国电梯发展可以按
8、电梯交流调速的发展历史划分为如下三个阶段：第一个阶段主要在上世纪70年代，其主要标志是交流双速电梯，该方法采用改变牵引电机极对数来实现调速。这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便，但调速不够平滑、舒适感较差。第二个阶段主要在上世纪80年代，主要使用交流调压调速方法，其性能优越于交流双速电梯。调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速，其制动多采用能耗制动。第三个阶段开始于上世纪90年代，变压变频调速电梯（VVVF电梯）开始占据了世界电梯的市场。VVVF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。由于变压变频调速（VVVF）的良好特点，至今新制造
9、的电梯都采用该方式进行速度控制。节能问题 越来越多的电梯进入高层建筑，电梯的节能运行是电梯开发和使用的关键。从控制的角度来看，有效地改善供电电能的质量、充分地利用电能是一个良好的举措。效率 电梯作为一种位能型负载，运行过程中需要作频繁地升降运动，研究一种或多种电梯速度给定曲线，合理地选择运行速度曲线，是提高运行效率至关重要的一环，而目前国内生产的大多数电梯存在着给定速度曲线实现困难、资源耗用率高等系列不足等问题，极大地限制了电梯高效地运行。控制器性价比低 目前国内的电梯厂家采用的电梯控制核心设备大部分都是国外进口产品，核心技术和知识产权为国外大公司所有。而少数自己开发的控制器也有开发周期长，开
10、发成本高等缺点。另外国内的绝大部分VVVF电梯采用的变频器都是电梯用专用变频器，这种变频器虽然使用起来很方便，但其价格却是同类通用变频器的1.5到2陪，使整个控制系统的性价比大大下降。电梯电气控制技术是一个综合性的系统技术，包括控制器、传感器和调速方法等多种技术，目前，国内电梯企业主要有：1.3.2国外电梯发展状况国外电梯行业发展迅速，目前不仅在节能上做了很大的功夫，而且在智能化、远程化、集成化及可视化方面也有了很大的研究。例如：（1） 垂直运输与水平运输的复合运输系统，该系统采用直流电机驱动，在一个井道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下，可以再轨道网络内交货各自运行线路。该系统节省了
11、井道占用的空间，解决了超高楼层建筑群电梯钢丝绳重量太大的问题尤其适合于具有同一底楼的多塔型高层建筑群中前往空中大厅的穿梭直驶电梯。（2） 交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯，该类型电梯由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是：结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可以灵活多样；配以变频等。通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候、楼层指南、广告等，甚至可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报，新闻等。（3） 电梯远程监控系统。该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运行和故障
12、信息，并通过公共电话网络或者专用网络传输到远程的能够提供可视节目的专用电梯服务中心的计算机，以便哪里的服务人员掌握电梯的运行状况，特别是故障情况。该系统一般具有显示故障、故障统计与预测等功能，还有的可实现远程调试与操作，使维修人员迅速进行维修应答和采取维修措施。这样缩短了故障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了电梯安全高效的运行。1.4 电梯的发展趋势电梯作为现代建筑中的重要交通工具，它与一般的交通工具有着较大的差别。良好的电梯控制技术是电梯高质量运行的重要保障，电梯运行安全舒适、高效、节能控制器的性价比等都是电梯技术发展面临的重大问题。（1）安全 2011年“7.5”北京地铁4号线自动
13、扶梯安全事故发生后，北京市质监局于去年年底，在轨道交通项目推行电梯制造单位“终身负责”的工作机制，要求电梯制造单位对电梯质量以及安全运行涉及的质量问题终身负责；电梯安装改造维修结束后，电梯制造单位要按照要求对电梯进行校验和调试，并对校验和调试结果负责；电梯投入使用后，电梯制造单位要对其制造的电梯安全运行情况进行跟踪调查，并给予维保单位技术指导和备修件支持。（2）绿色节能 建设节约型社会已成为我国政府多年来的重点工作。电梯作为能耗大户，使用节能电梯已成大势所趋，绿色节能依然成为2012年电梯行业发展的主要方向。实现电梯节能主要有以下几个途径，即改进机械传动和电力拖动系统，例如将传统的涡轮涡杆减速
14、器改为行星齿轮减速器或采用无齿轮传动，机械效率可提高15%25%；将交流双速拖动系统改为变频调压调速（VVVF）拖动系统，电能损耗可减少20%以上。其次，可以采取能量回馈技术，将电容中多余的电能转变为与电网同频率、同相位、同幅值的交流电能回馈给电网，可以提供给小区照明、空调等其他用电设备。从数据上看，能量回馈技术使用后节能效果显着。若以一幢20层左右的大楼为例，一台1350公斤、速度2.5米/秒的传统电梯，一周实测耗电约800千瓦时，而能量回馈型电梯仅为600千瓦时，实际节约能耗30%左右。（3）超高速电梯 。超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安
15、全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。超高速电梯在一些建筑中已经得到了充分应用，比如台北101大厦采用的电梯速度达到每分钟1010米。正在建设中的上海中心大厦将采用每分钟可运行1080米的电梯，建成后的上海中心大厦不仅成为中国最高建筑，采用的电梯也将成为世界最高速电梯。中国城市化进程的不断加快，高层酒店和写字楼越来越多，这对电梯这种大型公共运输设备的速度和载重提出了更高的要求，研发超高速电梯成为各大电梯品牌共同目标。超高速电梯不仅能够提高电梯运行效率，更能代表整个电梯行业的发展水平，因此高速电梯也是衡量一个企业实力的重要标准。随着超高速电梯需求日益增多，也给中国正在发展壮大的民族电梯企业提供了有利的机遇。（4）智能群控技术 电梯群控系统是指在一座大楼内安装多台电梯，并将这些电梯与一个计算机连接起来。该计算机可以采集到每个电梯的各种信号，经过调度算法的计算向每个电梯发出控制指令。总之，电梯群控技术能够根据楼内交通量的变化，对每个电梯的运行状态进行调配，目的是为了达到梯群的最佳服务及合理的运行管理。传统的群控算法只有一个目标，即最小候梯时间。
