电梯控制——课程设计

安徽工程大学机电学院课程设计说明书课程设计名称电子课程设计课程设计题目电梯控制指导老师郭慧专业班级电气2124班学生姓名訾化东学号312107040444起始日期2014年6月27日总评成绩课程设计任务书电梯控制设计三层电梯控制器。已知每层楼有上、下开关，电梯到达与否的位置检测传感器。电梯内有1、2、3个电梯层按钮，以及开门、关门按钮。要求正确控制电梯的运行，每楼层能显示电梯所处当前楼层位置。指导老师（签名）年月日COMMENT微微微微1前言太多，适量删减前言电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯高层住宅需要有住宅梯百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而又在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机真空管控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。而采用PLC可靠性高，程序设计方便灵活。COMMENT微微微微2“一、二。”改为“第一章。”，且“元件清单、设计总结、参考文献”前，不需要写章节目录一、绪论11设计方案12设计原理13总体框图1二、输入模块电路设计21优先编码器74LS14822输入模块电路4三、比较模块电路设计51比较器74LS8552比较及开门关门控制电路6四、计数模块电路设计71计数器74LS19272计数模块电路8五、脉冲101NE555102定时及方波信号发生电路12六、显示模块电路设计13七、运行状态图14八、元件清单列表17九、设计总结18十、参考文献19一、绪论1设计方案系统的时钟脉冲信号是由555定时器接成的多谐振器。时钟信号通过一定与门和与非门输入计数器74LS192，控制其加减计数。系统的开关控制电路是由JK触发器和与非门构成，控制信号灯的工作状态。系统的核心电路是由编码器74LS148，数据比较器74LS85，同步可加减计数器74LS192,译码器74LS48和一定的门电路组成，实现对电梯的上升和下降的控制。2设计原理系统的信号灯控制部分是由开关和JK触发器构成，开关先接高电平，按下开关时，给了一个低电平触发信号输入给JK触发器使其锁存低电平信号，从而使信号灯一直亮直到信号结束。系统的核心部分是由编器74LS148，数据比较器74LS85，同步十进制可逆计数器74LS192,译码器74LS48和一定的门电路组成。按下开关时，产生的低电平信号由JK触发器传给74LS148编码器，产生后的编码输入74LS85数据比较器，通过与74LS192输出的数比较，产生的号再连接时钟信号通过一定的门电路输入74LS192计数器，控制计数器的加减，从而实现电梯的上升与下降。系统的时钟信号是由555定时器接成多谐振荡器。时钟信号通过一定与门和与非门输入计数器74LS192，控制其加减计数。3总体框图输入模块比较模块计数模块显示模块开关门控制脉冲图11电梯控制系统电路的组成框图二、输入模块电路设计1、优先编码器74LS14874LS148为8线3线优先编码器。它允许多个输入信号同时有效，但只对一个优先级最高的输入信号进行编码。74LS148工作原理如下该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端ST非，输出使能端YS和优先编码工作状态标志YEX非。当ST非0时，编码器工作；而当ST非1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当ST非为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志YEX非为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，Y2Y1Y0的非均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由YEX非的状态加以区别，当YEX非1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时Y2Y1Y0的非111为非编码输出；YEX非0时，Y2Y1Y0的非111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。YS只有在ST非为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的ST非连接，以便组成更多输入端的优先编码器。从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理。74LS148管脚图图2174LS148管脚图表2174LS1488线3线二进制编码器真值表2、输入模块电路图22输入模块电路这个电路的工作原理过程当拨动任一楼层开关时，发光二极管导通，每一楼层的不同颜色的指示灯随之点亮；74LS148的选通输入端ST的非0，使之处于工作状态。当把开关S置于“SW1“时，优先编码器处于工作状态，即显示器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入，当开关接高电平时，74LS148的输出A2A1A0的非100，YEX的非0，经RS锁存后，CTR1，BI的非1，Q4Q3Q2011，经74LS148译码后，显示器显示为“3“。此外，CTR1，使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的YEX的非为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止状态三、比较模块电路设计1、比较器74LS8574LS85为4位数值比较器。图3174LS85管脚引线图表3174LS85功能表74LS85工作原理如下两个4位数的比较是从A的最高位A3和B的最高位B3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。若最高位A3B3，则再比较次高位A2和B2，余类推。显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。真值表中的输入变量包括A3与B3、A2与B2、A1与B1、A0与B0和A与B的比较结果。其中A和B是另外两个低位数，IAB、IAB时，QAB1当AB0当AB时，QAB0四、计数模块1、计数器74LS19274LS192具有下述功能异步清零CR1，Q3Q2Q1Q00000异步置数CR0，LD0，Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0保持CR0，LD1，CPUCPD1,Q3Q2Q1Q0保持原态加计数CR0,LD1，CPUCP，CPD1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数减计数CR0,LD1，CPU1，CPDCP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出1001状态后负脉冲输出BO为借位输出0000状态后负脉冲输出。74LS192真值表输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000DCBADCBA011加计数011减计数表4174LS192真值表4174LS192管脚图2、计数模块电路可逆计数模块用芯片74LS192来实现可逆计数，首先考虑输入端口，一个异步复位端口RESET，用于在系统不正常时回到初始状态；其次是输出端口，用户根据自己的需要输入想去的楼层数位A，和电梯所在楼层数作比较，即有升降请求信号，如果是下降的情况，通过计数器一直递减到B位置，此时只有LAMP2亮，表示所在的楼层已到，如果是上升情况，则通过计数器显示递加到B，低价的过程只有LAMP1亮，表示电梯处于上升状态，当到达所在楼层变为LAMP2亮，电梯停止，提示用户已到所在楼层。可逆计数器的实验原理十进制至二进制普通编码器图42图42计数模块电路五、脉冲1、NE555图51555定时器的基本组成（1）基本RS触发器由两个与非门组成，是专门设置的可从外部进行置0的复位R端，当R0时，使Q0、1。Q（2）比较器C1、C2是两个电压比较器。比较器有两个输入端，分别标有号和号，如果用U和U表示相应输入端上所加的电压，则当UU时其输出为高电平，UU时输出为低电平，两个输入端基本上不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于无穷大。（3）分压器三个阻值均为5K的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压，C1之端U2VCC/3、C2之端UVCC/3。如果在电压控制端CO另加控制电压，则可改变C1、C2的参考电压。工作中不使用CO端时，一般都通过一个001F的电容接地,以旁路高频干扰。（4）晶体管开关和输出缓冲器晶体管TD构成开关，其状态受Q端控制，当为0时TD截止、为1时TD导通。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。综上所述可知，555定时器不仅提供了一个复位电平为2VCC/3、置位电平为VCC/3，且可通过端直接从外部进行置0的基R本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器端控制的晶体管Q开关，因此使用起来极为灵活。UTHURUOTD的状态XX0UOL导通2VCC/3VCC/31UOL导通2VCC/3VCC/31不变不变XVCC/31UOH截止表51555定时器的菜单2定时及方波信号发生电路由555定时器和门电路构成如图所示。其中555构成多谐振荡器，当电梯需要上升时，定时每两秒送一个方波，通过与门向比较器输入方波信号，实现自加自减，到达想去的楼层。图52定时及方波信号发生电路图振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。12T12T充电时间1LN07RCRC放电时间22矩形波的振荡周期11212L07TRC因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。1R2对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数占空比Q，Q（脉宽）/（周WT期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比WT1122TRQ由上原理中的周期公式计算理论周期和频率已知C015UFR1125R2236K1S11207TC1S22S12500MHZ0FT50Q12R六、显示模块电路由十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路和1个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图10所示。一块74LS192实现减法计数，显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。用两个双向开关控制74LS192的预置数控制端输入预置数，即当前电梯楼层数，根据共阴极七段数码显示管BS201A上，当有人按电梯按钮时，通过自加自减，当前楼层数发生改变，实现上楼下楼功能。图61显示模块电路七、运行状态1、人在一楼呼叫电梯，电梯在二楼图712、人在一楼，电梯下到一楼图72八、元件清单列表序号元器件名称数量174LS1481274LS851374LS19214NE55515继电器36数码管27发光二极管38二极管19电阻410电容211SWSPDT512SWSPST21374LS0441474LS0841540231九、设计总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。经过这个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非