毕业设计（论文）-滚动电梯节能安全控制系统设计.doc

20132013 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 分类号分类号： 题目：题目：滚动电梯节能安全控制系统设计滚动电梯节能安全控制系统设计 作作 者者 姓姓 名：名： 学学 号：号： 20110801282011080128 院院 （系）：（系）： 机械与电子工程学院机械与电子工程学院 专专 业：业： 电子信息工程电子信息工程 指指 导导 教教 师：师： 指导教师职称：指导教师职称： 副教授、工程师副教授、工程师 20132013 年年 4 4 月月 2020 日日 Year 2013 Bachelor Graduation Assignment Title: The design for the system of energy-saving and safety ocontrollment of scroll elevator Author: Sun Haizhong Student ID: 2011080128 Department: Collage of Mechanical and Electronic Engineering Major: Electronic and Information Engineering Instructor: Tang Yonggang、Si Zhiliang Professional Title: Associate Professor、Engineer April 20th,2013 摘摘 要要 本毕业设计设计并制作了滚动电梯节能安全控制系统。 节能控制系统组成包括单片机最小系统、语音模块、激光检测模块、交流 电机驱动模块、继电器模块等。电梯入口处和出口处分别设一组和两组激光， 当有人进入口处时，激光被阻断，入口计数器便自加，单片机控制晶闸管 BTA41 的导通角，从而实现对电机调速的控制（缓慢加速之正常速度） ；当乘客 出出口时，第一组激光被阻断，出口计数器 1 便自减 1，直至计数器减为零， 电机减速至停止。紧接着定时器开始定时，若出口处第二组激光长时间未被阻 断，单片机会给语音模块触发信号，语音芯片 WTV020 工作并驱动扬声器播报 “出口处，请勿逗留”,此时如果出口第二组激光被阻断,出口计数器 2 自减 1，直至减为 0，语音停止播报。出口计数器的初值等于入口计数器终值。 防倒转控制系统由单片机最小系统、电机正反转检测模块、语音模块、继 电器模块、交流电机驱动模块等组成。霍尔传感器检测电机的正反转，一旦检 测到电机发生倒转:首先，防倒转控制模块的单片机会给该模块中用作开关的三 极管的基极高电平。其次，继电器模块的 12V 供电电路和电机驱动模块的供电 电路开路。最后，电机会停止运转，同时语音播报“系统故障，请勿慌张” 。 通过制作出来的实物验证，本设计达到了预期的目的。 关键词：滚动电梯； 节能； 安全； 单片机； 激光； 语音； 防倒转； 霍 尔传感器 ABSTRACT This graduation assignment design and make the system of energy-saving and safety of the scroll elevator. Energy-saving control system consists of the minimum system of MCU, voice module, laser detection module, AC motor drive module, relay module. The entrance and exit of elevator are respectively provided with a group and the two group of laser. When someone enters the entrance, the laser is blocked and the counter of entrance sums ,and MCU control conduction angle of BTA41so as to control the speed of the motor ( The motors speed slowly increase to the normal.) When the passengers out of export and the first group of laser is blocked, the number 1 export counter minus 1 until the counter is reduced to zero so as to the motor ranges from slow speed to stop. Then the timer begins timing, MCU will give voice module trigger signal, and voice chip WTV020 and drive the loudspeaker to broadcast Exit, do not stay if the exit of the second groups of laser is not blocked for a long time. Meanwhile ,if the second sets of exit laser is blocked, the number 2 exit counter minus 1until it reduced to 0, a voice stopped broadcasting. The initial value of the exit counter is equal to the end value of the entrance of counter. The control system of persisting reversed action consists of the minimum system of MCU, motor reversing detection module, voice module, relay module. Holzer sensor for the detect the positive and negative action of the motor, once it detected the reversals of the motor: Firstly, MCU will give high level to the base level of triode which acts as switch in the module of resisting reversal . Secondly, The 12V power supply circuit of relay module and the power supply circuit for AC motor drive module disconnect. Finally, the motor will stop running, at the same time, voice broadcast System failure, do not panic . Through physical verification to make out, this design achieves the expected intention. Key words: Scroll Elevator; Fuel-Saving; Safety; MCU; Laser; Voice; Anti-reversing; The Holzer Sensor 目 录 绪论1 1 系统设计方法概述3 2 硬件实现6 2.1 单片机最小系统电路6 2.1.1 单片机部分6 2.1.2 复位电路8 2.1.3 时钟电路8 2.1.4 串行通信电路8 2.1.5 电源接口电路9 2.2 功能电路部分 9 2.2.1 节能安全控制和防倒转控制模块9 2.2.2 激光模块 13 2.2.3 语音模块 14 2.2.5 继电器和电机驱动模块 16 2.2.6 电机正反转检测模块 21 3 软件实现 23 4 测试及结果 24 结论 25 参考文献 26 附录一 程序代码27 附录二 节能控制模块 PCB41 附录三 防倒转控制模块 PCB42 附录四 语音模块 PCB43 附录五 继电器模块 PCB44 附录六 交流电机驱动 PCB45 附录七 电机正反转检测模块 PCB46 致谢 47 宿州学院毕业设计 1 绪论 在火车站、地铁、商场等公共场所常常会使用滚动电梯，它的方便大家有目共 睹。但我们也经常看见，即使没有人乘坐，电梯仍会工作。这样不仅降低电梯使用 寿命，而且极大的浪费电能。如何能够有效的节约电能，这是本系统设计的一大初 衷。 使电梯在没有乘客时不工作是十分有效的节能方法，在电梯入口处和出口处各 放置一组激光探测装置。通过激光探测此时电梯上是否有人，只有在有人时电机才 会工作，不仅能达到节能的目的，而且也能提高电梯的使用寿命。 安全可靠始终是设计滚动电梯控制系统的最根本出发点。一方面，电机启动至 完全运行需要一个过渡的过程，这样可避免乘客乘电梯时因电梯突然运行而带来的 不适感。另一方面，防倒转也是我们考虑的重点。特别是最近两年频发由滚动电梯 逆行而引发的事故。例如，北京时间 2011 年 7 月 5 日早 9：36，北京地铁四号线动 物园站 A 口上行电扶梯发生设备故障，原本是上行的电梯突然下滑，很多人防不胜 防，人群纷纷跌落，导致踩踏事件的发生，事故造成 1 人死亡，2 人重伤，26 人轻 伤（事故现场如下图所示）。 北京地铁四号线电梯事故现场图片 在离电梯入口 2 米出设置一组激光，当乘客碰到它时，电机会启动，待乘客上 电梯时，此时的电梯已经完全启动。此外，在电梯上安装倒转检测装置，一旦电梯 发生倒转，即刻切断电机电源，并使电梯缓慢停止。 单片机技术发展多年，而且简单易行。滚动电梯是十分常见的，其系统相对简 单，用 STC89C52RC 等单片机能十分有效的对其进行控制。信号采集部分使用激光检 测技术和霍尔传感技术。用单片机对获得的信号进行分析、处理，实现对电梯的节 能控制和防倒转控制。以语音播报形式提示乘客”电梯出口处，请勿逗留。 ” ， “系统 故障，请大家不要慌张” 。本设计所需硬件设备虽较少，但能有效的实现目的，达到 令人满意的效果。 系统设计方案概述 2 1. 系统设计方法概述 1.1 简要方案 根据绪论所产生的设想及方案构思，产生了以下的设计方案。在电梯入口处和 出口处分别设有一组和两组激光（滚动电梯及激光分布示意图如图 1-1 所示） ，每组 激光都与单片机的 I/O 相连，一般情况下，I/O 口成高电平。当有人经过时就会阻 断激光，使 I/O 口呈现低电平。单片机就会对产生的信号进行处理，控制电梯电机 的运转和语音播报系统。此外，由霍尔传感器检测到的电机正反转信号，经单片机 处理、分析，此时单片机同样会发出控制电机运转和语音播报系统的信号。由上我 们将要实现的功能原理图分为七个模块，最后要刻成六个电路板： （1）激光模块。 （2）继电器模块。 （3）语音模块。 （4）节能安全控制模块。 （5）防倒转控制模块。 （6）电机正反转检测模块。 （7）电机驱动模块。 其中功能模块的方框图如图 1-2 所示 图 1-1 滚动电梯及激光分布示意图 宿州学院毕业设计 3 图 1-2 功能模块的方框图 1.2 设计需求 设计需求简要框图如图 1-3 所示。 （1）在电梯入口和出口处分别设置一组和两组组激光装置，当电梯上没有人时， 计数器值为零，电梯平缓减速至停止； （2）当有人通过入口前的激光装置时，计数器值不为零，单片机对产生的信号 进行处理，然后控制电机缓慢启动至平稳速度； （3）如果有人长时间停留在出口处，系统提示“电梯出口处，请勿逗留” ； （4）为了保证电梯上乘客的安全，只要计数器的值不为零，电机就不能停止工 作。 （5）如果检测到电机倒转，系统提示“系统故障，请勿慌张” ，并切断电机电 源。 电机正反 转检测模 块(采集电 机正反转 信号) 激光模块 （采集乘 客进出信 号） 单片机控制 模块（节能 和防倒转） 电 机 驱 动 模 块 电 机 运 转 继 电 器 模 块 语 音 模 块 系统设计方案概述 4 图 1-3 设计需求简要框图 信号采集系 统 电梯上无人 有人准备上电 梯时 有人长时间停 留在电梯出口 检测到电机倒 转 电梯平缓减速至停止 电梯平缓加速至平稳 速度 系统提示乘客离开出 口 系统提示乘客勿慌张 并切断电机电源 宿州学院毕业设计 5 2. 硬件实现 2.1 单片机最小系统电路 2.1.1 单片机 本课题使用的单片机芯片为 STC89C52RC，如图 2-1 所示。 图 2-1 单片机芯片示意图 其引脚按其功能可分为如下 3 类： （1）电源及时钟引脚：VCC、GND、XTAL1、XTAL2。 （2）控制引脚：Error!Error!、ALE/Error!Error!、Error!Error!/VPP、RST（RESET） （3）I/O 口引脚：P0、P1、P2、P3，为 4 个 8 位 I/O 口 2.1.1.1 电源及时钟引脚 （1）VCC（40 脚）：+5V 电源。 （2）GND（20 脚）：数字地。 2.1.1.2 时钟引脚 （1）XTAL1（19 脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。用作 片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。外接时钟源时，该脚接外部时钟 振荡器的信号。 （2）XTAL2（18 脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器， 该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部时钟源时，本脚悬空。 硬件实现 6 2.1.1.3 控制引脚 （1）RST (RESET，9 脚) 复位信号输入，该引脚加上持续时间大于 2 个机器周期的高电平，可使单片 机复位。正常工作，此脚电平应 0.5V。当看门狗定时器溢出输出时，该脚将输 出长达 96 个时钟振荡周期的高电平。 （2）Error!Error!/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31 脚) Error!Error!：引脚第一功能，外部程序存储器访问允许控制端。Error!Error!=0，在 PC 值不超出 0FFFH（即不超出片内 4KB Flash 存储器的地址范围）时，单片机读片内 程序存储器（4KB）中的程序，但 PC 值超出 0FFFH （即超出片内 4KB Flash 地址范 围）时，将自动转向读取片外 60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。 Error!Error!=1，只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为 0000HFFFFH， 片内的 4KB Flash 程序存储器不起作用。 VPP：引脚第二功能，对片内 Flash 编程，接编程电压。 （3）ALE/Error!Error!（Address Latch Enable/Programing，30 脚） ALE：引脚第二功能,ALE 为 CPU 访问外部程序存储器或外部数据存储器提供 地址锁存信号，将低 8 位地址锁存在片外的地址锁存器中。 Error!Error!：引脚第二功能，对片内 Flash 编程，为编程脉冲输入脚。 （4） Error!Error!（Program Strobe ENable，29 脚） 片外程序存储器读选通信号，低电平有效。 2.1.1.4 并行 I/O 口引脚 （1）P0 口：8 位，漏极开路的双向 I/O 口 当外扩存储器及 I/O 接口芯片时，P0 口作为低 8 位地址总线及数据总线的分时 复用端口。 P0 口也可用作通用的 I/O 口，需加上拉电阻，这时为准双向口。作为通用 I/O 输入，应先向端口写入 1。可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 （2）P1 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 准双向 I/O 口，作为通用 I/O 输入时，应先向端口锁存器写 1。P1 口可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。P1.5/MOSI、P1.6/MISO 和 P1.7/SCK 可用于对片内 Flash 存储器 串行编程和校验，它们分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。 （3）P2 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 当单片机扩展外部存储器及 I/O 口时，P2 口作为高 8 位地址总线用，输出高 8 位地址。 P2 口也可作为普通的 I/O 口使用。当作为通用 I/O 输入时，应先向端口输出锁 存器写 1。P2 口可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 （4）P3 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 宿州学院毕业设计 7 可作为通用的 I/O 口使用。作为通用 I/O 输入，应先向端口输出锁存器写入 1。可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 P3 口还可提供第二功能。第二功能定义见表 2-1，应熟记。 表 2-1 P3 口第二功能定义 引脚 第二功能 说明 P3.0 RXD 串行数据输入口 P3.1 TXD 串行数据输出口 P3.2 Error!Error! 外部中断 0 输入 P3.3 Error!Error! 外部中断 1 输入 P3.4 T0 定时器 0 外部计数输入 P3.5 T1 定时器 1 外部计数输入 P3.6 Error!Error! 外部数据存储器写选通 输出 P3.7 Error!Error! 外部数据存储器读选通 输出 2.1.2 复位电路 无论是单片机刚开始接上电源，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机 复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状 态开始工作。复位电路由电容串联电阻组成，由图并结合“电容电压不能突变”性 质，可以知道当系统一通电，RST 引脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时 间由电路的 RC 值来决定，典型的单片机当 RST 引脚的高电平持续两个机器周期以上 就将复位。电路图如图 2-2 所示。 图 2-2 复位电路 硬件实现 8 2.1.3 时钟电路 时钟电路用于生产单片机工作所需要的时钟信号。在 MCS-51 系列单片机内部有 一个高增益反向放大器，其输入端引脚为 XTAL1，其输出端引脚为 XTAL2。 一般的，电容 C1、C2 取 30pF 左右，晶振振荡频率越高，系统时钟频率越高， 单片机的运行速度也越快。在通常情况下，使用频率为 6MHz 或 12MHz 的晶振。本系 统中使用了单片机的串行口通信，一般晶振的频率采用 11.0592MHz，两个电容采用 22pF。电路图如图 2-3 所示。 图 2-3 时钟电路 2.1.4 串行通信电路 本部分的主要作用是单片机与 PC 机的信息交互。使编好的程序能下载到单片机 中，使所设计的系统能按照预先的设想工作，其电路图如图 2-4 所示。 图 2-4 串行通信电路 2.1.5 电源接口部分 本部分的作用是给整个单片机系统供电，使其正常运转。电路图中 DC 为电源接 口，可接入电源。通过连线将电源接入电路。电路图如图 2-5 所示。 宿州学院毕业设计 9 图 2-5 电源接口电路 2.2 功能电路部分 2.2.1 节能控制和防倒转控制模块 2.2.1.1 滚动电梯节能控制模块 该模块是主控模块，它通过接口将其他模块与之连接在一起，是整个滚动节能 安全控制系统的中枢。具体包括单片机最小系统、语音接口、激光接口、交流电机 控制接口、控制电机处于反转状态的接口等。该模块的单片机对上述接口送来的信 号进行分析，并对应发出控制信号，从而实现对电机的控制和播报语音。该模块的 电路原理图、对应的 PCB 图以及实物图分别如图 2-6、附录二以及图 2-7 所示。 硬件实现 10 图 2-6 节能安全控制模块原理图 宿州学院毕业设计 11 图 2-7 节能安全控制模块实物图 2.2.1.2 防倒转控制模块 该模块包括单片机最小系统、电机正反转检测模块接口、语音模块接口、切断 继电器模块供电电源控制电路等。一旦正反转模块检测到电机反转，该模块单片机 会接收到反转信号，并切断控制电机驱动模块的继电器模块电源。并控制语音模块 发出播报信息。该模块的电路原理图、PCB 图以及实物图分别如图 2-8、附录三和图 2-9 所示。 硬件实现 12 图 2-8 防倒转电路原理图 宿州学院毕业设计 13 图 2-9 防倒转控制模块实物图 2.2.2 激光模块 本模块用于检测是否有人出入电梯，用于信息的采集。 本设计系统中，在电梯入口处安装一组激光，出口处安装一组激光，离出口两 米处再安装一组激光。一般情况下，没有人员阻断激光，激光正常导通，与单片机 的 I/O 引脚相连表现为高电平状态。当有人阻断激光是，电平由高变低。 一开始没有人在电梯上，电梯电机处于不工作状态。当有人从入口处进入时， 电机开始工作。当人离开电梯时，分两种状况。一是人出电梯但逗留在电梯出口处， 此时语音提示乘客“请勿在电梯出口处逗留” ；另一种是人出电梯直接离开电梯，语 音系统不会播报提示，此时电梯才停止工作，从而达到节能的目的。其具体工作情 况如下： (1)当没有人员阻断激光时，激光正常导通，与单片机的 I/O 引脚相连表现为 高电平状态。 (2)当有人阻断激光时，电平由高变低，计数器计数。 (3)在入口处计数器为加，出口处为减。 (4)没有人在电梯上时，电梯电机处于不工作状态。当有人从入口处进入时，计 数器计数， 其数值不再为零，电机开始工作，直到计数器数值变为零时，电机才停 止工作。从而达到节能的目的。 其电路图如图 2-10 所示。 硬件实现 14 图 2-10 激光模块接口 2.2.3 语音模块 本模块用于提示乘客下电梯了不要在电梯出口处逗留以及电机倒转时提示乘客 请勿惊慌。 AMS1117 的作用是为语音芯片提供 3.3V 的电压，两端的电容是为了电压，去除 微小电压的干扰。语音芯片(插在 J3 上)WTV020 是双线串口控制。工作电压为 DC2.8V5.5V 。语音芯片工作，LED 灯亮；否则 LED 不亮。 其接口电路图、PCB 图以及实物图分别如图 2-11、附录四和图 2-12 所示。 宿州学院毕业设计 15 图 2-11 语音模块接口图 硬件实现 16 图 2-12 语音模块接口实物图 2.2.4 继电器和电机驱动模块 2.2.4.1 继电器模块 本模块用于控制电机，从而控制电梯的运转与停止。采用继电器驱动，启动充 电控制。由于继电器控制端线圈工作电流比较大，所以不能用单片机驱动继电器， 而需要在单片机的输出端加上一个 ULN2004。 模块的每个输出端能够提供较大的负载电流，能增加单片机输出端口带负载的 能力。当 ULN2004 的一个输入端为高电平时，它对应的输出端是低电平，它连接的 继电器线圈就得电，相应线圈就有电流通过。在继电器的两端并联了阻容滤波电路， 用来吸收继电器吸合、关断时产生的瞬时高压。其原理图、PCB 图以及实物图如图 2-13、附录五和图 2-14 所示。 宿州学院毕业设计 17 图 2-13 继电器模块原理图 硬件实现 18 图 2-14 继电器模块实物图 2.2.4.2 交流电机驱动模块 它主要由三角波波产生电路、加法器、PWM 波输出电路、DA 转换电路等组成。 电路中若干芯片功能简述如下： （1）PCF8591：晶闸管单片移相触发集成电路，是一个单片集成、单独供电、 低功耗、8-bit CMOS 数据获取器件。PCF8591 具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1 个串行 I2C 总线接口。PCF8591 的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程， 允许在同个 I2C 总线上接入 8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在 PCF8591 器 件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I2C 总线以串行的方式进 行传输。TCA785 通过一个高阻抗的电阻从线路电压（V5）引入一个同步信号。在通 过一个零电压检测器后，传送到同步寄存器。这个同步寄存器能控制锯齿波的产生， 他的电容 C10 通过一个固定的电流（由 R9 确定）充电。如果锯齿波电压 V10 超过了 控制电压 V11（触发角度） ，信号就作为逻辑信号处理。根据控制电压的大小，触发 角度 可以在 0180 的相位之间移动。每一个半波，正向脉冲，在 Q1 和 Q2 输出端有 30s 的迟延。通过电容 C12，这个迟延可延长到 180。如果管脚 12 接地，脉冲迟 延则在和 180之间。 Q1 和 Q2 的输出信号为 Q1 和 Q2 提供了反相信号。 一个相 位为+180的信号可以用来控制外部逻辑，可应用于管脚 3。 应用于输出端 QZ 的 信号是 Q1 和 Q2 的非端输出信号。 禁止输入端可以使 Q1, Q2 和 Q1，Q2 的输出无 宿州学院毕业设计 19 效。 管脚 13 可以使 Q1，Q2 输出达到最大脉冲长度。 （2）ICL7660：ICL7660 是 Maxim 公司生产的小功率极性反转电源转换器。 ICL7660 的静态电流典型值为 170A，输入电压范围为 1.5-10V，(Intersil 公司 ICL7660A 输入电压范围为 1.5-12）工作频率为 10 kHz 只需外接 10 kHz 的小体积电 容，只需外接 10F 的小体积电容效率高达 98合输出功率可达 700mW（以 DIP 封 装为例） ，符合输出 100mA 的要求。 （3）MOC3021：是一款光隔离三端双向可控硅驱动器芯片。MOC3021 包含一个 砷化镓红外发光二极管和一个光敏硅双向开关，该开关具备跟三端双向可控硅一样 的功能。MOC3021 设计用于为电子控制装置和电源双向控制装置提供接口，以便对 115 VAC 操作电压下的电阻和电感负载进行有效控制。 （4）LM393:电压双比较器。 （5）LM358：加法器我们选用 LM358 芯片。加法器电路中的滑动变阻器可以调 节输入到比较器中的参考电平。 (6)TLP521：PWM 波输出电路中我们加入了一个光电耦合器件 TLP521，它可以起 到隔离电压的作用。 该模块原理图、PCB 图以及实物图如图 2-15、附录六和图 2-16 所示。 硬件实现 20 图 2-15 交流电机驱动原理图 宿州学院毕业设计 21 图 2-16 交流电机驱动模块实物图 2.2.5 电机正反转检测模块 该模块的核心器件是霍尔传感器，霍尔传感器是根据霍尔效应制成的。将半导 体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致是，半导体薄片上平行于电 流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应，该电动势称霍尔 电势，半导体薄片称霍尔元件。 电机的正反转信号是先通过霍尔传感器接收，然后经 D 触发器将其传递给防倒 转控制模块的单片机，单片机会做相应的控制。电机正反转相应的指示灯会点亮。 其原理图、PCB 图以及实物图如图 2-17、附录七和图 2-18 所示。 硬件实现 22 图 2-17 电机正反转检测模块原理图 图 2-18 电机正反转检测模块实物图 宿州学院毕业设计 23 3 软件实现 当需要使用电梯的时候，电梯会运转，将乘客顺利送上楼，以这种方式来节约 电能。当有人经过电梯入口时，电梯慢慢加速至正常速度。当乘客出电梯时，一是 停留在出口处，此时语音提示乘客“请勿在电梯出口处逗留” ；另一是乘客直接走出 出口处，电梯停止。当电梯倒转逆行时，此时语音提示乘客“系统故障，请勿慌张” 。 程序流程图如图 3-1 所示。 系统程序代码见附录一。 使用 KEIL 软件编译调试，将产生的 hex 通过最小系统中的串行通信口将文件下 载到单片机中，从而使整个系统正常工作。 图 3-1 程序算法流程图 测试及结果 24 4 测试及结果 4.1 节能控制系统测试及结果 （1）一人进入电梯并且他阻断距离 1 米入口处的激光时，电梯开始缓慢加速至 正常运转速度。出口处设有两道激光，一道紧靠出口，另一道距离出口 1 米。当此 乘客离开电梯并阻断第一道激光时，电梯停止运行。如果该乘客在规定的时间内未 阻断出口处得第二道激光，此时语音系统播报提示”电梯出口处，请勿逗留” ，直至 第二道激光被阻断，语音系统停止播报。 （2）多人进入电梯时，在此只阐述两人入电梯。当两人先后进入电梯时，电梯 运行，电梯控制系统记忆进入电梯的人数。只有进入电梯的所有乘客都阻断过电梯 出口处得第一道激光，电梯才停止运行。在设定的时间内，只要有人未阻断电梯出 口的第二道激光，语音系统播报提示”电梯出口处，请勿逗留” ， 直至所有人都通 过出口第二道激光，语音系统停止播报。 4.2 防倒转控制系统测试及结果 本设计能模拟电梯倒转的情况。按下模拟电梯倒转按键，电梯先正转，并且正 转指示灯亮。经过一段时间，电梯停止运行并开始倒转（倒转指示灯亮,正转指示灯 灭） 。系统检测到倒转，会立即做出反应，切断电源，电梯停止运行，倒转指示灯均 灭。 宿州学院毕业设计 25 结论 这次设计，虽然系统的功能实现了，但在设计和开发的过程中我们也遇到了很 多问题和错误，但随着错误的解决，我学到了更多的东西，留下了很深刻的影响： （1）重温在校期间所学的知识，很好地将理论与实际问题联系起来。 （2）深刻地体 会到耐心、信心以及细心在处理问题时的重要性。 滚动电梯是十分常见的，用 STC89C52RC 等单片机能十分有效的对其进行控制。 采集部分使用激光检测技术以及霍尔传感器，用单片机对信号进行分析、处理，以 语音播报提示乘客“不要在电梯出口处逗留”和“系统故障，请勿慌张” ，并控制电 机的运转情况。本设计所需硬件设备很少，但能有效的实现目的，达到令人满意的 效果。 节能是本课题研究的一大重点，保证电梯无人时不运行，是达到目的的重要途 径，因而引入了激光检测技术。同时我们要看到安全是衡量电梯可靠性的最根本指 标，特别是近两年频发的电梯事故，使得电梯安全成为人们关注的焦点。近来的电 梯事故多是由电梯逆行引发的，本课题引入的霍尔传感器作为防倒转检测的传感器 敏感元件，一旦检测电梯逆行，单片机会做出反应，切断电机的供电电源。此外， 系统加了语音播报功能，丰富了电梯控制系统的功能。尽管当下的电梯控制系统已 经比较完备了，但系统保养还很不到位，从而埋下了安全隐患。相比于以 PLC 作为 控制系统的核心，基于单片机为核心控制部件的系统，既能满足功能要求，也能降 低成本。 参考文献 26 参考文献 1 李华.可编程控制器（PLC）在电梯设计中的重要作用J.科技与经济.2010,8(3):170-180. 2 田强,姬长英.单片机和 THB6128 构成的步进电机控制器设计J.江西农业报.2010,6(5):98-100. 3 黄桂梅，刘永立.PLC 电梯控制系统的设计与实践J.制造业自动化.2007,7(4):81-82. 4 王静霞.单片机应用技术M.北京:电子工业出版社(C 语言版),2010,30-180. 5 胡宴如.模拟电子技术M.北京:高等教育出版社(第 2 版),2009,30-100. 6 唐程山.电子技术基础M.北京:高等教育出版社(第 1 版),2007,24-286. 7 梁丽秀.基于 PLC 的电梯控制系统设计J.科技致富向导.2011,12(4):12-13. 8 涂从欢.电力拖动系统中能量回馈控制的设计J.电气传动.2013,12(2):03-05. 9 车永军.浅谈旧标准电梯的缺陷与对策J.科技情报开发与经济.2005,3(8):18-19. 10 罗布次仁,张大鹏,付东彬.试论电梯安全保护系统J.西藏科技.2010,10(5):10-11. 11 高崎一彦.电梯的安全装置P.中国专利,CN101670967.2010-03-17. 12 谭浩强.C 程序设计M.北京:清华大学出版社(第四版),2010,37-330. 宿州学院毕业设计 27 附录一 /*节能控制系统程序代码 */ /*节能控制系统 MAIN.C*/ #include #includePCF8591.h #includeWTV020.h #define up1 /加速 #define down2 /减速 #define stop3 /停止 #define star4 /保持速度运行 #define max255 /最大速度(0255) #define min0 /最小速度 #define change10 /每次速度改变大小 unsigned char Status=0; int ChaoShi =0; /超时变量 int ShengYu =0; int ZhiLiu =0; bit ChaoShiYuYinFlag=0; /开超时语音 void Delay(unsigned int m) unsigned char base; while(m-) for(base=120;base;base-); sbit IN =P32; sbit OUT =P33; sbit ZhiLiu_PORT=P34; /停滞检测 void Counter_Init(void) TMOD=0 x10; /*定时器 0:16 位定时模式 定时器 1：16 位计数模式*/ ET1=1;/*禁止定时器 1 中断*/ 参考文献 28 TR1=1 EA=1; main() unsigned int Click=0; unsigned char rad=0,set=0,PWM=0; Counter_Init(); Write_PCF8591(0,PWM); /电机停止 while(1) switch(Status) case up: if(PWM(min+change) PWM-=change; /减速 else Status=stop; break; case stop: PWM=min; /停机 break; case star: PWM=max; break; default:break; Write_PCF8591(0,PWM); Delay(40); if(ChaoShiYuYinFlag=1) /滞留超时播报语音标志 宿州学院毕业设计 29 Read_Voice(21); ChaoShiYuYinFlag=0; void Timer0_ISR(void) interrupt 3 TH1=(65536-110592*5/12)8;/11.0592Mhz 50ms TL1=65536-110592*5/12; ChaoShi+; if(IN=0) while(IN=0); ShengYu+; Status=up; if(OUT=0) while(OUT=0); if(ShengYu!=0) ZhiLiu+; ShengYu-; ChaoShi=0; if(ShengYu=0) ShengYu=0; Status=down; if(ZhiLiu_PORT=0) while(ZhiLiu_PORT=0); ZhiLiu-; if(ZhiLiu100) /开超时语音 /*节能控制系统 PCF8591.C*/ #include #include sbit SDA=P00; sbit SCL=P01; #define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); bit bdata SystemError=0; /从机错误标志位 /* PCF8591 专用变量定义 */ #define PCF8591_WRITE0 x90 /0 x9E #define PCF8591_READ 0 x91 /0 x9F unsigned char idata receivebuf4; /数据接收缓冲区 /- / 函数名称： iic_start() / 函数功能： 启动 I2C 总线子程序 /- void iic_start(void) /时钟保持高，数据线从高到低一次跳变，I2C 通信开始 SDA = 1; SCL = 1; delayNOP(); / 延时 5us delayNOP(); SDA = 0; delayNOP(); delayNOP(); SCL = 0; /- / 函数名称： iic_stop() 宿州学院毕业设计 31 / 函数功能：