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41.1.1 H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A18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。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1.1.1 H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1.2 H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2k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1530v，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110kHz)。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米长度量程，分辨率0.2mm-1mm; 极丰富的数据接口：4-20mA.1-5V等模拟量输出，各类串并行数据接口以及PROFIBUS等各种现场总线； 安装维护方便：在保持适度间隙的条件下，无约束安装运行。工作原理：由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号。行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由静磁栅位移传感器确定，并送ARM的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个静磁栅源用于检测系统的楼层信号。 1.2.2 槽型光电传感器控制 虽然静磁栅位移传感器功能非常好，性能也极稳定，考虑到价格以及设计者知识水平的限制，加之此次实践本身的限制性，故采用比较常见的光电传感器，对电梯模型进行位置测定。槽型光电传感器工作原理 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。原理图如下： 图1.4光电感应器接线原理图性能参数：接线电压：1065V直流常开触点（NO）无极性防短路的输出漏电电流0.8mA电压降5V注意不允许双线直流传感器的串并联连接使用槽型光电感应器，能够及时返回平层信息，对于速度较慢的电梯模型控制误差很小。1.3 电源模块 电源模块的选取很重要，不能马虎，要对所选元器件的工作性能进行考虑。由于所选继电器是12V直流电压驱动，电压低了将没有反应。直接选用电池供电不保险，也不符合设计本身的需求，故采用双线220V交流供电，易得，在经过整流和稳压，使得电压达到所需要求。考虑到可能出现的烧坏电源情况，制版时，采用双路制版，提高效率。电源模块原理图如下：图1.5 电源模块原理图图中，设计了两个一摸一样的电压模块，并非累赘，实践过程中烧坏电压的情况经常发生，为避免因此而减慢实践效率，故设计了两路，防范于未然。 第2章 系统硬件模块概述2.1 EasyARM2103及LPC2103简介 EasyARM2103开发板采用了NXP公司基于ARM7TDMI-S 核、LQFP48封装的 LPC2103 芯片，具有 JTAG 仿真调试功能。 开发板上提供了按键、发光二极管等常用的功能器件，具有 RS-232 接口电路和 I2C 存 储器电路。用户可以更换兼容的 CPU 进行仿真调试，如 LPC2101 和 LPC2102 等。开发板 上所有的 I/O 口全部引出，灵活的跳线组合，极大的方便用户进行32 位 ARM 嵌入式系统的开发实验。 EasyARM2103 开发板的功能特点如下： 采用“底板PACK 板”的形式构成 EasyARM2103 开发套件，PACK 板的主芯片 为 LPC2103 ； 板上所有的功能器件与 LPC2103 的引脚可通过跳线来连接； 配套有详细的开发板实验教程； I/O 口全部引出，方便用户连接外部电路进行开发； 可进行 GPIO 的输入输出实验，如按键输入、发光二极管输出等； 按键、发光二极管分别可用于外部中断、GPIO 输出等； 具有 RS-232 转换电路，可与上位机进行通信，完成 UART 通信实验； 具有 I2C 接口和 SPI/SSP 接口输出； 提供基于 PC 的人机界面，方便调试实时时钟和串口通信等； 可进行外部中断实验，学习向量中断控制器（VIC ）； 定时器实验，如定时输出和定时器捕获等； 复位芯片 CAT1025，完成 I2C 总线实验； A/D 转换实验、WDT 看门狗实验； 实时时钟控制实验。 LPC2103概述： LPC2103 是一个基于支持实时仿真的 16/32 位 ARM7 TDMI-S CPU 的微控制器，并带有32kB 的嵌入高速 Flash 存储器，128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能 够在最大时钟速率下运行。较小的封装和极低的功耗使 LPC2103 适用于访问控制器和 POS 机等小型应用系统中；由于内置了宽范围的串行通信接口（2 个 UART 、SPI、SSP 和 2 个 I2C ）和8KB 的片内 SRAM，LPC2103 也适合用在通信网关和协议转换器中。32/16 位定时器、增强型 10 位 ADC 、定时器输出匹配PWM 特性、多达 13个边沿、电平触发的外部中断、32 条高速GPIO，使得LPC2103微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中。LPC2103特性： 16/32 位 ARM7 TDMI-S 微控制器，超小 LQFP48 封装； 8KB 的片内静态RAM 和 32KB 的片内Flash 程序存储器。128 位宽度接口/