基于单片机的模拟电梯系统设计毕业论文

基于单片机的模拟电梯系统设计毕业论文内容摘要：

，将 VCC通过 1K 电阻并联到按键上，目的是为了防止干扰，增强稳定性。 将输出口保持在高电平状态。 该上拉电阻的选择是因为单片机电源是 5V， P口输入电流不超过额定输入电流即可，单片机 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。 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 图 23 数码管显示模块的电路 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 的灯亮代表电梯处于开门状态。 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。 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 蜂鸣器电路的设计 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 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 H 桥驱动电路的设计 光耦的介绍 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。 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 H 桥驱动电路的介绍 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。 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 中断程 序流程图 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。 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 电梯运行流程图 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 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 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 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，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。 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（。