基于单片机的模拟电梯系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的模拟电梯系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

片机 I/O口都是开漏输出，除了 P0口都内置弱上拉电阻，所以选择 1K也行，电流才 5mA。 但不能太 小，防止灌电流过大。 数码管显示电路的设计 此次采用的是共阳数码管，阳极接公共段 ，阴极接单片机，所以，单片机需用低电平来 控制。 当然，数码管用了 103排阻，用作上拉电阻 ， （ 103=10*10^3=10000=10K 欧姆） 并且也加了 360Ω的电阻用来限流。 数码管 静态时，推荐使用 1015mA；动态时， 16/1动态扫描时， 平均电流 为 45mA，峰值电流为 5060mA。 一般工作电流为 5 mA 10 mA,所以（ ） /R=I,所以 R=(230Ω 460Ω )，所以限流电阻选择了 360Ω的。 图 23 数码管显示 模块的电路 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 13 电梯模拟指示灯的设计 图 24 模拟指示灯 的电路 本次设计的指示灯共有 6个，其中一个是电源模块的指示灯（后面会有 提到），还有一个是单片机电源指示灯，再一个是电梯正常运行的指示 灯。 这三盏灯的功能就是为了提示，不做任何 模拟，还有三盏灯分别接在 ， ，。 接在 ，当电梯上升时，该指示灯亮，当电梯下降时，该指示灯呈熄灭 状态。 接在。 在电梯运行后，两盏灯同时熄灭代表电梯正在 关门，同时亮代表正 在开门，单独 电梯处于关门状态，单独。 因为发光二 极管接的是 5V 电源，所以限流电阻分到 3V左右的压降，发光二极管的工作电流通常是 2 mA5mA,所以选择了 1k的电阻，根据 电阻公式是 R=（ U－ Uf）／ I，可以算出 R=(52)/（ ~） =(600~1500) Ω ,所以电阻就选择了 1K的，这样的电流是 3mA，发光二极管可以正常工作。 蜂鸣器电路的设计 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 14 图 25 蜂鸣器 电路 本次设计用 9012三极管驱动蜂鸣器，当电梯到达所需楼层时， 单片机给三极管基极输入一个低电平，此时基极的电压小于发射级的电压，三极管导通，可以使蜂鸣器作响。 三极管在蜂鸣器 上 的作用是放大声音信号。 三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，当基极电压 UB有一个微小的变化时，基极电流 IB也会随之有一小的变化，受基极电流 IB的控制，集电极电流 IC会有一个很大的变化，基极电流 IB越大，集电极电流 IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。 但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用， 该三极管的放大倍数在 150200之间。 在 I/O口和三极管 B级之间 串接个 1K左右的电阻的作用是限制 I/O口电流，防止 I/O口过流烧坏。 因为蜂鸣器正极接 VCC，串联的电阻选择 1k，根据公式可以算出 I/O的电流为 5mA，再加上蜂鸣器的内阻，电流小于 5mA，可以保证 I/O口不被烧坏。 电源电路的设计 稳压电路的介绍 本次设计采用的电源电路是经典的稳压电路。 用一个电源适配器直接将 220V 的交流电转换成9V，然后接入板子上，一开始的设计是用两个电 源，将单片机跟电机的电源分开，但考虑到了 经济性和实用性，用了这个模块，只需一个电源输 入 即可。 9V的电可以直接供给 H桥驱动，串联一个二极管可以有效防止反接，然后电压经过 输入端 滤波，由稳压芯片 7805 输出 ，再由输出端滤波输出5V 直流电给单片机供电。 这里的电阻选择 1K 跟上面讲到的发光二极管的电阻选择一样，都 是限流的。 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 15 图 26 电源 电路 稳压芯片的介绍 此次采用的是 7805 三端稳压集成电路，三端 IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。 用 78/79系列三端稳压 IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠 、方便，而且价格便宜。 该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7805表示输出电压为正 5V， 7905表示输出电压为负 5V。 在实物制作中，在 7805上安装了散热器，为了防止温度过高时，稳压性能变差。 图 27 稳压芯片 7805 H 桥驱动电路的设计 光耦的介绍 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 16 图 28 光耦内部图 光耦。 它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管 LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。 当输入端加电信号时发光器发出光线，受光 器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电 — 光 — 电”转换。 以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器。 这次设计时本来采用要用驱动芯片 L298N 来驱动电机的，但考虑到自己动手接触过 H桥电路之后会有更深的了解，后又改用 H桥。 但是刚好有同学也是用 H 桥驱动电机的，所以就加了光耦。 跟原先的 H 桥相比，稳定性又有所提升。 光耦的主要作用 就是强弱电的隔离，因为单片机是小功率的芯片，而电机是大功率的 ，所以光耦可以有效的起到 隔离 作用。 光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信 号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。 光耦合器是 70 年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦 合、驱动电路 开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、 脉冲放 大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大 、固态继电器 (SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。 在单片开关电源 中，利用线性光耦合器可构成光耦 反馈电路 ，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的 [2]。 如上图， 二极管负极 接 VCC， 二极管正极 接单片机 I/O口， 发射极 接地， 集电极 接入 H桥 电路。 当电梯需要上升或者下降时，给 二极管正极 输入一个高电平或者低电平，控制二极管的通 断。 假如芯片给 二极管正极 的是低电平，此时二极管导通，然后三极管也 导通，因为 发射极 是接地的，所以集电极 端也是低电平。 将此信号传输给 H 桥。 光耦在电路中一左一右两个，给左边的 光耦 输入低电平了，那右边的就是要输入高电平，这样才能 维持电机的运转，这个在下面的 H 桥电路设计中会解释。 H 桥驱动电路的介绍 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 17 图 29 H 桥驱动电路图 如上为本次设计的 H 桥驱动电路。 电路得名于“ H 桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母 H。 4个三极管组成 H的 4条垂直腿，而电机就是 H中的横杠。 在桥路 左边加了一个 NPN三极管 Q12和 PNP三极管 Q8，右边也同样加了 Q7 和 Q11,可以更有效的 控制和 保护电路。 要使电机运转，必须是一条对角线上的三极管导通。 下面，我们用一个例子来解释下 H桥电路的工作原理。 假设左边是低电平，那相对应的右边为高电平。 所以左边的光耦 C 脚输入低电平，右边的光耦内的三极管不导通。 因为PNP是低电平导通，所以左边第一个三极管 Q8导通，因为下面串联一个电阻，所以呈高电平状态，所以左边第二个三极管 Q12导通，所以， H桥中右下角的三极管 Q14也导通，左上角的三极管 Q9的基极 B 经过了三个电阻，而他的发射极只经过一个电阻，所以基极的电压相对的低于发射极，所以左上角的三极管 Q9也导通。 所以电机可以运转。 接下来要验证右上角的三极管 Q10和左下角的三极管 Q13不导通，因为光耦不导通，所以右边第一个三极管 Q7没有构成回路，所以不导通，右边第二个三极管 Q11和 H桥右上角的三极管 Q10 同理也不导通，左下角的三极管 Q13 B级没电压，所以也不导通，所以，当左边输入低电平，右边输入高电平时，左上角和右下角的三极管 Q9， Q14 导通，电机正转。 反之，电机反转。 四个并 联 在 H桥三极管两端 的二极管起到 续流保护 的作用。 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 18 第三章 电梯系统的控制程序设计 程序流程图 主程序流程图 当电梯上电了之后，程序开始执行，数码管显示为 1楼，同时开始扫描键盘，判断是否有按键按下， 当有按键按下后，根据按键修改变量，然后电梯运行，同时数码管显示相应楼层，当抵达所需楼层楼层后，开始开门，同时蜂鸣器发出声音，提示已到 达。 然后循环以上过程。 中断程序流程图 开始 初始化 扫描键盘查询变量，调用子程序 电梯运行 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 19 当有键按下之后，中断开始，修改变量，然后电机开始转，电梯运行，当电梯到达所需楼层后，中断结束，电梯开始开门，同时蜂鸣器发出声音提示到达。 然后循环上述过程。 电梯运行流程图 入口 键盘扫描 有键按下。 修改请求变量 电梯运行 返回 N Y 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 20 当有键按下，电梯开始运行时，先关门，然后电梯运行， 数码管显示电梯所在位置，当到达所需楼层时，电梯门打开，并且蜂鸣器发出声音，提示到达。 入口 电机运行 关门 是否到达所需楼层。 开门 返回 数码管显示楼层 N Y 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 21 第四章 系统的调试 系统调试过程 软件调试 程序在调试的时候会出现很多错误，书写格式上的疏忽或者循环错误及参数表语法错误等等，此次的程序是在 keil中编译完成的，在编写好程序之后，出现的错误很多，比如“ Declaration missing ” “Do statement must have while”“ unction call missing”等等一大堆，然后自己根据这些提示去查找错误， 然后一点点的修改，最后成功编译，当编译成功之后 仿真然后 在开发板上进行调试，一开始的时候一些功能实现不了，比如开门关门的状态跟自己预先想的完全反了，后面又去程序中修改，这样反反复复直到功能全部实现 [5]。 系统仿真 此次系统仿真用的是 protues进行仿真的，首先用 keil编译程序产生 hex文件并保存，然后在protues 上画出仿真图，导入程序并进行仿真，一开始仿真的时候 是 使用 L298N 进行仿真的，正在关门的状态显示不出来，去查了正在关门的程序，是直接把那个和关门的程序写一样了，修改过来之后就好了， 后来因为设计的更改，采用了 H桥驱动电路的仿真仿真图 如下 ： [7] 图 41 仿真图片 硬件调试 在调试过程中，一开始的时候蜂鸣器一直不响，一开始以为蜂鸣器是坏的，用万用表的二极管档测了之后发现蜂鸣器能响，然后又看三极管，接法也没错误，最后去检查了程序的 I/O 口才发现是 I/O 口定义错了，本来是应该定义 的，程序上写成了。 将这个改过来之后蜂鸣器就能基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 22 响了。 还有就是电机只会正转，不会反转，然后找到当电机反转时电流的流向，后来发现光耦接反了，按照那个接法，光耦内的三极管会一直处于断路状态，所以无法驱动 H 桥内的电机。 当全部修改 好之后，电梯就可以正常运行了。 系统 调试 成果 当插上电源的时候，电梯显示的楼层在 1 楼，电梯运行指示灯亮，电源指示灯亮，电源模块的二极管也亮，图片如下： 图 42 调试图片 假设我在 4 楼，现在我要到 1 楼去，我按下 4 楼下召唤按钮，然后电机反转，电梯到达 4楼，基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 23 图片如下： 图 43 调试图片 进入门后，按下 1楼按键 ，电梯运行，图片如下： 图 44 调试图片 其他的各个功能也都能正常运行，这样调试就好了。 最后附上完成后的实物图，如下： 基于单片机的模拟电梯 系统设计 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 24。