1、深 圳 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 开 题 报 告课题名称： 电梯模拟控制系统的设计 学生姓名： 刘耀 学 号： 12880125 学 院： 电子信息工程学院 班 级： 12 电子本科 2 班刘耀 指导教师： 汤旭慧 2一、 课题题目我们的课题题目是电梯模拟控制系统的设计。电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具、是机电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微电脑技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构。从电梯各构件部分的功能上看，可分为八个部分：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡
2、系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统，而本次课题内容就是基于单片机的电梯控制系统设计。随着我国经济的发展，城市中涌现出越来越多的高层建筑，而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时，由于国家老龄化问题目益突出，低层住宅建筑同样也有使用电梯的要求。所以电梯控制的研究在现代社会有着很重要的作用，作为一名电专业的学生，为了以后更好的工作和更深入的理解基于单片机的电梯控制系统，所以选择了该课题。二、 方案论证1、研究内容（实现的功能）本课题是四层乘客电梯的模拟控制系统，可实现无司机操作、自动应召服务、自动换向应答、反向厅外召唤等功能。当无信号时，电梯自动关门停机待命，当某一层有
3、召唤信号时，再自动起动前往3应答。呼梯信号自动存储和删除，自动平层。轿厢安装有超载装置。2、我的目标本次设计的基本思想是采用 AT89C52 单片机作为核心，利用其丰富的 I/O 接口与外围电路配合进行控制。采用延时函数来控制电梯的位置校验，采用数码管静态显示来实时显示电梯所在楼层。采用行列式矩阵键盘矩阵作为外呼内选电路，由于是 4 层楼，故选用44 矩阵键盘。当电梯到达目的楼层时电机停止，此时即可进、出乘客，乘客进入电梯之后可选择去哪一层，然后电梯根据乘客的选择判断去哪一层，继续运行。通过单片机控制电梯在上升过程中只响应上升呼叫，下降过程中只响应下降呼叫。电梯的正常运行通过单片机的控制来实现
4、。本电梯控制模型硬件采用模块化的设计。硬件主要由供电电源、电梯内外呼梯信号处理、系统键盘、系统信息显示、电梯位置检测、单片机主控等模块组成。系统硬件结构框图如下：4AT89C52 单片机电源模块电动机控制模块 紧急报警位置检测模块键盘输入模块系统信息显示模块蜂鸣提醒1）电梯位置检测模块在电梯控制中，电梯位置的检测是设计中的一个关键环节。此功能在软件中编程实现更为方便。2）电机控制模块电机控制模块完成以下功能：电机运行方向的控制及电机的速度控制。3）系统键盘模块本系统设置了一套有 16 个键的系统键盘组成矩阵式结构，将相关信息送入单片机进行处理。本电梯控制模型设计为 4 层结构，电梯内外呼梯信号
5、的设置与实际电梯基本相同。每楼设置上、下两个（一楼和四楼除外）呼梯信号，和上下楼梯的楼层数。这些呼叫信号组成矩阵式键盘结构，并将相应的信息送入单片机进行处理。4）系统信息显示模块每个呼梯请求需要有一个对应的指示灯，同时每楼和电梯均应显示此时电梯的运行状态，如上行或下行、电梯目前到达的楼层5等信息。为此设置了若干个发光二极管和数码管作为此模块的显示。三、 可行性分析国外：20 世纪初，美国出现了曳引式电梯，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力，使轿厢与对重作一生一降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受控
6、制，当然轿厢的载重量以及提升的高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此，近一百年来，曳引电梯一直受到重视，并发展沿用至今。在后来的几十年里，通过变换电动机级数的调速方法来调整电梯运行速度的技术相继研制成功，1933 年，世界上第一台运行速度为 6 m/s 的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯。随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的
7、改善。进入 20世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率调整电梯运行速6度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。1993 年，日本生产了 12.5m/s 的世界最高速交流变压变频调速电梯，结束了支流电梯独占高速电梯领域的历史。国内：目前，我国国产电梯大部分为继电器、PLC 控制方式以及单片机控制方式。继电-接触系统：它的优点是线路直观，大部分电器均为常用电器，更换方便，价格较便宜。但是他触点繁多，线路复杂，电器的电磁机构及触点动作较慢，能耗高，机械动作噪音大，而且可靠性差。继电器控制系统性能不稳定、故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可
8、靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员的生活和工作带来了很多不便，因而传统的电梯控制系统的更新势在必行。PLC（可编程控制器）在电梯控制中得到了广泛的应目前。PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，使用方便，扩展容易。它使用了梯形图和可编程指令，易于掌握。电梯控制器通常由 PLC 实现基本能力，但是如果要实现电梯智能化，则 PLC 稍嫌不足。单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中，具有如下特点。 一、成本低。本电梯控制由于采用单片机代替了 PLC 作为主控芯片， 同时用 PWM 驱动直流电机代替了变频调速驱动，从而导致7整套系统成本很低。二、高
9、精度的重量检测及显示。基于 PLC 的电梯模型虽然有重量检测，但检测精度较低。本电梯模型采用高精度的重量传感器和测量电路， 配合设计优良的数字处理软件，从而能进行高精度的重量检测和显示三、 可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比拟的。四、 易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能用指令。五、 可以很方便的实现多机和分布式控制。六、 单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。四、 进度安排第 1 周进一步熟悉课题内容，收集资料，社会考察学习 第 2 周收集资料，制
10、定总体方案，并与指导教师讨论 第 3 周绘制系统组成框图 第 4 周绘制单片机程序设计流程图 8第 5 周绘制控制电气原理图 第 6 周整理有关数据,进行相关部件的调试工作 第 7-8 周编制单片机主控程序 第 8-9 周调试完善单片机主控程序 第 10-11 周进行联机系统调试模拟试验 第 12 周整理数据，撰写设计说明书（准确，客观）,准备答辩 五、 经费预算因为对行情不了解，希望老师能宽恕一些日期让我们去了解了解，谢谢老师。六、 验收标准1、电路的设计、电梯的仿真模拟运行能正常通过2、传感器的选择合理3、完美控制电梯厢准确定位4、正常进行楼层按键的存取、优先级判断5、电机的控制正常运行9
11、6、程序的总体调试结合没有问题七、 市场分析1 电梯的定义及历史回眸1.1 电梯的定义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。它是服务于规定楼层的固定式升降设备。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。1.2 电梯的发展历史回眸电梯技术发展大致分为两个阶段 1：（1）电梯的雏形阶段1785 年，英国出现了用蒸汽机驱动的升降机；1900 年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1
12、902 年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。（2）现代电梯的发展阶段1903 年，美国奥的斯公司生产了不带减速器的无齿轮高速电梯，电梯传动机构采用曳引驱动代替以往的卷筒式，为当今高层的大行程、高速度电梯奠定了基础；1976 年，电梯上开始运用微处理机，之后随着大功率晶体管模块的问世，以及微机及数字调节器技术的不断成熟，人们利用调节脉冲宽度来调节电子逆变器，实现了对电梯中电动机的调压调频（VVVF） ，达到了线性调速的目的；1990 年，电梯控制系统由并行信号传输向以串行为主的信号传输过渡，提高了整体系统的可靠性，为实现电梯
13、的群控，智能化和远程监控提供了条件。1.3 我国电梯事业的发展现状 210大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场，2001 年我国电梯产量达 4.5 万台，创造了行业发展史上的一个新的高峰，被业内人士称为“第三次浪潮” 。目前，中国经济建设需求的各类电梯、几乎全部可以在中国生产。据统计，全世界平均 1000 人有 1 台电梯。我国如果要达到这个水准，还需要新装 80 万台。到那时候，每年仅报废更新就需要 6 万台。目前房屋建设势头仍然很好，电梯市场供需两旺，前景一片光明。2 电梯技术发展趋势展望 3 4 5 6电梯的普及给人们的生活带来了极大的优越性，而电梯技术也只
14、有不断的发展才能更好地满足高层建筑及其群体的需要。展望未来，电梯的发展趋势应包括以下几点：2.1 无机房电梯无机房电梯不单单是电梯有无机房的简单局部改进，而是涉及到一系列技术问题，如曳引系统、控制柜、限速器等的安装位置以及轿厢、极限开关、缓冲器等部件，都要进行重新设计，变更部件的尺寸与安装位置也要重新考虑。它是电梯发展过程中的一次意义深远的变革，它所采用的一些关键技术将会被进一步推广用到其它电梯产品上，进而促进整个电梯行业技术的进步。2.2 绿色电梯绿色电梯的研究主要在电梯制造、配置及安装、使用过程中节能和减少环境污染等方面。节能主要体现在以下几个方面：原材料的充分利用；电梯数量与参数的优化配置；高效的驱动系统；减少机械系统的惯性和摩擦阻力；选用节能照明；客货流量规划等方面。减小对环境的污染主要体现在两方面：油污染降至最低；电梯的电磁兼容性问题。由于电梯是在大厦中频繁启动的大容量电器，由此产生的电磁辐射将对大楼的办公设备构成严重干扰。2.3 远程监控系统远程监控系统的应用，使得电梯状态监控的智能可以在监控中心就可以监测到电梯的运行状态，监控中心随时可以监控电梯发生的故障，并且可以诊断出故障的类型和发生的位置，使电梯维护更加安全、方便。2.4 全微机化电梯
