基于ARM的电梯控制系统设计

课程设计题目：基于ARM的电梯控制系统设计学院：**********专业：***班级：自动化***班学生：***学号：**指导教师：***摘要伴随建筑业的发展,电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。电梯控制系统是电梯技术的核心，它将电梯的各机械部件有机的组合起来，实现了电梯复杂的功能与稳定有效的运行。随着电子技术日新月异的发展，电梯控制系统经历了继电器控制、可编程逻辑控制(PLC),智能微机控制的发展历程。本文的电梯控制系统是基于ARM技术的四层电梯控制系统，该控制系统采用有齿轮拽引小电机，由于只为初级电梯模型研究，对电梯运行速度的掌控精度要求不高，故采用继电器控制电机的正反转，无速度控制实现。关键词:电梯控制系统、ARM。目录第1章系统的总体方案设计.......................................................................................................41.1拽引电机控制模块............................................................................................................41.1.1H桥控制..................................................................................................................41.1.2继电器控制.............................................................................................................51.2位置开关模块....................................................................................................................61.2.1位移传感器控制.....................................................................................................61.2.2槽型光电传感器控制.............................................................................................71.3电源模块............................................................................................................................8第2章系统硬件模块概述.............................................................................................................82.1EasyARM2103及LPC2103简介................................................................................82.1.1EasyARM2103开发板硬件结构..................................................................102.1.2EasyARM2103定时器中断控制...................................................................102.2继电器简介.................................................................................................................112.378系列稳压管简介....................................................................................................11第3章系统具体设计概述.........................................................................................................133.1输入输出接口电路设计..................................................................................................133.2系统硬件仿真设计..........................................................................................................143.3系统软件设计..................................................................................................................15第4章系统性能测试...............................................................................................................154.1系统功能仿真测试...........................................................................................................164.2按键功能实现测试...........................................................................................................164.3光感位置控制实现测试...................................................................................................164.4拽引电机功能测试...........................................................................................................17总结........................................................................................................................................17附录A.......................................................................................................................................18第1章系统的总体方案设计本课程实践采用EasyARM2103控制整个模型的运转，实现电梯模型的基本智能控制。其中有梯内请求、梯外呼叫、电梯位置控制、显示模块、拽引电机模块等几部分组成。系统总体设计原理框图，如图1.1所示。EasyARM2103控制板梯外呼叫按钮电梯位置开关梯内键盘指示灯H桥控制正反转拽引电机图1.1系统结构框图电梯控制系统的核心部件是ARM板，它是整个系统的主控制器。主控制器采集到轿厢控制器和楼层控制器发出的外呼、内选等呼梯请求后，按照程序指定的电梯控制策略，对信号进行处理，向门机发出相关控制指令，将电梯派往相应楼层，实现电梯轿厢的垂直运动控制。同时主控制器还要根据井道位置开关判断当前电梯的位置。1.1拽引电机控制模块1.1.1H桥控制经过讨论与思考，搜集资料以及指导老师的推荐，我们首先想到H桥控制电机的正反转。通过控制Port1和Port2的高低电平来控制输出端的平均输出电压，实现调速功能。具体功能实现图如图1.2所示。图1.2H桥控制电机可调速运转实现电路图电路分析：输入与电平转换部分输入信号线由Port引入，Port1脚是电机方向信号输入端，Port2脚是PWM信号输入端，Port3脚是地线。Port3脚对地连接了一个2kΩ的电阻。当驱动板与ARM板分别供电时，这个电阻可以提供信号电流的通路。当驱动板与ARM板共用一组电源时，此电阻可防止大电流沿着连线流入ARM主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与ARM板的地线隔开，实现“一点接地”。电容C1防止电机突然启动造成电压的突降。与非门U1A实现PWM信号与电机方向信号的调制，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。三极管驱动部分三极管和电阻、二极管组成的电路驱动，实现对直流电机可调速正反转驱动。四个二极管起保护三极管的作用，防止感性元件(电机)产生的负感应电动势对三极管的冲击。当74LS00输出端为低电平时，Q2、Q4截止，Q1、Q3导通，输出为高电平。当74LS00输出端为高电平时，Q2、Q4导通，Q1、Q3截止，输出为低电平。性能指标电源电压15—30v，最大持续输出电流500mA／每个电机，短时间(10秒)可以达到700mA，PWM频率最高可以用到30kHz(一般用1—10kHz)。1.1.2继电器控制但是，考虑到各种因素的限制，最终采用了继电器控制方式，所用继电器控制原理图如图1.3所示。图1.3继电器控制原理图两个继电器，分别在给正电时工作，J1得电时正转，J2得电时反转，通过控制J1、J2的得电情况来控制电机的正反转。注意：J1、J2不能同时得电，否则形成短路，电源模块将被烧坏。1.2位置开关模块1.2.1位移传感器控制电梯中向控制系统、拖动系统提供载荷、换向、障碍、位置、速度等各种信号，把信号反馈给控制系统且使电梯平衡运行都离不开传感器。在目前的智能电梯控制系统中，采用静磁栅位移传感器作为电梯平层控制的调整装置。静磁栅位移传感器原理：静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分结合使用。“静磁栅源”使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅组成磁栅编码阵列；“静磁栅尺”用内藏嵌入式微处理器系统的特制高强度铝合金管材封装，使用开关型霍尔传感器件组成霍尔编码阵列，铝合金管材外部使用防氧化镀塑处理。“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触(相对间隙宽容度和相对姿态宽容度达50mm)相对运动时，由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息，直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号。充分发掘嵌入式微处理器的资源，将数据更新速度提高到毫秒数量级，以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。综合特点：使用寿命长：无接触检测位置及角度，避免了机械损伤，理论上无寿命极限；抗恶劣环境：－40℃至＋100℃工作温度范围，连续高粉尘。泥浆。水下极高撞击。强振动工作环境；直接绝对型测量：直接指示位移毫米数或旋转角度数，无需换算，不怕掉电，任意定位控制；量程极长，分辨率适中：260毫米-2000米长