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电梯控制模型设计
摘要:
设计并制作了一个电梯控制模型。用水晶玻璃实现外观设计制作,AVR单片机作为主控芯片。成功设计电机控制算法,加载重物与否及大小如何,运行时间不受影响,对电梯运行速度进行了精确控制,起步过程由慢到快,平层准确(最大误差为5.7mm)。实现了电梯的调度,(距离优先,方向优先)。在PC机上可实时监控电梯的运行状态,并可由PC键盘进行电梯的呼叫。设计全部为原创。
关键词:电梯模型、电梯调度、电机控制。
2、外形设计
本部分采用水晶玻璃制作外形。设计图如下。
图2.1电梯模型外观图图2.2电梯模型传动机械部分
图2.3电梯内部结构俯视图
图2.4实际外观图
3、硬件电路设计
3.1、电源部分
3.2、主控部分
3.3、电机控制部分
3.4、光电开关
3.5、显示部分
数据经ATmega16L的SPI接口输出
3.6、按键部分
4、软件设计
4.1、系统框图与主程序流程图
图4.1系统结构图图4.2电梯主程序流程图
4.2、电机控制及速度控制程序
电机控制程序主要负责电机的正转和反转。L298的输入IN1和IN2,分别为10时为正转,01时为反转,为11时为快速停止。程序如下。
voidelevator_down(void)
{
PD66(0);
PD55(1);
OCR2=0xc8;
}
voidelevator_up(void)
{
PD55(0);
PD66(1);
OCR2=0xc8;
}
voidelevator_stop(void)
{
PD55(1);
PD66(1);
OCR2=0xff;
beep();
}
电机的速度控制则是利用AVR单片机的定时器2(timer2)生成的PWM波形对电机的速度进行控制。PWM波可看作一占空比可调的方波,占空比越大,电机速度越快,反之越慢。Timer2设置如下:
快速pwm模式,匹配清零,溢出置位8分频。
则占空比可由以下公式求得:
占空比=(OCR2-0x01)/(0xFF-OCR2)
即OCR2越大,占空比越大
电梯运行过程中,光电开关时通时断,开关速度越快则电机速度越快。即通过测量两次光电开关的开或关的间隔,即可算得电机的运行速度。光电开关由外部中断1输入,每一个下降沿产生一次中断。时间间隔由timer2测量。
由于系统时钟采用8MHz的晶振提供,Timer2的时钟来源为系统时钟的8分频,Timer2为8位定时器。所以
Timer2中断的频率=(8000000/8)/(28)=3096.25Hz
外部中断1的中断频率由电机的转速决定,每中断一次,电机正转或反转过的角度为
θ=360/36=10度。
电机带动拉绳的直径为6.5CM。则外部中断1中断一次,电梯轿箱上升或下降的距离为
L=6.5*10*pi/360=0.567cm
由程序可知,外部中断1两次中断时间间隔为
T=moter_cntr*(1/3096.25)
则可求得电梯轿箱运行的速度为:
V=L/T.
可据此速度控制OCR2的值,以获得符合要求的速度。
4.3、按键处理程序
图4.3按键处理程序
(根据按键值以及电梯轿当前状态计算是否要进行呼叫登记)
5、系统测试
5.1、方向优先测试:电梯按某方向运行时,优先响应该运行方向的按钮;
测试初始时,轿箱位于一楼,按下二楼,四楼的上下按呼叫,和五楼的向下呼叫。按键顺序可随意。
测试结果
停止楼层
电梯方向
显示
2
上
2楼上呼叫注销
4
上
4楼上呼叫注销
5
上
5楼下呼叫注销
4
下
4楼下呼叫注销
2
下
2楼下呼叫注销
结论,测试正常。
5.2、距离优先测试:同一方向有多个按钮呼叫时,优先响应最近的楼层。
测试初始时,电梯位于任一层,如二楼。此时三楼和四楼分别向上呼叫。
测试结果:先响应三楼呼叫,再响应四楼呼叫。
结论:测试正常。
各按钮呼叫时指示灯显示正常,电梯响应该按钮的呼叫后,其指示灯应自动熄灭。
5.3、综合测试
测试条件:电梯位于1楼,进入三人,其中一人要到3楼,另两人到5楼。电梯运行后,3楼和4楼有人向上呼叫欲到6楼,3楼有人向下呼叫到1楼。
测试结果:
停止楼层
电梯方向
显示
3
上
3楼内部和向上呼叫注销。内部6楼呼叫
4
上
4楼向上呼叫注销
5
上
5楼内部呼叫注销
6
下
6楼内部呼叫注销
3
下
3楼向下呼叫注销,内部1楼呼叫
1
下
内部1楼呼叫注销
测试结论:正常。
5.4、运行时间测试
桥厢模型无加载重物时,一
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