【《电梯安全控制系统设计及Proteus仿真模型分析》11000字（论文）】

目录STYLEREF"标题1"绪论[21]。蜂鸣器有源蜂鸣器和无源蜂鸣器之分，本设计采用电磁式有源蜂鸣器，如REF_Ref70707503\h图3-6所示。有源蜂鸣器内部具有简单的振荡电路，可以将直流电转化为一定频率的脉冲信号，因此可以工作在直流电下。器件选择1、选用器件：电磁式有源蜂鸣器；ESP8266串口WIFI模块。图3-SEQ图3-\*ARABIC6有源蜂鸣器2、器件组成和特性：有源蜂鸣器的供电采用直流电压。自激振荡回路在正向偏压的情况下产生一个振荡信号来驱动振动系统起振而发出声音，其工作流程如REF_Ref70707544\h图3-5所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC7电磁式蜂鸣器工作流程为了使报警信息能够被管理人员接受到，器件选择了ESP8266串口WIFI模块，如REF_Ref71127092\h图3-8所示。8266模块可用于传输各种报警信号，通过WIFI网络实现通讯，用于管理人员对电梯安全情况的掌握。8266模块的线路连接：有四个端口，VCC接3.3V电源，GND接地，RX接P3.0，TX接P3.1。8266WIFI模块一边接单片机，一边接手机。连接好之后，其便可在手机应用程序“网络调试助手”中增加IP地址，如REF_Ref71130486\h图3-9。连接WIFI后，便可显示单片机传输数据，如压力值、烟雾浓度、手动报警。图3-SEQ图3-\*ARABIC8ESP8266串口WIFI模块图3-SEQ图3-\*ARABIC9网络调试助手WIFI连接应急（通讯）报警电路设置电梯内部报警按钮是为了方便乘客在遇到危机情况或突发故障时，可以从内部手动报警求助，防止电梯内外无法进行信息交流。管理人员可以及时收到求救信号，确保了乘客的安全。1、线路连接有源蜂鸣器的引脚连接图如REF_Ref70708029\h图3-9所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC10蜂鸣器接线图由于单片机本身输出电流较小，其输出的TTL电平无法驱动蜂鸣器，在晶体管的构造中，发射极的电流要比基极和集电极的电流大，因此通过PNP型晶体管设计出一个电流放大电路，蜂鸣器不直接与单片机相连，而是通过晶体管连接。蜂鸣器一端接晶体管的发射极，另一端接地。当单片机的P引脚输出高电平时，晶体管截至，蜂鸣器两端为低电平，出于关闭状态；当P引脚输出低电平时，晶体管导通，蜂鸣器出于开启状态。2、功能实现当按下按键SW7时，启动手动报警功能，蜂鸣器报警。且报警信号通过8266传输到后台APP上，网络调试助手会显示“manual”，表示手动操作报警，以此提示管理人员。按下按键SW8时，为手动取消报警信号，蜂鸣器停止报警。火灾报警电路1、采用器件：MQ-2型传感器，如REF_Ref70708427\h图3-11所示。A/D转换器为PCF8591，如REF_Ref71109740\h图3-12。图3-SEQ图3-\*ARABIC11MQ-2型传感器2、器件特性：MQ-2是一种气敏器件，它可以将被测气体的浓度信号转换为电信号。一般情况下，需要在加热条件下工作，因此该器件在工作中发热是正常的，并且不要将器件长时间放置在腐蚀性气体中。由于该器件输出的是模拟电压，所以需要连接A/D转换器才能与单片机相连。PCF8591具有多个模拟输入端口，可以满足MQ-2的模拟数据输出接线。PCF8591可以进行A/D转换和D/A转换，实现方式是通过单片机向PCF8591内的控制寄存器写入控制字。图3-SEQ图3-\*ARABIC12PCF8591引脚图3、电路组成和功能实现：电路组成：MQ-2的背面四个引脚端子分别是A0输出、D0输出、接5V负极（GND）、接5V正极（VCC）。左右两个LED灯分别是DO输出指示、电源指示。PCF8591的AIN0~AIN3为模拟信号输入端，A0~A3为引脚地址端，接地；VSS和VDD为电源端；VREF是基准电源端；AGND是模拟信号接地端；EXT是内外部时钟选择端，接地；SCL和SDA是I2C总线的时钟线和数据线，分别接单片机的P1.6和P1.7。功能实现：烟雾浓度实时检测，并且在超过设定值10时报警。MQ-2检测外部烟雾浓度，并经传感器内部输出模拟信号。该信号经A/D传感器PCF8591转换为低电平数字信号传输给单片机控制部分来进行识别，当外部的烟雾浓度超过设定值时，致使蜂鸣器报警。并且后台应用感应到烟雾浓度超标时，会显示“fire”标识。压力报警电路1、采用器件：A/D转换器XFW-HX711，其引脚图如REF_Ref70708549\h图3-13所示；双孔悬臂平行梁应变式称重传感器，如REF_Ref70708583\h图3-14所示；LCD1602。图3-SEQ图3-\*ARABIC13HX711引脚图图3-SEQ图3-\*ARABIC14双孔悬臂平行梁应变式称重传感器2、特性：HX711是电子秤专用高精度高增益24位A/D转换芯片，可以将微型称重传感器测得的模拟量转换为数字量。HX711具有两路模拟通道输入，内部集成了128倍增益可编程放大器。3、电路组成微型称重传感器有四条接线端，红线接电源正极，黑线接电源负极，绿线接输出信号正极，白线接输出信号负极。4、功能实现：压力信息的采集、上传和判定采用双孔悬臂平行梁应变式称重传感器进行压力测量，将测得的模拟量经过A/D转换器HX711转换为数字量传入控制器，将压力值显示在LCD1602上。A/D转换过程为：HX711对压力传感器产生的电压进行采样，然后采样输出24bitA/D转换的值，单片机通过指定时序将24bit数据读出。设定压力值为10kg，当压力传感器感应到压力值超过设定值时蜂鸣器报警，LCD1602显示“Alarming”报警信号，如REF_Ref71126133\h图3-15。并且后台应用时刻检测，每隔几秒接受压力值，超过设定值网络调试助手会显示“tooweight”标识，表示电梯载重过大，如REF_Ref71126401\h图3-16所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC15LCD1602上的压力报警指示图3-SEQ图3-\*ARABIC16WIFI压力报警电梯监控系统器件选择STM32F103ZET6核心板、2.8寸TFT（ThinFilmTransistor）彩屏，如REF_Ref70708717\h图3-17和REF_Ref70708728\h图3-18所示；按键电路；摄像头采集模块OV7670，如REF_Ref70708778\h图3-19和REF_Ref70708787\h图3-20所示；TF（TransFLash）卡，如REF_Ref70708807\h图3-21所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC17STM32F103ZET6核心板与TFT彩屏正面图3-SEQ图3-\*ARABIC18STM32F103ZET6核心板与TFT彩屏背面图3-SEQ图3-\*ARABIC19OV7670正面图3-SEQ图3-\*ARABIC20OV7670背面图3-SEQ图3-\*ARABIC21TF卡各器件功能TF卡：一种快闪存储卡，可以进行数据存储。STM32F103ZET6：属于嵌入式-微控制器集成电路，TFT屏幕：即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。OV7670：一种图像传感器。电路的构成和功能实现由STM32F103ZET6核心板驱动摄像头进行采集图像，对外界画面实时显示，并可以进行图像保存，可以在后台查看所拍照片。利用此图像显示功能模拟电梯内部的监控摄像。STM32F103ZET6核心板的引脚图如REF_Ref70709022\h图3-22所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC22STM32F103ZET6引脚图照相模式：通过S1按键进行抓拍，将当前摄像头显示的图像内容进行拍摄形成图片。抓拍后图片保存到TF卡中，TF卡可以插入电脑显示拍摄的图片。可以通过S2按键切换进入相册查看拍摄的图片。此功能用来模拟监控摄像机的拍摄，对危急情况进行记录。相册功能：通过S2按键进入相册功能，能够查看相册中图片以及拍摄的照片。S3和S4按键可以切换上一张图片和下一张图片、暂停以及切换回照相模式。此功能可用来查看电梯中记录的危急情况。按键的引脚连接如REF_Ref70709223\h图3-18所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC23监控功能按键电路图表3-SEQ表3-\*ARABIC1OV7670引脚功能引脚作用说明引脚作用说明VCC电源输入：2.5V-3VD7DOUT9像素数据GND接地D6DOUT8像素数据SCLSCL模块内部带上拉电阻D5DOUT7像素数据SDASDA模块内部带上拉电阻D4DOUT6像素数据VSYNCVSYNV帧同步D3DOUT5像素数据HREFHSYNC行同步D2DOUT4像素数据PCLKPCLK像素时钟D1DOUT3像素数据XCLKXVCLK主时钟输入D0DOUT2像素数据表3-SEQ表3-\*ARABIC2STM32F103ZET6核心板与TFT彩屏引脚引脚作用说明引脚作用说明T-CSIC片选控制引脚CLKSPI总线时钟控制引脚PEN中断检测引脚F-CSFlash片选控制引脚MISO主输入从输出MOSI主输出从输入GND接地引脚NC空引脚VDD电源引脚BL液晶屏背光控制引脚DB0-DB15数据总线引脚SDCSSD卡片选控制引脚RST复位信号输入引脚WR液晶屏写控制引脚RD液晶屏读控制引脚CS液晶屏片选控制引脚RS寄存器/数据选择控制引脚硬件电路实物展示硬件电路采用STC89C51和STM32单片机实现电梯运行系统，并通过各种传感器来实现报警功能、监控功能。通过烟雾传感器MQ-2，来检测烟雾浓度。利用微型称重传感器，来检测压力值。以及利用手动按键来进行报警。报警信号会通过8266传输到后台。对于电梯运行，使用ULN2003驱动板来控制步进电机运转。电路组成电路由单片机最小系统、步进电机系统、楼层控制电路、蜂鸣器电路、内部报警电路、火灾报警电路、压力报警电路、监控电路组成，其硬件完成图如REF_Ref70709301\h图3-24、REF_Ref71115180\h图3-25以及REF_Ref70709311\h图3-26所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC24硬件完成图1图3-SEQ图3-\*ARABIC25硬件完成图2图3-SEQ图3-\*ARABIC26硬件完成图3整体功能实现连接电源，系统通电，此时LCD1602第一行显示当前楼层和目标楼层，第二行显示检测到的压力值、烟雾浓度值。当楼层在1楼时，按下4楼的按钮，步进电机运转，LCD1602显示“UP”，表示电梯上行。目标楼层逐渐由1变为4，此时步进电机停止运转，“UP”显示消失。按下按键SW7，启动手动报警功能，蜂鸣器报警，同时后台应用显示“manual”。按下按键SW8，手动取消报警功能，蜂鸣器报警关闭。按下按键SW9，LCD1602屏幕刷新。对压力传感器施加压力，LCD1602第二行的压力值逐渐上升，当数值超过10kg时，压力值变为“Alarming”，同时蜂鸣器报警，后台应用显示“tooweight”。将烟雾传感器MQ-2置于较高浓度的烟雾中，LCD1602第二行的烟雾值逐渐升高。当浓度数值超过10时，蜂鸣器报警，后台应用显示“fire”。将监控系统通电，STM32单片机系统工作，OV7670摄像采集模块会将外界图像显示在TFT屏幕中。本章小结本章主要介绍了电梯安全控制系统的硬件设计部分，包括电梯运行控制系统、电梯报警系统、电梯监控系统三个大部分的设计。电梯的运行情况通过步进电机的转动和LCD1602的显示信息表示出来。电梯的载重数据和烟雾浓度数据会经过8266上传到后台。外界画面会经过OV7670摄像头采集到TFT屏幕中。器件众多，端口也不容易连接，对设计产生较大困扰。系统的软件设计主程序设计在硬件电路设计完成后进行程序的设计。首先进行初始化，然后便开始进行报警信号检测。当检测到压力信号时，进行压力值的判断，若压力值超过设定值，则蜂鸣器报警，数据经过8266进行无线信号传输，后台应用收到报警信息。当检测到烟雾浓度信号时，进行烟雾浓度值的判断，若烟雾浓度超过设定值，而蜂鸣器报警，报警信号经过8266进行无线信号传输，后台收到报警信息。图4-SEQ图4-\*ARABIC1主程序流程图电梯运行软件设计电机运行系统接通电源后，收到楼层呼叫信号，开始进行当前楼层与目标楼层数值的判断。若目标楼层高于当前楼层，电动机开始运转，当前楼层数开始增加，直到到达目标楼楼层。若目标楼层低于当前楼层，电动机反转当前，楼层数减少，直到到达目标楼层。图4-SEQ图4-\*ARABIC2电梯运行流程图报警程序设计首先进行电梯载重的判断，若电梯载重量大于等于10千克，则蜂鸣器报警，后台收到报警信号。电梯载重量未超过设定值时，进行烟雾浓度的判断，若烟雾浓度大于设定值10，则蜂鸣器报警，后台收到报警信号。若直接按下手动报警按钮，同样会引发蜂鸣器报警，后台收到报警信号。通过IF函数进行压力值，烟雾浓度是否超标的判断。图4-SEQ图4-\*ARABIC3报警流程图 电梯安全系统的仿真验证先在PROTEUS软件中制作好仿真模型，然后在Keil软件中编写程序部分并生成HEX文件，最后在仿真当中运行，检验程序的正确性与合理性。选用AT89C52单片机，52单片机的P3口可以通过连接开关来控制楼层；利用L298模块和电动机组成电机驱动电路；P2.2可用来连接蜂鸣器；P0口接LCD用来显示楼层和电梯运动方向。ESP8266接P3.0、P3.1口。仿真模型的建立在Proteus上进行仿真验证：图5-SEQ图4-\*ARABIC4电梯系统仿真电路连接和功能由AT89C52单片机、LCD模块、按键、排阻、蜂鸣器模块、PCF8591模块、L298模块、电动机模块、8266模块组成仿真电路，对部分功能进行验证。图5-SEQ图4-\*ARABIC5AT89C52单片机采用虚拟串口模拟8266模块连接。图5-SEQ图4-\*ARABIC6虚拟串口LCD连接排阻和P0端口。图5-SEQ图4-\*ARABIC7LCD1602连接PCF8591连接P1端口，由于烟雾报警器无法仿真，只能进行A/D转换器的模拟。图5-SEQ图4-\*ARABIC8PCF8591连接按键开关接P3端口。图5-SEQ图4-\*ARABIC9按键连接电动机通过L298来连接单片机。L298可以起到放大电流的作用，单片机输出端口电流过小无法驱动电动机。图5-SEQ图4-\*ARABIC10步进电机连接蜂鸣器连接晶体管与单片机端口进行连接，同样由于单片机输出电流过小无法驱动蜂鸣器，所以需要晶体管来进行电流放大。图5-SEQ图4-\*ARABIC11蜂鸣器连接本章小结本章主要介绍了电梯安全控制系统在Proteus上的仿真模型，包括单片机最小系统、步进电机电路、楼层控制电路、蜂鸣器报警电路、LCD楼层显示电路、8266WIFI连接模块。基本验证了电路连接的正确，但由于压力传感器和烟雾报警器无法仿真，无法对此进行验证，因此只能验证电梯运行系统等少部分功能。结论与展望在11月时，我们的毕业设计正式开始，截至今日，论文已经完成。从开始的收集、阅读、分析资料到如今的完成硬件电路的设计，自身的能力得到了极大的提升。在这一个月里，经过老师的多次指导，论文选题和开题报告选定。在3月至4月这些时间，在指导老师的指导下，我知道了更多的问题，并被解决掉。本文是基于单片机来设计的电梯安全控制技系统，由此实现电梯运行，电梯报警，电梯照明，电梯监控等功能。通过点击6个不同的楼层按钮来实现电梯楼层的选择和操纵步进电机模拟电梯运行；通过按动报警按钮操纵8266来进行信号传输，实现电梯报警功能；对手火灾报警系统，当烟雾浓度超过一定值，烟雾传感器MQ-2检测到其模拟信号超过设定值后，经A/D转换后产生数字信号传输到单片机控制系统中进行控制，发出蜂鸣器警报的命令；对于压力报警系统，当压力传感器所感应到的压力数值超过设定值后，单片机发出控制命令致使蜂鸣器报警；当电梯通电之后，电梯的照明电路接通，LED灯点亮，电梯断电后LED灯熄灭；当监控模块通电后，监控功能启动，摄像头采集模块OV7670将采集到的图像信息传输到TFT彩屏上。本设计仍有许多不足，如用单片机来实现安全控制系统效率不高；中央控制器几乎负责全部的操作，不如串行控制系统的分布式控制效率高。在实际生活中，电梯的整体运行需要复杂的曳引系统，使用步进电机进行模拟是简化措施。对于监控系统，无法做到将显示画面进行视频记录存储。综上所述，对于电梯这种特种设备，其安全防护的发展未来仍然需要重视。西安交通大学硕士学位论文致谢PAGE38PAGE37参考文献本刊讯.中国电梯协会信息网2017年年会召开[J].中国电梯,2018,29(02):12-13.任获胜.电梯运行现状及管理方案优化[J].产业科技创新,2020,2(21):88-89.黄斌.美国纽约市电梯安全状况简介[J].中国电梯,2020,31(19):37-38.李玉鑫,马铭泽.关于电梯检验中存在的危险隐患及其防护措施[J].中国标准化,2017(06):85.EmmanouilI.SakelliadisM.D.,M.Sc.,Ph.D.,KonstantinosD.KatsosM.D.,Ph.D.,EvmorfiliI.ZouziaM.D.,KonstantinosMoraitisB.Sc.,M.Sc.,Ph.D.,CharaA.SpiliopoulouPharm.D.,M.D.,Ph.D..UnusualElevator‐RelatedDeaths:AReportofTwoCases[J].JournalofForensicSciences,2020,65(3).宋玉,李竹天,梁骁,薛季爱.上海市电梯安全状况分析[J].质量与标准化,2020(Z1):71-74.毛锦荣,傅亮,周叶平,冷庆虎.南昌市电梯安全运行状况及问题浅析[J].中国电梯,2020,31(03):54-55.夏立荣,刘靖波,张硕.北京市乘客电梯安全状况分类分析及应对措施[J].中国电梯,2019,30(22):31-33.倪敏敏,张军.南京市某区电梯安全状况分析[J].中国电梯,2018,29(21):54-55.V.Zarikas,M.Loupis,N.Papanikolaou,C.Kyritsi.StatisticalsurveyofelevatoraccidentsinGreece[J].SafetyScience,2013,59.Brown,Stuart,Elabbasi,Nagi,Hancock,Matt