电梯控制模型22Word文件下载.docx
- 文档编号:20658583
- 上传时间:2023-01-24
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:196.50KB
电梯控制模型22Word文件下载.docx
《电梯控制模型22Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电梯控制模型22Word文件下载.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
51单片机控制步进电机正转、反转、步进速度等动作。
由于C语言编程的灵活性,使得题目所要求的功能都较容易实现,系统更具可扩展性。
经过比较,本系统采用方案二。
根据本题的要求,我们将系统分为若干个模块,以AVR单片机为核心,完成多项功能。
AT89S52单片机连接电机驱动模块,控制电机的正常运转,满足电梯上升下降变速的功能。
ATmega128单片机与定位平层模块通信,控制桥厢运行距离,响应呼叫请求,处理数码显示。
系统结构如图1所示。
图1系统结构图
2、电机的比较与选择
采用直流电机。
直流电机在高起动转矩、大转矩、低惯量的系统中经常使用到,稳定性好。
但直流电机转动速度与角度不易控制,定位性能差。
采用步进电机。
步进电机在定位性能方面十分优越。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;
同时还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。
因此,步进电机广泛应用于数控领域。
本设计中要求平层的位置误差小于10mm,对升降精度要求很高,所以使用的电机要求具有较高的定位性能,因此选择方案二。
3、电机驱动模块
采用四路三极管放大电路驱动,将控制信号通过三极管放大从而驱动步进电机。
该方案电路复杂,可靠性不高。
采用专用步进电机控制芯片L298。
该芯片能放大四相0到5V控制信号,控制5~24V范围的电源驱动步进电机,且该芯片能通过使能端同时控制四路的工作状态。
基于上述方案分析,选择方案二。
4、显示模块
采用数码管显示。
电梯模型较大,大规格的数码管显示清楚易读,驱动电路简单且成本低。
采用LCD液晶屏显示。
显示信息量大,低功耗且界面友好,但成本高。
基于方案一硬件电路简单且调试方便,显示醒目,故采用方案一。
5、定位平层模块
采用金属接近开关检测电梯层数。
在桥厢安装金属片,并在各个楼层设置金属接近开关,当桥厢运动到相应楼层,接近开关探测到金属片,其输出发生变化。
单片机通过接近开关输出的变化判断桥厢所处的楼层。
该方案中,在各楼层安装接近开关成本较高,且安装不便。
采用红外发射接收一体管TCRT5000检测电梯层数。
在各个楼层设置TCRT5000,在桥厢右侧安装挡光片,挡光片需在桥厢运动时能正好遮挡红外发射接收一体管。
当桥厢运动到特定楼层时,红外管接收到反射回来的红外线,由此输出发生变化,单片机通过该变化判断电梯运动的位置。
TCRT5000体积小、功耗低、容易安装。
二、理论分析计算
1、系统控制基本原理及算法
图2电梯控制模型
如上图所示,本电梯模型共有六层,每层间隔20cm,即运动一层所需伸缩的绳子长度为20cm。
当桥厢上升时,步进电机缩短绳子,当桥厢下降时,步进电机伸长绳子。
因本系统采用的步进电机的步距角为1.8°
,故需给步进电机200个脉冲才能使步进电机转动一周。
设步进电机转柱直径为d,则绳子移动的最小长度为:
(2-1)
所以步进电机所需脉冲数为:
(2-2)
为绳子变化的长度。
这就是系统控制的基本原理。
有上述可知,控制桥厢运动的关键是根据当前层和目标层的距离
计算出步进电机所需要转动的步数。
2、定位平层原理
题目要求定位平层误差小于10mm,若采用绳子伸缩变化来控制电梯桥厢的位置,会产生累计误差,因此,我们采用在每层底部安装光电传感器的方法来尽量避免累计误差,使定位平层准确。
当相应楼层上的传感器检测到挡光片时,将信号反馈给单片机后,即可得到当前楼层的编号。
3、系统误差的理论分析及系统的改善
系统涉及一些物理量的测量以及其他一些近似处理,它们都会对系统的性能有所影响。
以下是系统中可能产误差的几个方面。
①步进电机转轮直径的测量。
由(2-1)式可知,步进电机转轮的直径跟绳子移动的最小长度直接相关,因此,它对系统性能有所影响。
②单片机计时误差。
由于没有采用专门的计时芯片,故计时上有细微误差,但对整个系统的运行几乎无影响。
以上可能存在的误差可通过多次试验测试,找出规律,然后在程序中进行适当的补偿来消除。
三、各模块具体实现原理及电路
1、步进电机驱动电路
步进电机驱动电路见附录二,采用的芯片是L298。
步进电机是本设计中重要的执行元件,它通过单片机的控制,把脉冲数转换成角位移,实现正转、反转和速度变化。
2、红外传感器电路
图3是红外传感器电路,使用的光电管是TCRT5000,它由一个红外反射管和一个红外接收管组成,淡蓝色为发射管,黑色为接收管,发射管经过特殊处理,抗干扰能力强,感应距离在12mm左右。
在电路图中,我们利用R1与R2的数值来控制产生的电压在白色反射下大于0.7V,在黑色反射下小于0.7V,使下一级的三极管导通或截止,在NE555的6号管脚上输出5V或0V。
再将输出信号连接到AVR单片机的IO口完成信号传送。
图3红外传感器电路
3、各楼层控制电路
各楼层采用独立制板,每个楼层上安装一块控制显示板。
第一层和第六层单独制作,各安装一个按键,因为底层只有向上信号,顶层只有向下信号。
其余四层各有两个按键,产生向上或向下信号。
按键连接LED发光二极管用于观察按键响应情况。
另控制板上还有数码管显示当前电梯所处的楼层。
电路图如下图所示。
图4楼层控制电路
4、主控电路
主控电路上包括Atmega128单片机的转接底座、AT89S52单片机、一只用于显示当前楼层的大数码管、一只用于计时的小数码管、1~6层楼的按键等。
桥厢位置检测、计时等功能的实现均由软件完成。
电路图见附录二。
5、电源电路
图5电源电路
四、软件设计
本系统以Atmega128单片机为主控芯片,在WINAVR开发环境中,采用C语言对单片机进行编程。
主程序主要起导向和决策的作用,它控制整个系统协调稳定的运作。
系统各种功能主要通过调用具体的子程序来实现。
同时,由AT89S52单片机控制电机运转,完成桥厢的升降。
1、主程序流程图
图6Atmega128程序流程(左)和AT89S52程序流程(右)
2、呼叫请求响应程序
电梯控制程序的一个难点是多层呼叫排序问题。
在本程序编写过程中,呼叫响应服从方向优先,距离优先的原则。
举例1:
电梯停在3楼,有人进,厢内请求到达6楼,电梯开始向上运动。
此时,1、2、4、5楼均有呼叫请求。
排序时,将与运动方向一致的呼叫信号归为一类,即将4、5、6楼归为一类,升序排列;
1、2楼归为一类,降序排列,电梯按序在4、5、6楼停止,返回时,按序在2、1楼停止,遵循方向优先原则。
举例2:
电梯停在2楼,1楼和6楼均有呼叫请求,电梯首先响应1楼请求,遵循距离优先原则。
五、系统测试
1、方向优先测试
电梯按某方向运行时,优先响应该运行方向的按钮。
假设:
测试初始时,桥厢位于一楼,按下二楼,四楼的上下按呼叫,和五楼的向下呼叫。
按键顺序可随意。
测试结果:
表1方向优先测试表
停止楼层
电梯方向
显示
2
上
2楼上呼叫注销
4
4楼上呼叫注销
5
5楼下呼叫注销
下
4楼下呼叫注销
2楼下呼叫注销
测试结果表明,电梯在运行过程中遵循方向优先原则。
2、距离优先测试
同一方向有多个按钮呼叫时,优先响应最近的楼层。
测试初始时,电梯位于任一层,如二楼。
此时三楼和四楼分别向上呼叫。
先响应三楼呼叫,再响应四楼呼叫。
测试结果表明,电梯在运行过程中遵循距离优先原则。
3、综合测试
电梯位于1楼,进入三人,其中一人要到3楼,另两人到5楼。
电梯运行后,3楼和4楼有人向上呼叫欲到6楼,3楼有人向下呼叫到1楼。
表2综合测试表
3
3楼内部和向上呼叫注销。
内部6楼呼叫
4楼向上呼叫注销
5楼内部呼叫注销
6
6楼内部呼叫注销
3楼向下呼叫注销,内部1楼呼叫
1
内部1楼呼叫注销
由测试结果可以看到,本系统很好地完成了设计要求。
经过反复实际测试,未出现响应错误。
4、运行时间测试
桥厢内无加载重物时,电梯从一楼到六楼的上升时间为7.1秒,从六楼到一楼的下降时间为7.0秒。
符合赛题要求。
桥厢模型单层运行时间约为2秒。
经过反复测试,上升与下降时间平均偏差小于0.05ms。
六、总结
本系统主要以单片机(Atmega128和AT89S52)为主要控制、计算芯片。
采用了L298驱动芯片实现电机控制。
在设计过程中,力求硬件电路简单,充分发挥软件设计的优势,编程灵活方便来满足系统的要求。
在制作模型时,考虑到红外传感器的稳定性,特意为电梯桥厢划定了轨道,并且选择了双滑轮来解决打滑问题。
经过反复测试,基本上完成了题目中所有的基本要求和发挥部分。
参考文献
[1]佟长福.AVR单片机GCC程序设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2006.1
[2]张义和,陈敌北.例说8051[M].北京:
人民邮电出版社,2006.1
[3]松井邦彦.传感器应用技巧141例[M].2006年1月第1版.北京:
科学出版社,2005
附录一
元器件清单
序号
元器件
型号或参数
数量
备注
有机玻璃
单片机一
Atmega128
单片机二
AT89S52
晶振
1M
锁存器
4LS147
按键
17
7
光电传感器
TCRT5000
8
变压器
9
7805
10
7815
11
数码管
12
发光二极管
13
三极管
9013
14
步进电机
15
电机驱动芯片
L298N
16
覆铜板
电阻
10K/0.25W
若干
18
电容
10uF/25V、2200uF/50V、30pF
19
二极管
1N4007
20
NE555
21
杜邦线
22
其它
502、透明胶带、热融胶等
附录二
图7桥厢内部控制电路
图8步进电机驱动电路
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电梯 控制 模型 22