電梯模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王珊珊　張杰克　王瑞先

摘 要：系統(tǒng)利用單片機(jī)、4×4矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示電路、直流電機(jī)、蜂鳴器等模擬了一套完整的電梯模型控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用8個(gè)按鍵模擬1～8層電梯內(nèi)按鍵，并用數(shù)碼管作樓層指示，電梯根據(jù)設(shè)定行進(jìn)到指定樓層，相鄰樓層間驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間設(shè)置為5秒；利用另外8個(gè)按鍵模擬電梯外按鍵，電梯可根據(jù)指示行進(jìn)到指定樓層；電梯內(nèi)外均有按鍵指示時(shí)，能根據(jù)指示正確行進(jìn)；當(dāng)電梯到達(dá)時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出提示音。此外，我們還增加了創(chuàng)新部分，能用由LED燈組成的箭頭指示電梯上下行，使電梯更加人性化。

關(guān)鍵詞：電梯控制；直流電機(jī)控制；單片機(jī)；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）08-00-03

0 引 言

電梯在人們的生產(chǎn)、生活、工作中日益重要，電梯模型是一種面向教學(xué)和科研的電梯控制仿真系統(tǒng)，有助于分析和設(shè)計(jì)實(shí)際電梯的電氣控制系統(tǒng)。本文具體介紹了以單片機(jī)為核心的電梯模型控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試、測(cè)試結(jié)果和設(shè)計(jì)總結(jié)。測(cè)試結(jié)果表明，該電梯模型系統(tǒng)可靠性高、系統(tǒng)成本低、較為真實(shí)的模擬出一臺(tái)單廂電梯模型控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對(duì)實(shí)際電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案選擇

本文提供兩種設(shè)計(jì)方案。

方案一：利用4×4矩陣鍵盤、LED顯示電路、直流電機(jī)、蜂鳴器等模擬一套完整的電梯模型控制系統(tǒng)。

（1）按鍵識(shí)別電路

將矩陣鍵盤與單片機(jī)的外部中斷接口通過與非門連接，將使單片機(jī)在第一時(shí)間感知到按鍵狀態(tài)的變化，然后做相應(yīng)處理。

（2）數(shù)碼管顯示電路

設(shè)計(jì)采用共陽極數(shù)碼管作為指示電路，顯示電梯當(dāng)前所處的位置。

（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

采用集成驅(qū)動(dòng)芯片L298N進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，此芯片相對(duì)功耗較小，易于控制。

綜上，該方案簡單易行，是電梯模型的最佳選擇。

方案二：采用CPLD器件作為控制中心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)起來比較困難且器件較貴不符合經(jīng)濟(jì)要求，同時(shí)，升降電機(jī)的控制、顯示等還需要單片機(jī)配合。因此文中放棄該方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以51單片機(jī)作為控制核心，用單片機(jī)端口連接數(shù)碼管顯示和LED指示部分，以L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，按鍵采用4×4矩陣鍵盤?？傁到y(tǒng)硬件邏輯框圖如圖1所示。

2.1.1 顯示電路

該電路由兩部分組成，即數(shù)碼管顯示電路和LED二極管顯示電路。其中數(shù)碼管采用共陽數(shù)碼管，在每個(gè)數(shù)碼管的共陰極連接了三極管用以提供足夠大的電流。數(shù)碼管顯示電路圖如圖2所示。

2.1.2 電機(jī)控制電路

電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用獨(dú)立模塊L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖3所示。

2.1.3 電源電路

本系統(tǒng)通過USB-B型接口進(jìn)行供電，電壓穩(wěn)定，并且拔插方便。其中1引腳為電源引腳，4引腳接地，電源接口圖如圖4所示。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總運(yùn)行流程圖如圖5所示。

3 電路板設(shè)計(jì)與制作

采用DXP軟件ALTIUM DESIGNE進(jìn)行PCB電路板的設(shè)計(jì)，并制作原理圖庫、PCB庫，畫出原理圖，生成PCB圖，最后進(jìn)行布局布線。PCB走線圖和實(shí)物圖如圖7所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 開發(fā)環(huán)境

軟件測(cè)試基于Keil和Proteus軟件，硬件測(cè)試在常溫常態(tài)下進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果正常，完成任務(wù)要求。

4.2 系統(tǒng)測(cè)試

4.2.1 電梯內(nèi)外運(yùn)行測(cè)試

4.2.2 開關(guān)門指示測(cè)試

開關(guān)門指示燈測(cè)試如圖8所示，電梯開關(guān)門測(cè)試如表2所列。

4.2.3 蜂鳴器和上下行指示燈測(cè)試

實(shí)物測(cè)試圖如圖9所示，測(cè)試結(jié)果如表3所列。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡明、清晰，成功完成了設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)；系統(tǒng)電路通過PCB實(shí)現(xiàn)，避開了焊大規(guī)模電路的繁瑣；程序全面考慮了各種情況，還準(zhǔn)確把握了這些不同情況的規(guī)律以及所遵循的統(tǒng)一原則。