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i 毕毕业业设设计计（论论文文） 题题 目目 客用电梯控制系统设计客用电梯控制系统设计 英文题目英文题目 the guest uses the elevator control system design 学生姓名学生姓名 专专 业业 自动化自动化 班班 级级 指导老师指导老师 毕业设计（论文） 摘要 i 摘 要 单片机即单片微型计算机（single-chip microcomputer ） ，是集 cpu ,ram ,rom ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。其中 51 单片机是各种单片机中最 为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域。 电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学等多学科 和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中的永久垂直交通工具。本论文选择 89c52 单片机为核心控制元件，设计了一个九层的电梯系统，采用变频器进行控制 转速，采用行程开关控制其开关门，采用发光二极管作为显示电梯的楼层及上下行。 使用单片机汇编语言进行编程，实现运送乘客到任一楼层，并且显示电梯的楼层和 上下行。单片机在接口性能和计算速度等方面均有资源不足的问题，仍然不能适应 较复杂的控制算法和故障诊断等要求。 利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优 点。 关键词 89c52；变频器；电梯运行控制 毕业设计（论文） abstract ii abstract scm is microcomputer (single-chip microcomputer) is a set of cpu, ram, rom, the timing, number and variety of integrated micro-controller interface. mcs-51 microcontroller which is all typical and representative of a widely used in various fields. the elevator is the collection mechanism application, the electricalcontrol technology, the microprocessor technology, the systemengineering and so on multi-disciplinary and the technical branch to abody electromechanical device, it is in the construction permanentvertical transportation vehicle. the present paper chooses the 89c52monolithic integrated circuit for the core control part, has designednine elevators systems, uses the frequency changer to carry on thecontrol rotational speed, uses the limit switch to control its switchgate, uses the light emitter diode achievement to demonstrate theelevator the floor and about the line. the use monolithic integratedcircuit assembly language carries on the programming, the realizationships the passenger to assume a post a floor, and demonstrates theelevator the floor and about the line. the monolithic integratedcircuit in aspect and so on connection performance and computationspeed has the question which the resources is insufficient, stillcould not adapt more complex request and so on control algorithm andbreakdown diagnosis. commissioning the problems encountered and solutions. the topics designed musical doorbell system is simple, cost low-cost, fully functional, very practical. keykey wordswords： 东华理工大学毕业设计（论文） abstract iii 89c52；frequency changer；elevator operating control 毕业设计（论文） 目录 目目 录录 摘 要i abstract.ii 绪 论1 第一章 电梯的工艺说明2 1.1 电梯的基本结构 .2 1.2 电梯的三个工作状态.2 1.2.1 电梯的自检状态 .2 1.2.2 电梯的正常工作状态 .2 1.2.3 电梯强制工作状态 .3 1.3 电梯的安全运行 .3 1.4 电梯的开关设置 .5 1.5 电梯的主要性能指标 .6 第二章 电梯控制系统的组成.8 2.1 电梯控制方案拟定 .8 2.2 at89c52 的介绍8 2.2.1 引脚功能 .9 2.2.2 单片机电源的设计 10 2.2.3 单片机复位电路 12 2.3 电梯的控制速度 13 2.3.1变频器的介绍15 2.3.2 电梯运行速度的检测 16 2.4 自动开关门的设计 17 2.4.1 行程开关 18 2.5 电梯的按键控制和楼层显示 19 2.5.1 74ls147 的介绍.19 2.5.2 74ls154 的介绍.21 第三章 电梯控制系统的软件设计.24 3.1 电梯控制系统原理框图 24 3.2 软件设计 25 第四章 电梯的信号传输.28 4.1 三种常见的干扰及其抑制 28 4.1.1 串模干扰 28 毕业设计（论文） 目录 4.1.2 共模干扰 28 4.1.3 长线传输干扰 28 4.2 输入输出信号的抗干扰技术 29 4.3 接地技术 29 4.3.1 电路板内的信号地 29 4.3.2 模拟量输入信号与屏蔽的接地 29 结 论.30 致 谢.31 参考文献.32 附录一.33 附录二.49 毕业设计（论文） 绪 论 1 绪 论 电梯是一种垂直起重运输设备，又是比较复杂的机电一体化的大型工业产品， 它既有完善的机械专用构造，又有复杂的电气控制系统。随着经济的不断发展，全 国各地高层建筑不断涌现，作为建筑中枢神经，电梯起着不可或缺的作用。作为建 筑物内的主要运输工具，全社会使用电梯的数量正在迅速增加。据估计，截至 2002 年，全球在用电梯约 635 万台，其中垂直电梯约 610 万台，自动扶梯和自动人行道 约 25 万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全 性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。电梯的材质由黑白到彩色， 样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、 信号控制、集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层 轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大 节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其 中的乘客的视线不再封闭。展望未来电梯发展的方向，将朝着电梯群控系统将更加 智能化、超高速电梯速度越来越高、蓝牙技术在电梯上广泛应用、绿色电梯将普及 等方面发展。 本系统是对单片机控制电梯进行研究的，设计的是九层电梯的单片机控制。在 电梯停靠的每一层都有呼叫按钮，需要电梯的乘客只需按一下呼叫按钮，然后等待 电梯，进入电梯后电梯有九的楼层显示按钮，乘客要到哪一层只需按下其按钮，轿 厢内有一个由发光二极管组成的显示屏，它用来显示轿厢的楼层，在每一层厅站的 门外有一个由发光二极管组成的显示屏，它用来显示轿厢此刻的上下行。 第一章主要是对电梯的一些介绍，说明，第二章介绍其硬件组成，及其原理， 第三章主要讲的是电梯的单片机系统软件设计。第四章主要介绍一些电梯在信号传 输中遇到的问题。 毕业设计（论文） 电梯的的工艺说明 2 第一章 电梯的工艺说明 1.1 电梯的基本结构 电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人 的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而 言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的 特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它. 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 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.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,防止一切危及人身安全的事故发生.由限速 器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成。 1.2 电梯的三个工作状态 1.2.1 电梯的自检状态 电梯自检过程的目标为：为先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯 首先电梯门处于关闭状态，然后电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。 1.2.2 电梯的正常工作状态 电梯完成一个呼叫响应的步骤如下： 电梯在检测到门厅或轿箱的呼叫信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较， 通过选向模块进行运行选向。 毕业设计（论文） 电梯的的工艺说明 3 （1） 电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度要经 过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。 （2） 当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状 态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。 （3）平层后，经过一定延时后开门，直至碰到开关到位行程开关；再经过一定 延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿箱所在楼 层。 1.2.3 电梯强制工作状态 当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该 状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台 上的消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行（下行） 按钮，电梯上行（下行） ；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完毕时可用恢复 正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。 1.3 电梯的安全运行 电梯的安全性除了在结构的合理性、可靠性，电气控制和拖动的可靠性方面充 分考虑外，还针对各种可能发生的危险，设置专门的安全装置。 （1）防超越行程的保护 为防止电梯由于控制方面的故障，轿厢超越顶层或底层端站继续运行，必须设 置保护装置以防止发生严重的后果和结构损坏。 防止越程的保护装置一般是由设在井道内上下端站附近的强迫换速开关、限位 开关和极限开关组成。防止越程的保护装置只能防止在运行中控制故障造成的越程， 若是由于曳引绳打滑、制动器失效或制动力不足造成轿厢越程，该保护装置无能为 力。 （2）防电梯超速和断绳的保护 电梯由于控制失灵、曳引力不足、制动器失灵或制动力不足以及超载拖动绳断 裂等原因都会造成轿厢超速和坠落，因此，必须有可靠的保护措施。防超速和断绳 的保护装置是安全钳限速器系统。安全钳是一种使轿厢（或对重）停止向下运动 的机械装置，凡是由钢丝绳或链条悬挂的电梯轿厢均应设置安全钳。当底坑下有人 能进入的空间时，对重也可设安全钳。安全钳一般都安装在轿架的底梁上，成对地 毕业设计（论文） 电梯的的工艺说明 4 同时作用在导轨上。 限速器是限制电梯运行速度的装置，一般安装在机房。当轿厢上行或下行超速 时，通过电气触电使电梯停止运行，当下行超速电气触点动作仍不能使电梯停止， 速度达到一定值后，限速器机械动作，拉动安全钳夹住导轨将轿厢制停；当断绳造 成轿厢（或对重）坠落时，也由限速器的机械动作拉动安全钳，使轿厢制停在导轨 上。安全钳和限速器动作后，必须将轿厢（或对重）提起，并经专业人员调整后方 可恢复使用。 （3）防人员剪切和坠落的保护 在电梯事故中人员被运动的轿厢剪切或坠入井道的事故所占的比例较大，而且 这些事故后果都十分严重，所以防止人员剪切和坠落的保护十分重要。防人员坠落 和剪切的保护主要由门、门锁和门的电气安全触点联合承担。 （4）缓冲装置 电梯由于控制失灵、曳引力不足或制动失灵等发生轿厢或对重蹲底时，缓冲器 将吸收轿厢或对重的动能，提供最后的保护，以保证人员和电梯结构的安全。 （5）报警和救援装置 电梯发生人员被困在轿厢内时，通过报警或通信装置应能将情况及时通知管理 人员并通过救援装置将人员安全救出轿厢。 1)报警装置 电梯必须安装应急照明和报警装置，并由应急电源供电。 2)救援装置 电梯困人的救援以往主要采用自救的方法，即轿厢内的操纵人员 从上部安全窗爬上轿顶将层门打开。随着电梯的发展，无人员操纵的电梯广泛使用， 再采用自救的方法不但十分危险而且几乎不可能。因此现在电梯从设计上就确定了 救援必须从外部进行。救援装置包括曳引机的手动操作装置和层门人工开锁装置。 （6）停止开关和检修运行装置 停止开关一般称急停开关，按要求在轿顶、底坑和滑轮间必须装设停止开关。 检修运行是便于检修和维护而设置的运行状态，由安装轿顶或其它地方的检修运行 装置进行控制。 （7）消防功能 发生火灾时井道往往是烟气和火焰蔓延的通道，而且一般层门在 70以上时也 不能正常工作。为了乘客的安全，在火灾发生时必须使所有电梯停止应答召唤信号， 直接返回撤离层站，即具有火灾自动返基站功能。消防员在用电梯或有消防员操作 功能的电梯（一般称消防电梯） ，除具备火灾自动返基站功能外，还要供消防员灭火 毕业设计（论文） 电梯的的工艺说明 5 和抢救人员使用。消防电梯的布置应能在火灾时避免暴露于高温的火焰下，还能避 免消防水流入井道。一般电梯层站宜与楼梯平台相邻并包含楼梯平台，层站外有防 火门将层站隔离，层站内还有防火门将楼梯平台隔离，这样在电梯不能使用时，消 防员还可利用楼梯通道返回。 （8）电气安全保护 对电梯的电气装置和线路必须采取安全保护措施，以防止发生人员触电和设备 损毁事故。 1) 直接触电保护 绝缘是防止发生直接触电和电气短路的基本措施。 2) 间接触电的防护 间接触电是指人接触正常时不带电而故障时带电的电气设 备外露可导电部分，如金属外壳、金属线管、线槽等发生的触电。在电源中性点直 接接地的供电系统中，防止间接触电最常用的防护措施是将故障时可能带电的电气 设备外露可导电部分与供电变压器的中性点进行电气连接。 3) 电气故障防护 按规定交流电梯应有电源相序保护，直接与电源相连的电动 机和照明电路应有短路保护，与电源直接相连的电动机还应有过载保护。 4) 电气安全装置 电气安全装置包括：直接切断驱动主机电源接触器或中间继 电器的安全触点；不直接切断上述接触器或中间继电器的安全触点和不满足安全触 电要求的触点。但当电梯电气设备出现故障，如无电压或低电压；导线中断；绝缘 损坏；元件短路或断路；继电器和接触器不释放或不吸和；触头不断开或不闭合； 断相错相等时，电气安全装置应能防止出现电梯危险状态。 1.4 电梯的开关设置 （1）下行机械缓速开关 当电梯运行到将近底层时，轿厢挡块撞开下行机械缓速开关，使快速准备接触 器断电释放，强行换速。 （2）上行机械缓速开关 当电梯运行到将近顶层时，轿厢挡块撞开上行机械缓速开关，使快速准备接触 器断电释放，强行换速。 （3）下行限位开关 故障时，轿厢运行到底层仍不停车，将撞开下行限位开关，使下行方向接触器 断电，强行停车。 （4）上行限位开关 故障时，轿厢运行到顶层仍不停车，将撞开上行限位开关，使上行方向接触器 断电，强行停车。 毕业设计（论文） 电梯的的工艺说明 6 （5）极限开关 如果上行限位开关和下行限位开关都不起作用，轿厢运行超出一定的行程后， 通过钢丝绳和碰块的作用，将极限开关拉开，切断总电源，以免发生更大的事故。 （6）安全钳开关 当电梯超速时，电梯属于故障运行，对人身安全威胁很大，此时限速器动作， 触头断开，通过紧急停机继电器进行保护。 （7）限速器张紧开关 当限速器钢丝绳拉长变形，张紧开关动作，触头动作，通紧急停机继电器进行保护。 （8）选层器钢带张紧开关 当选层器钢带出现故障时，张紧开关动作，触头断开，通过紧急停机继电器进 行保护。 （9）厅门触板开关 关门过程中如果有人或物压下了厅门触板开关，厅门由关门状态转为开门状态， 这是靠串联在电梯运行过程控制区启动关门继电器线圈回路中的触板触头，以及自 动门控制区内的触板触头实现转换的。 （10）轿厢安全开关 当打开安全窗时，安全窗开关动作，触头断开，通过紧急停机继电器进行保护。 （11）轿厢检修急停开关 在轿厢检修时，如果发生紧急情况，可以按下轿厢检修急停开关，通过紧急停 机继电器进行保护。 （12）轿内急停按钮 电梯在运行中按下急停按钮时，通过紧急停机继电器进行动作。 （13）底坑检修急停开关 在底坑检修时，如果遇到紧急情况，断开底坑检修急停开关，通过紧急停机继 电器进行保护。 （14）各厅门门锁开关 它们互相串联在一起，只要有一个不正常，电路便不能工作。 （15）热继电器 曳引机的过载保护热元件，曳引电动机过载时，热继电器动作，其动段触头打 开，通过紧急停机继电器进行保护。 1.5 电梯的主要性能指标 (1)安全可靠。 毕业设计（论文） 电梯的的工艺说明 7 (2)能自动平层，且平层准确。 (3)噪声小，起、制动平稳，乘坐舒适。 (4)有完善的闭锁和保护系统。 (5)自动化程度高，便于操作. (6)控制线路简单，维修方便，经济实用。 该设计的要求为采用 8 位（或 16 位）单片机或 plc 设计一个 9 层的电梯系统， i/o 口根据电梯特性自选，显示电梯的楼层和上下，采用变频器调速。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 8 第二章 电梯控制系统的组成 2.1 电梯控制方案拟定 电梯的控制方案主要有三种：基点启控制、可编程控制器控制、微机控制。下 面分别加以讨论。 1 过去电梯的电器控制大多采用继电器逻辑线路，这种硬布线的逻辑控制方式 具有原理简单、直观的特点，但是通用性差，对不同的楼层和不同的控制方式其原 理图、接线图等必须重新绘制，且逻辑系统由许多个触电组成，接线复杂，故障率 高。因此，目前已经逐渐被淘汰。 2 由于现代化办公大楼的出现，需要兑电梯实现群控及智能化管理，所以用微 机对电梯实行控制成了未来电梯的发展趋势。由微机实现继电器的逻辑功能，比继 电器控制有较大的灵活性，不同的控制方式可用相同的硬件，只是软件各不相同。 只要把按钮、限位开关、光电开关、无触电行程开关等电器元件作为输入信号，把 制动器、接触器等功率输出元件接到输出端，就算完成了接线任务。一般，功能、 层数变化，无需增减继电器和大量的线路。但是，微机控制的电梯需要解决运行可 靠性，排除干扰等方面的问题。干扰是影响整个系统安全、可靠、稳定运行的主要 原因，例如电源的波动，电动机的启动，晶闸管的导通与截止，接触器的工作等等。 3 目前，在电梯上使用较广的是可编程序控制，简称 plc，而采用单片机的话 在接口性能和计算速度等方面均有资源不足的问题，仍然不能适应较复杂的控制算 法和故障诊断等要求，但利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易 于实现复杂控制等优点。 本次毕业设计采用单片机 89c52 为核心控制元件，设计了一个九层电梯系统， 采用变频器进行控制转速，采用行程开关控制其开关门。 2.2 at89c52 的介绍 at89c52 是一个低功耗,高性能 cmos 8 位单片机,片内含 8k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器,器件采用 atmel 公司 的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 mcs-51 指令系统及 80c51 引脚结构, 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 isp flash 存储单元,功能强大的微型计算机的 at89c52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 at89c52 具有如下特点：40 个引脚,8k bytes flash 片内程序存储器,256 bytes 的 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 9 随机存取数据存储器（ram）,32 个外部双向输入/输出（i/o）口,5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断,2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,看门狗 （wdt）电路,片内时钟振荡器。 此外,at89c52 设计和配置了振荡频率可为 0hz 并可通过软件设置省电模式。空 闲模式下,cpu 暂停工作,而 ram 定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模 式冻结振荡器而保存 ram 的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 同时该芯片还具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三种封装形式,以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容 mcs-51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次）isp flash rom 32 个双向 i/o 口 4.5-5.5v 工作电压 3 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33mhz 全双工 uart 串行中断口线 256x8bit 内部 ram 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（wdt）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 isp 字节和分页编程 双数据寄存器指针 图 2-1 at89c52 引脚图 2.2.1 引脚功能 p0：p0 口是一组 8 位漏极开路型双向 i/0 口，也即地址/数据总线复用口。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 10 p1：p1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 1/o 口，p1 的输出缓冲可驱动(吸 收或输出电流)4 个 ttl 逻辑电路。 p2 口：p2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 1/o 口，p2 的输出缓冲可驱动 (吸收或输出电流)4 个 ttl 逻辑电路。在访问 8 位地址的外部数据存储器(如执行 movx ri 指令)时，p2 口输出 p2 锁存器的内容 p3 口:p3 口是一组带有内部上拉电阳的 8 位双向 i/o 口。p3 口输出缓冲可驱动 (吸收或输出电流)4 个 ttl 逻辑电路，对 p3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阳 拉高并叫一作为输入端口。此时，被外部拉低的 p3 口将用上拉电阻输出电流。 图 2-2 at89c52 方框图 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 11 2.2.2 单片机电源的设计 稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电 压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把 不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电 滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、 等效内阻（输出电阻） 、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能，主要有以下四 个万面的要求： 1） 稳定性好 当输入电压usrusr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压 uscusc 的变化应该很小一般要求 。 由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系 数s s 来表示：s s的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输 入电压变化条件下，s s越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常s s约 为。 2）.输出电阻小 负载变化时（从空载到满载），输出电压uscusc ，应基本保持不变。稳压电源这 方面的性能可用输出电阻表征。 输出电阻（又叫等效内阻）用rnrn 表示，它等于输出电压变化量和负载电流变 化量之比。 rnrn 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rnrn 越小，则ifzifz 变化时输 出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到 1 欧，甚至 001 欧。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 12 3）.电压温度系数小 当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度 变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度 系数 kt 来表示. 4）.输出电压纹波小 所谓纹波电压，是指输出电压中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰 值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比 于稳压系数s s 。 采用 7085 集成稳压器可以完成上述指标。单片机的电源一般要求为 5v 稳定直 流电，一般的生活电压为 220v 交流电，所以对单片机的电源需要将 220v 的交流电 转换为稳定 5v 电压直流电。通过变压器将 220v 的电压转化成 7.5v 电压，此时的 7.5v 电压依然是交流电，利用桥式整流将 7.5v 交流电转化成直流电，再通过两个 电容进行滤波，输出的电压通过集。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 13 2.2.3 单片机复位电路 1）影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分: （1） 、外因 射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递 在机器内部的导体（引线或零件引脚） 感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰； 电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传 导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。 （2） 、内因 振荡源的稳定性，主要由起振时间 频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间 可由电路参数整定 稳定度受振荡器类型 温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。 2） 、复位电路的可靠性设计 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤 销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电 源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。解决不了电源毛刺（a 点） 和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题 而且调整 rc 常数改变延时会令驱动能力 变差。左边的电路为高电平复位有效 ，右边为低电平 sm 为手动复位开关，ch 可 避免高频谐波对电路的干扰。 2.3 电梯的控制速度 为了使乘客在乘坐电梯时感到舒适一遍对电梯的速度由一定的要求。根据大量 的试验和试验表明人体可承受的加速度一般为 am1.5m/s2，加速度的变化率为 m3m/s3。电梯的理想速度曲线可分为三角形，梯形和正弦波形。由于正弦波形 曲线加速度的实现较为困难，而三角形曲线加速度的正反转变较为迅速，而梯形的 速度曲线实现比较容易，而且人体也容易接受，所以电梯的速度曲线一般选用梯形 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 14 形状。如图 2-1 所示： (a)电梯正向运行 (b)电梯反向运行 图 2-1 电梯理想运行曲线图 在拖动系统中,现在国内多采用电梯专用变频电机和与之相配套的专用变频器. 专用变频器是为了满足电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的变 频器控制电梯变频电机按图所示理想速度曲线运行.电机何时启动、换速电机转向是 由 plc 根据电梯呼梯、减速等信号做出决策,发出信号给变频器.当变频器接收到 plc 控制器发出的呼梯方向信号,变频器依据设定的速度及加速度值,启动电动机,达 到最大速度后,匀速运行,在到达目的层的减速点时,plc 控制器发出切断高速度信号,变 频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度.在减速运行过程中,变频器能够自动 计算出减速点到平层点之间的距离,并计算出优化曲线,从而能够按优化曲线运行,使 低速爬行时间缩短至 0.3s.在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜 坡来调整平层精度,即当电梯停得太早时,变频器增大低速度值或减少制动斜坡值.反 之则减少低速度值或增大制动斜坡值.在电梯到距平层位置 410cm 时,有平层开关 自动断开低速信号,系统按优化曲线实现高精度的平层, 从而达到平层的准确可靠. 交流电动机，尤其是感应异步电动机，具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、 维护方便，可工作在恶劣的环境中等突出的优点，在伺服驱动系统中越来越受到人 们的关注。其中，应用最广的当属变频调速技术，它以变频器向交流电动机供电。 变频器可以把原先固定电压和频率的交流电源转换为可变电压、可变频率的特殊的 交流电源。因此，变频器已经成为交流调速的核心部件。 要想做到改变交流电源频率的同时改变其电压的幅值，实现恒转矩调速，可以 采用一种叫做 spwm 的方法。即用一个低频的正弦波去调制一个高频的三角形的载波， 得到一串等幅不等宽的脉冲。它里面包含有一个基波分量和极少的谐波。改变调制 波的频率和幅值，就可以改变脉冲串里的基波分量的频率和幅值，也就实现了异步 电动机的 vvvf（可变压可变频）调速。 按照上述 spwm 的工作原理，逆变器中开关管的开关时间要由调制波与载波的交 点来确定。在调制波的频率、幅值和载波的频率这三个参数中，不论哪一个发生变 t v t v 停车点 减速 加速运行 减速运行 额定速度 加速 正向 停车点 额定速度 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 15 化，都将使得载波与调制波的交点发生变化。因此，在每一次变频调整时，都要重 新计算交点的坐标。这是一组超越方程，单片机的计算能力和速度显然难以胜任。 过去最常用的办法是，把各种频率和电压对应的交点坐标事先计算好，用表格的形 式存放起来，使用时通过查表来调用。这样将占用大量的存储器和 cpu 的资源，使 其无法发挥更好的作用。 变频器由主回路和控制回路组成。在许多场合为了保持调速食电机的最大转矩 不变，需要维持磁通恒定，以避免电动机带负载能力降低和一定负载下过电流，就 需要变频器输出电压值也要随输出频率的变化相应调节。而对于需要快速响应得场 合，则必须控制输出电流。这时变频器主回路的输出电压或输出电流及频率由控制 回路的控制指令进行控制，而控制指令由外部给定的运算指令经过某些函数运算求 得，整个系统实开环的，对于速度精度和相应快速性要求较高的场合，运算还应包 含由电动机检测测的反馈信号，此时的系统是比闭环的。 2.3.1变频器的介绍 通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的 装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电 变换为直流电（dc），这个过程叫整流。把直流电（dc）变换为交流电（ac）的装 置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的 固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称 为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用， 又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率 逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源 是变频器价格的 1520 倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置 叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。变频器也 可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等），还有荧 光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于 荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控 制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（vvvf 变频或矢量控制 变频） ，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频 率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流 环节、逆变和控制 4 个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 igbt 三相桥式逆变器，且输出为 pwm 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓 冲无功功率。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 16 为使变频器工作在最佳状态，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，即将 引制动机轮与电动机脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，变频器变可 自动识别并储存电动机有关参数。使变频器能对该电动机进行最佳控制。 变频器接线图如上图所示，变频器的上下行驶信号及高低信号，又单片机的输出 触点进行控制。当 y4 闭合时，电梯上行，y5 闭合时电梯下行；y6、y7 的通断控制 着电梯的运行速度。另外，在变频器内部可通过参数设置，决定电梯的加减曲线、 过流过载保护和电流、速度、频率显示功能。 2.3.2 电梯运行速度的检测 对于电梯运行速度的检测一般采用的是光电编码器，光电编码器是一种集光、 机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、精度高、结构简单、体积小、 使用可靠、易于维护、性价比高等优点。近 10 几年来，发展为一种成熟的多规格、 高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、 高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。光电编码器可以 定义为：一种通过光电转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字量 的传感器，它主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的光电编码器由码盘 （disk） 、检测光栅（mask） 、光电转换电路（包括光源、光敏器件、信号转换电路） 、机械部件等组成。 一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以 及复合式三大类。按编码器运动部件的运动方式来分，可以分为旋转式和直线式两 种。由于直线式运动可以借助机械连接转变为旋转式运动，反之亦然。因此，只有 在那些结构形式和运动方式都有利于使用直线式光电编码器的场合才予使用。旋转 式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较长的 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 17 环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广泛的应用，本系统使用的是增量式光 电编码器。 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移， 但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的 脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度） 的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对 位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出 a、b 两相互差 电度角的脉冲信号 （即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参 考零位的 z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标 志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。 增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组 成。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量 周期；检测光栅上刻有 a、b 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源 和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙 错开 1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差 电度角。当码盘随着被 测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电 检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差 电度角的近似于正弦波的电信号， 电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。 增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可 达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。 其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息。 在大多数情况下，直接从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也 不规则，还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的要求。所以，在编码器内还 必须将此信号放大、整形。经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波。由于 矩形波输出信号容易进行数字处理，所以这种输出信号在定位控制中得到广泛的应 用。采用正弦波输出信号时基本消除了定位停止时的振荡现象，并且容易通过电子 内插方法，以较低的成本得到较高的分辨率。增量式光电编码器的信号输出形式有： 集电极开路输出（open collector）、电压输出（voltage output）、线驱动输出 （line driver）、互补型输出（complemental output）和推挽式输出（totem pole）。 推挽式输出方式由上下两个 npn 型的三极管组成，当其中一个三极管导通时， 另外一个三极管则关断。电流通过输出侧的两个晶体管向两个方向流入，并始终输 出电流。因此它阻抗低，而且不太受噪声和变形波的影响。主要应用领域有电梯、 纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 18 2.4 自动开关门的设计 任何种类的电梯绝大多数均要有开关门的机构，门电机是开关门的动力源，通 常采用直流电动机。门电机拖动线路通常由门电动机、开门继电器触点、关门继电 器触点及电阻分压线路等部分组成。该机构可以是人工手动的，也可以是电气机械 自动的。但现今已很少见到手动开关门的电梯了，仅仅对小型杂物电梯和简易居民 住宅电梯才使用手动开关门。 1.对自动开关门机构的要求及其速度调节方法 1）自动门机构必须岁电梯轿厢移动，即要求把自动门机构安装在轿厢顶上，除 了能带动轿厢门启闭外，还应能通过机械方法使电梯轿厢在各个楼层区安全范围内， 能方便地使各层的外层门也能随着轿厢门的启闭而同步启闭。 2）当轿厢门和某楼层的层门闭合后，由电器机械设备的机械钩子和电气接点的 当前状态决定调节方法。 3）开关门动作平稳，不得有剧烈的抖动和异常响声，按国家标准规定，开关门 系统在开关门过程中其运行噪声不得大于 65db。 4）关门时间一般为 35s，而开门时间一般为 2.54s. 5）自动门系统调整简单方便，便于维修。 6）门机电动机要具有一定的堵转能力。 为了使电梯的轿厢门和某层层门在启闭过程中达到快速平稳的要求，必须对自 动门机系统进行速度调节，以满足对自动门机控制系统的要求。一般调速的方法主 要有： 1）有小型直流伺服电机作自动门的驱动力时，通常采用电阻的串并联调速方法。 2）用小型三相交流转矩调动机作自动门的驱动力时，常用施加涡流制动器的调速 方法，现多用小功率变频调速方法。 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 19 2.4.1 行程开关 行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中， 将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开 关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部 件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各 类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中， 还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保 护。当电梯到达某楼层时，会触碰到行程开关，从而提醒单片机是否要电梯停下， 开门。 2.5 电梯的按键控制和楼层显示 在电梯的系统中，需要很多按键来完成对电梯的呼叫，并实时显示电梯的楼层 和运行方向，电梯所有的显示都采用发光二极管。 2.5.1 74ls147 的介绍 为了区分一些不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示，这就是编 码的含义。在二值逻辑电路中，信号都是以高、低电平的形式给出的。因此编码器 的逻辑功能就是把输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。目前 经常使用的编码器中有普通编码器和优秀编码器两类。在普通编码器和优秀编码器 两类。在普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。 在优先编码器中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 20 将所以的输入信号按优先先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优 先权最高的一个进行编码。本设计采用的是 74ls147 优先编码器，其引脚排列如图 所示。 图 2-2 74ls147 引脚图 147 为 10 线4 线优先编码器，进行 9 条数据线到 4 条 bcd 码数据线的编码。 当所有的 9 条数据线均为高电平时，出现十进制 0 的编码，不需要单独设置 0 输入 条件。 147 的逻辑图： 电梯的按键与 74ls147 的连接如图所示： 毕业设计（论文） 电梯控制系统的组成 21 单电 2.5.2 74ls154 的介绍的介绍 译码器的逻辑功能是将每个人输入的二进制代码译成对应的输出高，低电平信 号。因此，译码器是编码器的反操作。本设计采用的是 74ls154 译码器，其引脚排列 如图所示： 154 为 4 线16