电子工程师基本技能大赛设计报告- 智能电梯

电子工程师基本技能大赛设计报告参 赛 题 目： 智能电梯 学 院 班 级： 电气工程及自动化学院 学 生 姓 名： 学 生 专 业： 电气工程及其自动化 日 期 ： 2011-4-9电子工程师基本技能大赛组委会印制徐州师范大学电子工程师基本技能大赛设计报告目 录摘 要 II1绪论（或概述）. 12设计方案. 22.1硬件设计.22.2软件设计.73总 结 .8参考文献 .9附录 主要程序代码.11摘 要摘要是论文内容的简要陈述，是一篇具有独立性和完整性的短文，不少于300字。摘要的内容应包括目的、依据、方法、概要工作及其结果与结论，摘要中尽量不要出现“本文、我们、作者”之类的词汇，不宜使用公式、图表，不标注引用文献编号。避免将摘要写成目录式的内容介绍。（摘要正文为小4号宋体）关键词（小4号 黑体 顶格）：关键词用小4号宋体，每个关键词之间用“；”，结尾没有标点。关键词是供检索用的主题词条，应采用能覆盖文章主要内容的通用技术词条。关键词一般列35个。本设计由28BYJ-48步进电机、由ULN2003主构成的步进电机驱动模块、由52单片机构成的最小系统、矩阵键盘及指示灯系统等，通过编程来实现电机的转动从而实现电梯的上下运动，最终实现电梯的以下功能：（1）当某层有呼叫并有呼叫信号显示时，桥厢模型作相应的运动，并准确平层（2）当有多层呼叫时，桥厢模型将按说明中的电梯模型运行规则作相应的运动（3）能自动记录、显示桥厢模型当前到达的楼层编号。28BYJ-48步进电机通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的关键词：电梯；步进电机；驱动模块- 25 -1概述公元1765年瓦特发明了蒸汽机之后,1858年美国研制出以蒸汽为动力,并通过皮带转动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。后来又出现了采用液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯,这种掖压梯至今仍为人们所采用。但是，电梯得以兴盛发展的原因在于采用了电力作为动力来源.。在20世纪初,美国奥梯斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力,生产出以槽轮式驱动的直流电梯,从而为今天的高速度,高行程电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成,美国奥梯斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0MS的电梯。 从此以后,电梯这个产品,一直在日新月异的发展着.目前电梯产品,不但规格品种多,自动化强,而且安全可靠,乘坐舒服.近几年来,随着电子工业的发展,微处理机和电子计算机已成功的应用到电梯的电气控制系统中去,采用无触点元件的电梯电气控制系统已开始批量生产。19世纪，新的钢铁生产工艺在建筑界引发了一场革命。利用坚固耐用的金属梁作为建筑支撑物，建筑师和工程师可以建成数百米高、直冲云 霄的摩天大楼。步进电机控制系统主要由单片机、键盘、驱动放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分，该控制系统可实现 的功能：1)通过键盘启动暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向；2)通过发光二极管显示电机的所在楼层。单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人。2 设计方案2.1 硬件设计2.1.1 52单片机的最小系统模块（1）复位电路复位电路简介：为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。（2）晶振电路单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。2.2.2电源模块 为使电路设计简单，生产成本低，电源电压稳定，选择使用集成稳压芯片7805为单片机、IN4007等供电。7805是一种固定式的三端集成稳压器，它可以在满足一定条件下输出5V电压，电流最大一般是1A.2.2.3 矩阵键盘模块 矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。在“单片机系统”区域中，把单片机的P3.0P3.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“44行列式键盘”区域中的M1M4，N1N4端口上。在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0P0.7端口连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个ah端口上；要求：P0.0对应着a，P0.1对应着b，P0.7对应着h。面板是微机仪器的重要组成部分。面板主要包括显示器和键盘，通过面板对系统进行操作。一般的单片机控制仪表的面板均含有数码管、发光管和按键，本文的仪器面板就是针对这个领域而开发的。在仪器面板的设计中，键盘显示电路的设计一般采用三种方式，第一种为并行口动态扫描方式，该方式硬件简单、软件编程方便，与主板的信号连线多；第二种为串行口静态扫描方式，此方式使用串行芯片多，与主板的信号连线少；第三种为串行口动态扫描方式，此方式具有硬件简单、与主板信号连线少的优点，一般采用专用的串行口键盘显示芯片设计。考虑到专用芯片成本较高，我们用普通芯片设计了串行口动态扫描方式的仪器面板。每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。键盘的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么？还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地；另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。 用单片机的并行口P3连接44矩阵键盘，并以单片机的P3.0P3.3各管脚作输入线，以单片机的P3.4P3.7各管脚作输出线，在数码管上显示每个按键 “0F”的序号。实际上，键盘、显示处理是很复杂的，它往往占到一个应用程序的大部份代码，可见其重要性。2.2.4步进电机 28BYJ-48步电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）2.2.5电机驱动模块 红线接电源5V，橙色电线接P1.3口，黄色电线接P1.2口，粉色电线接P1.1口，蓝色接P1.0口。由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，如下：橙A P1.3黄B P1.2粉C P1.1蓝D P1.0十六制（P1口）1 0000x0811000x0c01000x0401100x0600100x0200110x0300010x0110010x09顺序刚好相反2.2 软件设计2.2.1软件设计流程图开始初始化键盘扫描N判断Y指示灯显示电机运动楼层显示3 总结通过这次电子工程师基本技能大赛的学习和实践，使我们提高了自学能力和独立思考解决问题的能力。在基于基于单片机的步进电机控制设计中，我学到了很多跟专业相关的知识，使我们提前接触了很多与专业相关的知识。设计单片机控制电路期间，我们经常到网上下载、到图书馆等查找相关的资料，首先从最基本的硬件设计到电路设计到编程，把这些设计方案、设计内容、设计思路了解清楚，对整个设计有一个大概的模型，然后再进一步的设计，整个过程也确实学到了不少知识和设计方法，完善了我们的知识结构。尽量做到理论联系实际，使我对原来的知识和以后将要学习的知识有了进一步的扩充和加深。但仍有些知识不能完全理解其涵义，存在很多的不足，还需要多方面的学习和探讨。设计的最终结果我们很早就开始设计电梯的电路，最后决定采用28BYJ-48步进电机，但作出的结果却不尽人意，由于电机功率的限制，电梯上下运动的速率很慢，我们改变了硬件的一些整体设计，采用加负载、改变滑轮组设计后效果也不是十分明显。后来我们又采用过用过舵机来实现拖动还是不行。总之硬件设计的过程中转换过几个思路，使我们锻炼了思维。虽然在设计过程中较辛苦，有很多东西从未接触过，但我们还是尽心尽力的去完成电梯的设计。从中学到了许多东西，提高了思维能力、我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。总之，是让我受益匪浅的。参考文献单片机程序设计基础 周航慈 单片机应用程序设计技术 周航慈 单片机的C语言应用程序设计 马忠梅等 PLC编程理论.算法及技巧 宋伯生 8051单片机实践与应用 吴金戌等51单片机C语言教程郭天祥答辩记录表学生姓名： 学院： 电气工程及其自动化 班级： 答辩地点： 答辩内容记录：附录程序#include /52系列单片机头文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int uchar key;sbit P30=P30;sbit P31=P31;sbit P32=P32;sbit P33=P33;sbit P20=P20;sbit P21=P21;sbit P22=P22;sbit P23=P23;sbit P24=P24;sbit P25=P25;sbit P26=P26;sbit P27=P27;sbit P00=P00;sbit P01=P01;sbit P02=P02;sbit P03=P03;sbit P04=P04;sbit P05=P05;sbit P06=P06;sbit P07=P07;int z;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-) /i=xms即延时约xms毫秒for(j=110;j0;j-);void matrixkeyscan()uchar temp; 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