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基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx
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基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真.docx
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1 绪论
生活在继续,科技在发展,电梯也在进步。150 年来,电梯的材质由黑白到彩
色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控
制、信号控制、集选控制、人机对话等等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;
双层轿厢电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势;变速式自动人行道扶梯
的出现大大节省了行人的时间;不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整
圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今,以美国奥的斯公司为
代表的世界各大著名电梯公司各展风姿,仍在继续进行电梯新品的研发,并不断完
善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用,
一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世,
冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉,人们的生活因此变得更加美好。
中国最早的一部电梯出现在上海,是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的。1932
年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951 年,
党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯,天津从庆生电机厂荣接此
任,四个月后不辱使命,顺利地完成了任务。十一届三中全会后,沐浴着改革开放
的春风,我国电梯业进入了高速发展的时期。在我国任何一个城市,电梯都在被广
泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利,也为我国现代化建设的加速发展提供了
强大的保障。电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具,对改善劳动条
件、减轻劳动强度起到很大的作用。电梯的应用范围很广,可用于宾馆、饭店、办
公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。在现代社会中,电梯已成为
人类必不可少的垂直运输交通工具。
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1.2 电梯的应用
电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人
或载运货物。也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行,俗称自动电梯。服务于规
定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直的或倾斜角小于
15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论
其驱动方式如何,将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。按速度可分低速
电梯(1 米/秒以下)、快速电梯(1~2 米/秒)和高速电梯(2 米/秒以上)。19 世纪中
期开始采用液压电梯,至今仍在低层建筑物上应用。1852 年,美国的 E.G.奥蒂斯
研制出钢丝绳提升的安全升降机。80 年代,驱动装置有进一步改进,如电动机通
过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19 世纪末,采用了摩擦轮传动,大大
增加电梯的提升高度。
1.3 电梯的发展趋势
绿色化:绿色理念是电梯发展总趋势。发展趋势主要有如下:不断改进产品的
设计、生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油
渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳、钢皮带等无润滑油污染曳引方
式。电梯装璜将采用无(少)环境污染材料、电梯空载上升和满载下行电机再生发
电回收技术,安装电梯将无需安装脚手架,电梯零件在生产和使用过程中对环境没
有影响(如刹车皮一定不能使用石棉)并且材料是可以回收的。
降低能耗:减少电梯能耗的措施是多方面的。主要包括:选择减小电梯机械系
统的惯性和磨擦阻力;合理运用对重和平衡重。驱动系统使用永磁同步无齿轮曳引
机从永磁同步电机工作原理可知其励磁是由永磁铁来实现的,不需要定子额外提供
励磁电流 因而电机的功率因数,可以达到很高(理论上可以达到 1)。同时永磁同
步电机的转子无电流通过,不存在转子耗损问题,一般比异步电机降低 45%~60%
耗损。由于没有效率低,高能耗蜗轮蜗杆传动副,能耗进一步降低。在停站较少的
群梯布置中,一个主机驱动两个轿厢分别上下运行是一种节能的方案。而减少能耗
的另一途径是电梯运行过程的能耗控制。利用电梯空载上行、满载下行时电机处以
发电状态的特性,将再生能量反馈给电网,这种节能措施在高速梯上效果显著。还
有一种节能方案将在软件控制中得以实现。如建立实时控制的交通模式,尽量以较
少的运行次数来运载较多的乘客,使电梯的停站次数减至最少。电梯召唤与轿厢指
令合一的楼层入口乘客登记方案是电梯控制方式的一项革命性技术,使原来层站上
乘客未知的目的层变得一目了然,从而使控制系统的派梯效率达到最高。减少运行
过程能耗的另一措施是将电梯运行中的加减速度模式设置成变参数,即电梯控制系
统中运行的速度、加速度以及加速度变化率曲线既随运行距离变化,也随轿厢负载
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变化 通过仿真软件模拟,确定出不同楼层之间的最佳运行曲线。利用电梯机房在
楼顶的优势,充分利用太阳能作为电梯的补充能源也将是新的研究课题。
智能化:随着计算机技术,通讯技术与控制技术的发展使大厦的智能化成为现
实,而电梯是智能建筑中的重要交通工具,其技术发展及智能化程度也倍受世人关
注。智能化的电梯首先要与智能大厦中所有自动化系统联网,如与楼宇控制系统、
消防系统、保安监控系统等交互联系,使电梯成为高效优质、安全舒适的服务工具。
从电梯运行的控制智能化角度讲,要求电梯有优质的服务质量,控制程序中应
采用先进的调度规则,使群控管理有最佳的派梯模式。现在的群控算法中已不是单
一地依赖“乘客等候时间最短”为目标,而是采用模糊理论、神经网络、专家系统
的方法,将要综合考虑的因素(即专家知识)吸收到群控系统中去,在这些因素中
既有影响乘客心理的因素,也有对即将要发生的情况作评价决策,是专家系统和电
梯当前运行状态组合在一起的多元目标控制。利用遗传算法对客流交通模式及派梯
规则进行优化、自学习,实现电梯调度规则的进化,以适应环境的变化。“以人为
本”设计的电梯控制系统,将会使电梯的服务质量越来越好。
目前电梯控制系统大多采用继电器或者可编程控制器(PLC)的控制方式,存
在着成本高,需要三相供电等缺点,本设计给出了一种基于单片机的电梯模型控制
系统设计。以单片机为核心,再辅以适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个
电梯的信号,具有成本低、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于实现复杂控制等
优点。本设计注重基本理论知识与实际情况的紧密结合,同时对学生独立创新和分
析问题的能力进行培养,加深对知识的理解,为以后的工作和学习打下坚实的基础。
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2 总体方案设计
系统采用 STC89C52 单片机作为核心控制单元用于智能电梯系统的控制,该电
梯装有 1 个 8×8 点阵显示器,显示楼层和上下方向。8×8 点阵显示器接到单片机
的 p0 和 p2 口接受信号,用于判断是否上下和显示楼层。系统总体的设计方框图如
图 2-1 所示。
AT89C51
单片机系统
每一个楼层按键
图 2-1 系统总体方框图
2.1 硬件设计
2.2.1 引言
由于电梯要运送客人到不同楼层,所以每一层都要有按键才可以满足不同楼层
顾客的需求。而且,电梯还要有人性化的显示,如哪个按钮按下了,就把它对应楼
层按钮的二极管点亮,还要有一个数码管实时显示电梯所在层数,用 16×16 点阵
显示器件按数字转换用来表示电梯当前的运行方向等等。而这些零碎的原件,又需
要高效的芯片来控制,它们相互之间的物理连接问题这些就是本章所要叙述的硬件
设计部分。
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苦茶子12138
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