電梯模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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)。

綜上，該方案簡(jiǎn)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。總系統(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(yáng)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。

下一目標(biāo)層子函數(shù)為本算法的核心，電梯默認(rèn)先上行進(jìn)行檢測(cè)，主程序流程圖如圖 6 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(kù)、PCB 庫(kù)，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

從上表的測(cè)試結(jié)果可看出，電梯邏輯符合先按優(yōu)先，其次就近的原則，滿足設(shè)計(jì)要求。

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。

5 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。