三层电梯控制器设计.docx
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三层电梯控制器设计
电梯控制
设计三层电梯控制器。
已知每层楼有上、下开关,电梯到达与否的位置检测传感器。
电梯内有1、2、3个电梯层按钮,以及开门、关门按钮。
要求:
正确控制电梯的运行,每楼层能显示电梯所处当前楼层位置。
前言
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。
多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。
。
在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。
据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。
当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。
追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。
当时有个叫阿基米德的人设计出-----人力驱动的卷筒式卷扬机。
1858年以蒸汽机为动力的客梯,在美国出现,继而又在英国出现水压梯。
1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。
1900年还出现了第一台自动扶梯。
1949年出现了群控电梯,首批4—6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。
1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。
1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。
1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。
1967年可控硅应用于电梯,使电梯的拖动系统筒化,性能提高。
1971年集成电路被应用于电梯。
第二年又出现了数控电梯。
1976年微处理机开始用于电梯,使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。
实际上,电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的,而呼叫是随机的,电梯实际上是一个人机交互式的控制系统,单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的,因此,电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。
从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。
而采用PLC可靠性高,程序设计方便灵活。
一、绪论
1设计方案:
⑴系统的时钟脉冲信号是由555定时器接成的多谐振器。
时钟信号通过一定与门和与非门输入计数器74LS192,控制其加减计数。
⑵系统的开关控制电路是由JK触发器和与非门构成,控制信号灯的工作状态。
⑶系统的核心电路是由编码器74LS148,数据比较器74LS85,同步可加减计数器74LS192,译码器74LS48和一定的门电路组成,实现对电梯的上升和下降的控制。
2设计原理:
⑴系统的信号灯控制部分是由开关和JK触发器构成,开关先接高电平,按下开关时,给了一个低电平触发信号输入给JK触发器使其锁存低电平信号,从而使信号灯一直亮直到信号结束。
⑵系统的核心部分是由编器74LS148,数据比较器74LS85,同步十进制可逆计数器74LS192,译码器74LS48和一定的门电路组成。
按下开关时,产生的低电平信号由JK触发器传给74LS148编码器,产生后的编码输入74LS85数据比较器,通过与74LS192输出的数比较,产生的号再连接时钟信号通过一定的门电路输入74LS192计数器,控制计数器的加减,从而实现电梯的上升与下降。
⑶系统的时钟信号是由555定时器接成多谐振荡器。
时钟信号通过一定与门和与非门输入计数器74LS192,控制其加减计数。
3总体框图:
图1-1电梯控制系统电路的组成框图
二、输入模块电路设计
1、优先编码器74LS148
74LS148为8线-3线优先编码器。
它允许多个输入信号同时有效,但只对一个优先级最高的输入信号进行编码。
74LS148工作原理如下:
该编码器有8个信号输入端,3个二进制码输出端。
此外,电路还设置了输入使能端ST非,输出使能端YS和优先编码工作状态标志YEX非。
当ST非=0时,编码器工作;而当ST非=1时,则不论8个输入端为何种状态,3个输出端均为高电平,且优先标志端和输出使能端均为高电平,编码器处于非工作状态。
这种情况被称为输入低电平有效,输出也为低电来有效的情况。
当ST非为0,且至少有一个输入端有编码请求信号(逻辑0)时,优先编码工作状态标志YEX非为0。
表明编码器处于工作状态,否则为1。
由功能表可知,在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端(优先级别最低位)有低电平输入时,Y2Y1Y0的非均为111,出现了输入条件不同而输出代码相同的情况,这可由YEX非的状态加以区别,当YEX非=1时,表示8个输入端均无低电平输入,此时Y2Y1Y0的非=111为非编码输出;YEX非=0时,Y2Y1Y0的非=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码(编码输出)。
YS只有在ST非为0,且所有输入端都为1时,输出为0,它可与另一片同样器件的ST非连接,以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出,输入优先级别的次为7,6,……,0。
输入有效信号为低电平,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端无低电平输入时,输出端才输出相对应的输入端的代码。
例如5为0。
且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时,输出代码为010,这就是优先编码器的工作原理。
74LS148管脚图:
图2-174LS148管脚图
表2-174LS1488线—3线二进制编码器真值表
2、输入模块电路
图2-2输入模块电路
这个电路的工作原理过程:
当拨动任一楼层开关时,发光二极管导通,每一楼层的不同颜色的指示灯随之点亮;74LS148的选通输入端ST的非=0,使之处于工作状态。
当把开关S置于"SW1"时,优先编码器处于工作状态,即显示器处于等待工作状态,等待输入端的信号输入,当开关接高电平时,74LS148的输出A2A1A0的非=100,YEX的非=0,经RS锁存后,CTR=1,BI的非=1,Q4Q3Q2=011,经74LS148译码后,显示器显示为"3"。
此外,CTR=1,使74LS148的ST的非为高电平,74LS148处于禁止工作状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,74LS148的YEX的非为高电平,但由于CTR维持高电平不变,所以74LS148仍处于禁止状态.
三、比较模块电路设计
1、比较器74LS85
74LS85为4位数值比较器。
图3-174LS85管脚引线图
表3-174LS85功能表
74LS85工作原理如下:
两个4位数的比较是从A的最高位A3和B的最高位B3进行比较,如果它们不相等,则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。
若最高位A3=B3,则再比较次高位A2和B2,余类推。
显然,如果两数相等,那么,比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。
真值表中的输入变量包括A3与B3、A2与B2、A1与B1、A0与B0和A与B的比较结果。
其中A和B是另外两个低位数,IA>B、IA
设置低位数比较结果输入端是为了能与其他数值比较器连接,以便组成位数更多的数值比较器。
2、比较及开门关门控制电路
由一个开关和两个继电器组成开关门控制系统,当开关打开,电梯为开门状态,按下楼层按钮,经过比较器之后,继电器未合上,以后的电路无法执行,故电梯不运作。
当开关闭合后,输入楼层经过比较器74LS85与预置当前楼层数进行比较,根据不同的结果,向74LS192计数器输入不同信号,从而实现电梯的控制功能。
图3-2比较模块电路
我们假设用户输入想去的楼层数为A,电梯实际所在的楼层数为B。
当A>B时,QAB=1;
当AB=0;
当A=B时,QAB=0;
四、计数模块
1、计数器74LS192
74LS192具有下述功能:
①异步清零:
CR=1,Q3Q2Q1Q0=0000
②异步置数:
CR=0,LD=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
③保持:
CR=0,LD=1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数:
CR=0,LD=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数:
CR=0,LD=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端,异步预置。
CR为复位输入端,高电平有效,异步清除。
CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出
BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
74LS192真值表
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
表4-174LS192真值表
4-174LS192管脚图
2、计数模块电路
可逆计数模块:
用芯片74LS192来实现可逆计数,首先考虑输入端口,一个异步复位端口reset,用于在系统不正常时回到初始状态;其次是输出端口,用户根据自己的需要输入想去的楼层数位A,和电梯所在楼层数作比较,即有升降请求信号 ,如果是下降的情况,通过计数器一直递减到B位置,此时只有lamp2亮,表示所在的楼层已到,如果是上升情况,则通过计数器显示递加到B,低价的过程只有lamp1亮,表示电梯处于上升状态,当到达所在楼层变为lamp2亮,电梯停止,提示用户已到所在楼层。
可逆计数器的实验原理:
十进制至二进制普通编码器:
A=I1+I3+I5+I7+I9
B=I2+I3+I6+I7
C=I4+I5+I6+I7
D=I8+I9
图4-2
图4-2计数模块电路
五、脉冲
1、NE555
图5-1555定时器的基本组成
(1)基本RS触发器
由两个与非门组成,
是专门设置的可从外部进行置0的复位端,当R=0时,使Q=0、
=1。
(2)比较器
C1、C2是两个电压比较器。
比较器有两个输入端,分别标有+号和-号,如果用U+和U-表示相应输入端上所加的电压,则当U+>U-时其输出为高电平,U+<U-时输出为低电平,两个输入端基本上不向外电路索取电流,即输入电阻趋近于无穷大。
(3)分压器
三个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器,为比较器C1和C2提供参考电压,C1之+端U+=2VCC/3、C2之-端U-=VCC/3。
如果在电压控制端CO另加控制电压,则可改变C1、C2的参考电压。
工作中不使用CO端时,一般都通过一个0.01μF的电容接地,以旁路高频干扰。
(4)晶体管开关和输出缓冲器
晶体管TD构成开关,其状态受Q端控制,当
为0时TD截止、为1时TD导通。
输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3,其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
综上所述可知,555定时器不仅提供了一个复位电平为2VCC/3、置位电平为VCC/3,且可通过
端直接从外部进行置0的基本RS触发器,而且还给出了一个状态受该触发器
端控制的晶体管开关,因此使用起来极为灵活。
UTH
U
uo
TD的状态
X
X
0
UOL
导通
>2VCC/3
>VCC/3
1
UOL
导通
<2VCC/3
>VCC/3
1
不变
不变
X
<VCC/3
1
UOH
截止
表5-1555定时器的菜单
2定时及方波信号发生电路
由555定时器和门电路构成如图所示。
其中555构成多谐振荡器,当电梯需要上升时,定时每两秒送一个方波,通过与门向比较器输入方波信号,实现自加自减,到达想去的楼层。
图5-2定时及方波信号发生电路图
振荡周期
。
为电容充电时间,
为电容放电时间。
充电时间
放电时间
矩形波的振荡周期
因此改变
、
和电容C的值,便可改变矩形波的周期和频率。
对于矩形波,除了用幅度,周期来衡量外,还有一个参数:
占空比q,q=(脉宽
)/(周期T),
指输出一个周期内高电平所占的时间。
图(C)所示电路输出矩形波的占空比
由上原理中的周期公式计算理论周期和频率:
已知:
C=0.15UFR1=1.25
R2=2.36
=1s
=1s
=2s
=500mHZ
=50%
六、显示模块电路
由十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路和1个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图10所示。
一块74LS192实现减法计数,显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。
用两个双向开关控制74LS192的预置数控制端输入预置数,即当前电梯楼层数,,根据共阴极七段数码显示管BS201A上,当有人按电梯按钮时,通过自加自减,当前楼层数发生改变,实现上楼下楼功能。
图6-1显示模块电路
七、运行状态
1、人在一楼呼叫电梯,电梯在二楼
图7-1
2、人在一楼,电梯下到一楼
图7-2
八、元件清单列表
序号
元器件名称
数量
1
74LS148
1
2
74LS85
1
3
74LS192
1
4
NE555
1
5
继电器
3
6
数码管
2
7
发光二极管
3
8
二极管
1
9
电阻
4
10
电容
2
11
SW-SPDT
5
12
SW-SPST
2
13
74LS04
4
14
74LS08
4
15
4023
1
九、设计总结
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
我沉得做课程设计同时也是对课本知识的和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
经过这个星期的实习,过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过,也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无长。
我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!
同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示衷心的感谢!
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
在此,感谢于老师的细心指导,也同样谢谢其他各组同学的无私帮助!
十、参考文献
1、《电子系统设计》 高等教育出版社 马建国 主编
2、《现代电子设计技术》 机械工业出版社 李荣良主编
3、《数字电路设计与制作》 科学出版社 汤山俊夫 著
4、《数字电子技术基础》 高等教育出版社 阎石 主编
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- 三层 电梯 控制器 设计