基于单片机的电梯舒适性检测仪设计

1、图书分类号：密 级：基于单片机的电梯舒适性检测仪设计SCM ELEVATORCOMFORT DETECTOR BASED学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或

2、机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名：日期：年月日 日期：年月日摘要随着电梯的不断增加和电梯一些列检测技术的快速发展，对电梯环境中影响人类舒适的温度湿度加速度等因素检测的研究已经成为现在一个很受重视的难题。之前都是并没有相关的技术来支持感知电梯内环境的变化，后来，随着传感器技术、通信技术的提高和微电子元件的发展，人们将模仿传感器、单片机、信号转换器、多路程虚拟模仿开关等部件组成检测的系统，

3、但是传统的方法存在很多的缺陷。因此，很有需要研究出一种可以更加优越的监测系统以实时传送给工人。 这个设计的系统将单片机、传感器、通信以及计算机结合，采用传感器特有的多点采集数据技术、单线总线数字化技术以及 GSM 无线传输技术一起运用的办法，设计出来一套符合现实的电梯环境检测系统。这个系统最重要的是单片机，同时温度和湿度以及加速度数字传感器将电梯环境信号收集上来，之后把这些传送到单片机，处理和储存数据，来达到数据的实时显示的目的，来对故障报警进行远程传输。这个方案的设计结构相对简明，安装容易，扩宽性强，便于修理，受外界影响较小，而且不用固定网络的支撑，可以全方位，全自动，第一时间对电梯进行检测

4、，具有一般检测手法不具备的各种特点。关键词 电梯环境；单片机；检测；数字传感器AbstractWith the rapid development of the growing number of elevators and lift column detection technology, research on environmental factors affecting human elevator comfortable temperature and humidity acceleration test has now become a highly valued problems

5、. And not before all the relevant technologies to support environmental sense changes in the elevator, and later, with the development of sensor technology, communications technology and microelectronic components increase, people will imitate sensor, microcontroller, signal converters, multi-distan

6、ce virtual imitation switches and other components testing system, but there are many shortcomings of the traditional approach. Therefore, it needs to come up with a way more favorable to real-time transmission monitoring system to workers.The design of the system microcontroller, sensors, communica

7、tions and computer combination, using a unique multi-sensor data acquisition technology, single-wire bus digital technology and GSM wireless transmission technology together with the use of the approach, designed a realistic environment detection system elevator. This system is the most important th

8、ing is the microcontroller, while the temperature and humidity as well as the acceleration of digital sensors to collect environmental signals elevator up, then these transferred to the microcontroller, processing and storing data, to achieve the purpose of real-time data display for remote fault al

9、arm transmission. Design of the structure of the program is relatively simple, easy to install, widening strong, easy to repair, less affected by outside, and do not support the fixed network, could be all automatic, the first time the elevator for testing, with the general detection approach does n

10、ot have the variety of features.KeywordsElevator environment SCM detection digital sensors全套图纸外文文献扣扣 1411494633目 录摘要IIAbstractIII1 绪论11.1 引言11.2 研究背景及意义11.3 国内外研究现状、趋势21.3.1 国内电梯监控技术研究现状21.3.2 国外电梯技术研究现状31.3.3 电梯监控发展趋势41.4 研究内容42 电梯检测系统总设计52.1 方案整体设计52.2 系统硬件总体设计72.2.1 系统硬件框架图82.2.2 系统硬件整体设计82.3 系统软

11、件整体设计92.3.1 下位机软件设计92.3.2 上位机软件设计112.4 本章小结123 系统硬件总体电路设计123.1 系统硬件整体电路设计133.2 主要控制部分133.3 传感器部分的设计以及运用143.3.1 数据收集方法的设计153.3.2 温度传感器选型设计163.3.3 湿度收集传感器选型设计173.3.4 加速度收集传感器选型设计183.4 外围电路硬件设计与实现193.4.1 电源电路193.4.2 看门狗电路20223.6 本章小结24第四章 系统软件设计254.1 主程序模块设计254.2 信息采集模块的设计和实现264.2.1 温度收集传感器软件设计264.2.2

12、湿度收集传感器软件设计324.2.3 加速度传感器软件设计334.3 远程通信模块的设计与实现35354.3.2 中断控制程序设计364.3.3 通讯抗干扰的软件设计374.4 上位机操控各模块软件设计374.4.1 系统主要界面的设计374.4.2 温湿度加速度数据查找与输出界面设计384.5 本章小结39结论40致谢42参考文献42附录44附录1441 绪论1.1 引言 我国建筑物众多，电梯的发展历史可以追溯到很久以前，现代社会随着科学技术的进步，以前的楼层电梯也产生了巨大的变化，人们利用计算机技术、微电子，远程检测技术，把它们应用在电梯上，从而诞生了电梯舒适性检测这个新兴的领域，人们通过

13、最现代的科技方法，及时监测到影响人们舒适度的参数类似温度，湿度，使人们可以更舒适的享受坐电梯的过程，这种舒适检测技术的出现极大的降低了人们的难受概率，提高了电梯的乘坐质量。众所周知，电梯运行中影响人们舒适度的因素有很多，像温湿度，电梯的加速度、二氧化碳和氧气的比例等等，都可以在各种方面影响到人们的体验。因此，为了改善人们坐电梯时候的感觉，我们要通过某些手段及时发现电梯环境的改变，让工作人员能快速的采取相应的措施，使其调整到正常的环境参数范围。一般的检测办法需要人自己坐电梯去感觉，这样不但不能保证实时性，误差相对也大，同时还浪费人们的精力，效果也当然也不能令人满意。所以，想要改变这些问题，就要将

14、自动化技术运用到电梯运行中去，提高电梯检测的全自动水平，来尽可能的减少人的工作量。现在，通过智能传感器、单片机、通讯技术、键盘、液晶显示模块就能实现这个基本要求，所以电梯工作的时候，人们感觉跟温湿度、电梯的加速度等因素有着非常密切的联系。所以要改善人们的舒适感觉，提高大家对乘坐电梯的满意程度，就要对影响人们感觉的一些外界参数进行科学的调理，让他们一直处在合理的范围内。一般的测试监控手段是人为检测和手工操作，那样无法避免产生出一些问题：比如劳民、高成本，低效率，缺乏实时性，精度较低等等，所以想要达到理想的状态很困难。但是，因为计算机技术和半导体的进步，元件的成本越来越低，这就为电梯检测带来了便利

15、，创造了有利条件1。本论文举荐的是 STC12C5A60S2型号单片机，它是整个监测系统的焦点芯片，这个单片机有着较强的抗干扰能力，操作简便，花费较少，适应性强，收集准确，消耗低且芯片内部连带看门狗等特点，可以带来比较良好的使用经济效益。这个系统的移植性不错，便于维修，所以稍加改良，就能在其他很多领域运用。 1.2 研究背景及意义 陪伴着我国产业出产和都市建设的飞速友展,高层修筑如雨后春笋拨地而起,电梯作为大多半建筑中无法贫乏的运输器具,得到了普遍的运用。电梯已进入日常生活,人们对电梯性能及服务水平的要求也越来越严格,其中最重要的是达到以下几个方面的技术要求:舒适性，安适性，经济型。现在人们不

16、但要求电梯安全可靠,大家对坐电梯时舒适感也特别关心。是以开拓一种电梯舒适性检测仪设计具有必然的实际定见。 电梯是当代社会最重要的运输器材、是电力动力一体的运输设备。它包罗了土建工程，机器工程、电力电子技术、微计算机技术、电力拖动装配等多个范围。然则电梯的类型有很多，但是现今运用的电梯大部分为电力拖动、钢丝牵引构造。本次课题内容既是基于单片机的电梯检测系统设计。电梯的内部非常繁琐。电梯检测系统是电梯运行的关键，它主要为整个电梯供给动力，在电梯的缓慢减速、平稳运行、运行加速都扮演着重要的角色。想要再次优化电梯检测系统，就应该改善系统设计。随着现代社会生活水平的提高，对电梯各方面要求也愈发地高。在单

17、片机检测电梯的环节中，智能控制手段通过科学的选择和设计，可以有效提高电梯的检测效率，明显地改善了人们的舒适感，使电梯的检测更加科学和先进2。陪同着社会的成长，社会呈现了越来越多的修筑，和它一路出现的电梯已成为当代生活中弗成贫乏的一部门。与此同时，由于国度老龄化的题目越来越严重，低层修筑建筑也越来越须要电梯。以是电梯检测的研究在当代社会有着很重要的作用，作为一名机械专业的门生，这些恰是自动化专业所进修的内容，又是本身的兴趣地点。为了今后更好的工作和更深切的理解基于单片机的电梯检测系统，也是选择了该课题。1.3 国内外研究现状、趋势1.3.1 国内电梯监控技术研究现状目前，海内一些企业和离等院校接

18、踵投入该方面的研究，开拓具有中国特色的长途监控系统，它最重要的工作原理是电梯检测系统把Ila控制口状态参数转换成专用的状态标志，并把此标志发送给前端机，之后又把数据传给PC机，来达到PC对PLC运行状况的监视的目的。但此种方式要思量与现存在电梯节制系统的接口课题，从而造成其实用电梯种类较少，对可编程控制器的电梯举行检测对照容易，但微机节制的电梯检测就不那么容易了.东华大学与上海特种设备监督检修技术研究院配合开拓的电梯长途监测报警系统从电梯控制器收罗信号，通过GPftS传给监测中央，实现对电梯的及时监测及坏处报警洲. 2001年，秦皇岛有限公司开拓开发的电梯主动报警安防解决系统，能够及时长途检测

19、电梯的运行状况，一旦电梯发生问题就能够实时关照维修职员。它是通过监测电梯节制器和轿厢内的状况，并通过电话收集将数据传输到长途主机上举办监控，获得电梯的及时状态。该设备获得的妨碍信息主要由电梯自身的节制给出，无法客观地反映出终极运动部件轿厢的真实情况。此类系统主要用于多台电梯的汇合检测及及时的问题警示等，保证维修人员在电梯出现故障时及时采用救援措施叫。上海三菱电梯有限公司在2002年开拓设计了S1C5电梯监视系统用于小区内的电梯监视可以对多部电梯举行及时不间断的监测。它具有及时记载电梯的各项参数以及报警的作用。电梯便携式检测技术的海内外研究近况便携式电梯检测装配的研究主要知足专业检测职员举办人为

20、检测的须要，具有检测精度高、便利携带等功能。在此方面海外产物已相等成熟，并普遍被列国专业电梯检测职员所采纳。如美国公司出产的EVA-625电梯承运质量检测仪，可对矫厢内加速度、噪声等参数举行检测.德国T加公司开辟的一套专门用来检测电梯设备的系统(Advanced Diagnosis System for Elevators)，能对电梯的距离、速率、钢丝绳受力、加(减)速度、压力、电梯门特征等多项特性参数举办测量，测得的数据经过计算机处理以曲线图表的形式显示。国内方面，天津大学李立京博士利用虚拟仪器技术开发了一套电梯综合测试系统，主要用于新装电梯的调试，针对调试过程中出现的故障进行分析与诊断，不

21、具有长期监控及海量数据存储的功能。重庆市特种设备质量安全检测中心与重庆大学合作共同研制开发了多参量多通道便携式电梯检测仪，该装置通过外接不同传感器对电梯包括加速度、噪声、平衡系数、钢丝绳张力等多项参数进行检测L，.”。拉特激光技术开发有限公司上海分公司生产的电梯综合性能测试仪。可对电梯运行的加减速度、速度、噪声、钢丝绳磨损等参数进行检测。上述便携式电梯检测装置的特点是，体积小，便于携带，检测参数较为全面，但不能对电梯进行长期连续监测并海量存储数据，仅适用于电梯的初步检测。 以上研究现状表明，目前针对电梯检测方面的研究大多偏重于运行状态的监测，而对于如何根据监测数据建立运行状态模型，从而给出电梯

22、运行状态评估方面的研究则不多。基于多传感器信息慰合技术的电梯检测系统的研究在内尚属起步阶段，由于信息融合技术能够充分利用各种信息资源，提高检测系统的精度和可靠性，因此，根据多传感器提供的历史数据可以对电梯运行性能提出更客观、准确的评价，该项技术的应用将有益于提升国产电梯检测产品的技术含量，为我国从世界电梯生产和制造大国进入电梯生产和制造强国提供了途径.1.3.2 国外电梯技术研究现状电梯远程监控技术的国内外研究现状电梯检测技术的研究主要集中在远程监控与便携式检测两方面，在远程监控方面，现代海外较大的电梯公司险些都能供应和自身产物配套的远程检测系统。日本三菱公司20世纪末研发出了电梯长途检测系统

23、，运用该系统的电梯须要具备一套远程监控单位以及节制器，节制器通过租用电线与长途控制中央和设备办事终端相联动，远程监控单位具有监测，存储和控制等功能。 美国奥的斯公司自立研发的电梯检测系统，有分级报警的功效，能够显示所在，标题等参数，当电梯的运行效果超出预定的边界时，系统就会呈现报警信号。 日立电梯检测系统通过计算机系统整天检测电梯的运行情况，替每一台电梯创设了数据库，按期查验调样，有用的低沉了电梯问题的发生率，加长了电梯的使用限期。当电梯有妨碍时，信号会立刻连接监测中央，检测装配呈现电梯的故障资料并即刻向电梯故障地点的维修职员提醒，来担保第一时候达到现场。目前最快速电梯的日本东芝电梯团体，在中

24、国设立了两个长途监视中央，互相备用，组成双重保障体系。在公司的处事信息中心里，远程监控系统对电梯的运行长途检测、故障分析，监控系统4小时，3天不中断地运行。不外由于中国特殊的国情，这些海外公司的检测解决系统在中国运用还存在着相等的局限性。好比互相不兼容，同时对电话收集的需求也很严格。同时长途程监测系统的资本也相对高，一般用户不及接受。我国电梯长途监控技术的研发起步较晚，上世纪90年代以前出产的国产电梯基本无检测接口。1.3.3 电梯监控发展趋势因为计算机水平的快速提高，人们对坐电梯的感觉越来越注重，由此造成电梯舒适性监测的技术也发展的很快，电梯监测是一个复杂的过程，它由很多因素控制；随着网络的

25、扩散，人们通过局域网可以立即把现场的数据上传，达到共享的目的。这样不但极大的提高监测的效率，而且也利于管理，还能将超限资料传送到电脑来报警，马上让维修人员知晓。达到电梯数据传输和报警的功效，达到对电梯环境报警及时控制的目的。 1.4 研究内容因为人体感觉受到电梯环境的影响程度很大，因此我们就要设计科学的参数范围。在完全考虑各种因素的基础上，设计了基于单片机的电梯远程检测系统。 本文研究的目的是通过检测电梯内的环境，从而了解情况，主要研究电梯环境参数人体舒适度的影响，然后对采集上来的数据进行分析，也可以对数据设计和改正，通过微处理器还能警报。整个系统研究内容如下：1、利用proe完成检测仪的壳体

26、、电路板及内部部件安装三维实体图。2、利用单片机完成电梯中温度，湿度，运行加速度等检测；3、利用proteus完成硬件电路设计4、设计流程图并编写程序 2 电梯检测系统总设计这个设计的目的是使用户通过上位机 PC 可以轻松便捷地实现对电梯的环境远程监测，设计方案是能够使电梯检测系统能对电梯运行数据自动收集检测，通讯和信息的储存和解决；简易的显示系统运行的重要数据，同时做相关的处理；相关人员能利用相关设备直接改变电梯内的环境参数。与此同时还需要提高系统的可靠性，加强抗干扰能力，提高精度和参数的传输速度，加长传输距离。 2.1 方案整体设计本文所研究的是单体的一个电梯，我们要对其内的温度和湿度和加

27、速度进行定量监测，由于电梯存在很多对信号的干扰因素，如果采用模拟量信号可能引起信号的消耗和温漂，所以我们必须用数字量来传输信号，这么做能规避信号传送时发生的错误。通过上述分析，温度传感器选用DS18B20 智能数字式传感器，因为电梯的在很小区域温度能当作是均衡的，同时电梯又是一个很小三维空间，因此我们只需要在顶端放置一个温度传感器，同时湿度传感器我们也采取同样的方式。传输信号就选用双绞线加屏蔽层的线缆传输来提高抗干扰能力。同时单片机采用STC12C5A60S2 单片机，因为它性价比很高。为了对数据进行一个更加具体的显示和处理，我们还需要用到上位计算机。 基于以上的分析，设计了电梯检测的总体方案

28、，如图2-1所示。图 2-1 系统整体框图整个检测系统由上位机 PC、温湿度加速度收集展现模块、电平转换模块加上外围模块一起构成，达到对电梯内环境的检测、检测和管理的目的。系统采取二级控制的结构：其中第一级是直接控制级，就是利用单片机子系统来对加速度，温湿度几个因素检测，之后对数据进行相关的操作。同时第二级是过程管理级，就是通过计算机实现的，主要对传输来的数据进行显示、修改和报警，同时如果需要的话，还可以显示历史数据，还能跟其他计算机联网，达到数据共享的目的，也可以及时对系统改进，来强化系统的功能。 真正工作时，微处理器是电梯内最重要的控制逻辑单元，能独自完成电梯的全部监测功能，而上位机只不过

29、扮演着辅助的作用；所以下位机能保证子系统高效的运行，所以不需要上位机过多的干预。上位机的主要作用就是实时检测系统；设立下位机的控制数据；利用串行通讯，接受下位机传送来的现场信息；统计分析以往的资料；实时管理数据，也能对接收的数据和历史资料存储，现实改正等等。另外，通过与其他计算机相连，达到在线通信和数据共享的目的。 系统能保证的功能： 1.通过 STC12C5A60S2 单片机采集相关信息，之后再对他们进行处理； 2.整合采集到的信息，进行一系列操作； 3.微处理器检测参数信息，之后对数字处理修整和存储以及输出。 整个系统最重要的处理器为 STC12C5A60S2，传感器采集电梯内各种数据，之

30、后传输到微处理器，再采取相关的逻辑和数字处理，同时判断是否越过限值范围，若超过则报警，计算机也能够把结果传送到微处理器，之后控制微处理器可以对参数进行修改。 数字传感器对电梯的数据直接收集，把电梯的物理信号收集上来，以便后续处理，显示器则显示收集的数据，当数据超限后就能报警，STC12C5A60S2 控制电梯的逻辑，计算机利用编写的上位软件，从而可以人机操作，知道电梯的情况，单片机利用对采集器的控制和参数设定，能控制传感器的状态，达到对信息的传递和存储的目的， 系统采集器使用了单总线结构，加强了抗干扰能力，也利于系统的拓展；系统也运用了外置的键盘，可以对参数立即修改；单片机连接了显示器，能实时

31、显示温湿度和加速度的数据情况，加强了系统的可靠性。2.2 系统硬件总体设计在这么多气象要素中，对人体舒适度影响最大的是气温和湿度。大气中的温湿度人为是无法控制的，而室内的温湿度却是可以调节的。那么如何调节适当的温湿度，既能达到节能的目的，又能使您的工作处于最佳状态、身体健康、生活舒适呢？先来谈谈温度，要是温度过高，就会影响人们的体温调节功能，同时由于散热欠好导致体温升高，就会呈现头晕等情况；若是温度过低，又会影响人们的代谢功能，减慢脉搏和呼吸的速率，消沉呼吸道的抵制力。固然，人体对温度的改变有顺应能力，身材可以通过调节体温来保持均衡，不外这种方式毕竟有限，以是通过很多的尝试研究，最终把人体较舒

32、适的温度范畴11到32。再谈湿度，炎天若是室内湿度大，就会阻截人体蒸发散热，让人们感觉不舒畅；冬天湿度太大的话，就会加快热传导使人觉得寒冷。同时室内湿度太低的话，水分就会大量减少会使人们觉得口干舌燥，而不是简单的伤风。已是通过研究，人体较舒适的湿度范畴是30%到80%。然而，人的体感并不单纯受其一项指标的影响，而是两者的综合作用。因此，从医疗气象上把人的体感分为7个等级来评价室内温湿度是否适宜。分别是：舒适、稍暖、暖、热、稍凉、凉、冷。通过大量实验得出最适宜人的温湿度是：夏天温度23-28，湿度30%-60%；冬天温度在18到25之间，湿度在30%到80%之间。人们会觉得比较舒服。一般情况下，

33、室内温度控制在22-26，湿度为40%-50%，人体感觉最舒适，而室内温度在18-20，湿度为40%-60%时，人的思维最敏捷，工作效率最高。当电梯最大加速度为1. 0m /s2时,由于身体接受了非常严重的刺激,人们普遍都会觉得不舒服,说的更加明确一点，在最大加速度0. 6到1. 0 m /s2有一个数据，它是区分舒服和不舒服的标准,不过这个值不是固定的，由于外界环境的不同，以及乘坐的人的年龄身体状况都不一样,经常坐电梯和不经常坐电梯等因素都会影响这个数值。所以我们暂定中间值0.8为人体最佳坐电梯的加速度，我们应该努力把加速度调节到这个数值左右。2.2.1 系统硬件框架图系统硬件结构搭建如图

34、2-2所示，图中温度传感器和湿度加速度都放在电梯的顶部，这样能尽可能使检测的温度，湿度以及加速度的值和电梯内环境相同，达到精度要求。数据传输线选取带有屏蔽层的双绞线，来加强抗滋扰能力。单片机操纵电平转换将信号传送给长途传送模块。电梯外部的计算机能办理电梯的直接控制级。图2-2 系统硬件组成示意图2.2.2 系统硬件整体设计影响人们舒适度的因素有很多，本文主要研究了温度，湿度，加速度三个量，通过传感器收集温度、湿度，加速度等参数，并将收集信号转换为电压信号，同时交给微处理器处理。如下图2-3所示 图 2-3 整合控制系统示意图 微控制器选用 STC12C5A60S2:本文选STC51 系列型号的

35、单片STC12C5A60S2 ，其具有低能耗，低本钱，便于维护，较强的不变性的优点，同时STC12C5A60S2 单片机也有着很高的性价比，拥有两个 PWM，运行速度也快，8个模拟量数字量转换接口。同时它也不用依靠任何烧录器，就能通过电脑上的串口用 ISP 方式烧录，烧录方式也是容易。因为它有着大量的优点，所以运用十分广泛。这个系统利用采集器收集电梯的数据，经过微处理器计算和储存数据，微处理器不间断的处理传送来的信息，利用依次循环的监测，利用程序中的优化算法，比较结果，控制电梯环境。同时微处理器还能显示实时数据，也能利用小键盘适当修改和设置需要的参数3。 2.3 系统软件整体设计2.3.1 下

36、位机软件设计在系统硬件集体设计的底子上，完成系统下位机软件构造图，如图 2-4所示。图 2-4 系统软件结构图这个设计选取模块化的程序设计，包含中图上所示各种程序。程序流程图在2-5会描述。 同时系统用 C 语言编程，其中一些代码利用 C 语言。但汇编语言又是相对低级的，必须包含相应的硬件，面对不同的硬件结构，选用不同的汇编语言，会让系统效率低下，同时也不利于再次开发，如果把硬件和机器换掉，汇编语言的移植性也不是很好，这恰恰是它非常致命的缺点。所以我们必须分析 C 语言和编汇语言的不同点，选取二者结合的方式研发系统软件程序4。图 2-5 下位机软件整体流程图2.3.2 上位机软件设计上位机软件

37、设计人机的交互界面，利用 VB程序设计，通过其中的控件，设置单片机的相关参数，同时也能查看历史数据，修改对位处理器的标准。利用上位机的交互软件，非常便利的实现了对电梯的监测作用，使得工作更有效率。在上位机和单片机之间利用串行通讯传送数据，这种方法错误率低，抗干扰。下位机运用C 语言编写，如下图 2-6 所描述。 图2-6 上位机软件整体流程图上位机的串口设置是利用程序对端口的标准进行设置实现的，通过设置匹配的方式寄存器来设置对应的端口参数。可以选定波特率、奇偶校验等特点，也能储存，处理采集来的数据，为后面的流程打下基础。 2.4 本章小结这章阐述了系统整体，分别分析了硬件结构和软件设计，了解系

38、统的可行性，替下面的工作做了准备。3 系统硬件总体电路设计3.1 系统硬件整体电路设计依据系统的要求分析，我们设计了系统的整体硬件电路,详见附录。3.2 主要控制部分系统选用的元件是 STC12C5A60S2，它是电梯运行最重要的控制器，采集器将电梯物理量收罗上来，微处理器通过数据转变和处理，把数据传送到上位机以及外部的显示器上，同时显示出来。假如电梯由于突发情况使得环境突然发生变化，那么单片机就会内部比较数据，做出相应的操作，发出报警信号，与此同时工作人员就能实时的处理电梯的突发状况。 系统采取模块化设计，提高了系统的设计效率，当电梯检测设备出现故障时，比较容易找出问题所在，便于系统的维护。

39、采集器收集到现场数据后，交给微处理器读取，之后下位机将数据传送给计算机。不过，上位机也能实时操作下位机，修改和设置之中的参数，也能利用外置的键盘，操作单片机。当系统收集到的数据超出规定范围时，单片机就会把结果进行比较，传输信号，这种实时的方法，可以加强电梯抗干扰的能力。把PC 机和单片机一起使用，RS-485和GSM 网络同时运用的方法构成多点收集系统的主要控制器部分，达到对信息的传递和储存处理的目的。计算机具有强大的功能，运行速度较快，编程也简易，用它来编写人机交互软件很便利。STC12C5A60S2 可以同时操控很多个DS18B20 工作，达到主从分布式控制的目的，同时也能和计算机互换数据

40、。 单片机STC12C5A60S2 的功能说明和控制引脚，在下文会有细致的描写。1. STC12C5A60S2 引脚图 下图是单片机实际引脚图的排列图，它一共 40个引脚，通过DIP 形式封装。 图 3-1 单片机引脚封装图2.引脚的功能介绍 选用STC12C5A60S2单片机，由于它性价比高，有着较强的抗滋扰能力和可靠性，同时组装简单，编写简易，能轻松的完成各种控制要求，也能和电梯内部采集器单独连接，同时能通过总线和单片机交换数据。构建主从分布式网络也比较容易，就是利用一台微处理器和很多个下位机通信，组成电梯检测系统，来达到电梯运行数据的远端显示和存储的目的5。 （1）电源引脚 Vcc连正五

41、伏工作电压，Vss对低电平也有用。 （2）晶振 X1、X2与晶体两侧连接。 （3）P0 / P1 / P2/P3口都是双向的数字指令接口。 （4）控制引脚 ALE/-PROG 是单片机数字以及指令传送总线。 RST/Vpd 代表复位信号端。也能作为第二个电源，如果断电信息也可以不丢失。 ALE/-PROG 表示脉冲输入端。 PSEN 代表存储器选通端。 EA/Vpp 代表存储器使能端。 3.3 传感器部分的设计以及运用通过传感器以及其他的部件，收集电梯的物理信号，然后转换成能被数字设备接受的信号，之后微处理器再进行相应显示、编辑、查看、存储的一系列操作，这样就是信息收集。 数据收集系统的结构图

42、如图 3-2所表示。 图 3-2 基础的数据收集系统我们都知道，机械的数据收集检测难度都不会小，同时运行的电梯又是相对而言较为复杂的系统，它的环境数据滞后性很严重，同时各个数据还会耦合，最后还需考虑抗干扰能力。所以我们无法考虑选取模拟传感器，而且要运用一种新的信号收集的方法，来减少信号的消耗和温漂，降低系统的误差，使系统的稳定性加强。 测量电路的非常关键的一个特点就是高准确度，就是误差小，精度高。所以传感器可以看作人的眼睛，我们应该慎重的选择，让它满足系统的各种要求。这个系统选用的是 DS18B20 传感器，它是智能数字式温度传感器，同样的湿度传感器选取的是 SHT11 传感器，和温度传感器的

43、性质类似。 3.3.1 数据收集方法的设计由于通信水平、信息水平和计算机技术的快速发展，人们收集数据的方式也越来越多，愈发地先进。我们运用较广泛的为分布式采集系统，它利用管理层计算机，控制着每个微处理器，让他们协调得工作，采集器收集电梯的数据，储存到数据区，同时把它传输给微控制器。我们知道电梯的环境在每时每刻都是变化的，不过其变化的速度和单片机处理数据的速度比起来还是很慢的，以为单片机能在每秒处理几百条数字信息，还能很快的传送。所以我们应该设置微处理器，利用设置定时器来达到对时间间隔的控制，来匹配现场环境变化。在电梯运行中，工作人员无法老是在现场检测环境因素的改变，但又想了解电梯的实时状况，尤

44、其是在参数超过规定范围时所以就一定要利用无线的方法了解电梯环境因素的改变。因为一般的检测系统没有良好的兼容性，也不具备良好的拓展性，所以本系统选取模块化、分散性的设计理念，计算机操控不止一个 STC12C5A60S2 单片机芯片，同时每一个STC12C5A60S2 又能操控许多个现场收集器，通过这样就能构成大规模的电梯舒适度监测系统。同时彼此之间需要交换和传输数据，所以就要需要标准串口协议，现场收集器收集来的参数能显示在显示器上，也能通过外置键盘达到修改和设置参数的目的。所以全部系统通过 GSM 网络和串行接口衔接起来，精简了电路，简化了系统的外围结构，使得系统成本减少，还能提高系统效率，更加

45、容易扩展6。图 3-3 数据收集结构图3.3.2 温度传感器选型设计（一）温度传感器的选择 温度传感器的选择至关重要，我们选取DS18B20 数字传感器 。因为它具有很高的性能，同时也有数字化单总线结构，是最先进的一代智能传感器，可以很好地适应各种微处理器，相比 DS1820更加优越，在测温领域运用广泛。可以依据实际情况，精准读取温度，它的速度很快，所以选用 DSl8B20 能让系统更加简洁，简化了系统结构，更能体现其性能，DS18B20 检测区间很大，最低55，最高+125，而且精度也很高，而且它对现场温度信号的传输是数字信号的形式，串行输出选取符号延展的 16位数字量，能极大帮助提高系统的

46、抗干扰能力。DS18B20是数字化传感器，它能把信号直接转换为数字量再传送，这么做不但避免了误差，更加简洁了电路结构。因为这个传感器是单总线结构，组网方便，与单片机相连也不复杂，所以单片机能够很便利的操控和管理它。综上所述，我们选用这款数字温度传感器5。我们都知道，系统集成化是以后的潮流，想要让系统更加简洁、可靠，就要选用集成化设计思路。又由于半导体技术的快速发展，价格正在不断降低，由此给我们的设计提供了成本上的优势，系统这么设计可以加强系统的抗干扰能力，避免了数据传送处理过程中的误差，提高了精准度，极大的减少了引线的使用，使得外围电路更加简洁，电路的设计也愈发便利。电路中采取集成模块是以后的

47、发展趋势。本文所选用全数字温度传感器，也是结合了其无法比拟的优越性。DS18B20 连接图如图 3-4所示7。图3-4 DS18B20 的连接图同时还要强调的是，DSI8B20 有着上述非常多的有点，不过在实际运用时需要注意的地方也有很多。 首先我们一定要按照读写时序来编程，DSB1820 与微处理器之间的传输方式是串行方式。其次连接 DS18B20 的电缆是有长度的限制的，所以我们必须选用屏蔽双绞线当作系统的电缆线8。 3.3.3 湿度收集传感器选型设计SHT11 传感器选用贴片封装结构，能把信号处理电路和传感器件聚在一块微型电路板上，让它有着很高的可靠性以及稳定性，抗干扰能力也较强、性价比

48、高等优点。 SHT11 的引脚图如下图 所示，制作工艺采用表面贴片封装形式，它的引脚说明如下。 图3-5 SHT11 外形及引脚排列SHT11连接图如下图所示图3-6 SHT11 连接图运用时应该注意以下几点，因为运行 SHT11 是有使用限制的，如果电梯温度太极端，不在 SHT11的额定工作范围时，就会在测量湿度时，产生+3%的偏差，不过这个情况是能够返回的，当温度慢慢恢复到 SHT11 的工作温度范围时，它的特性又会恢复，不过如果你想让芯片恢复到理想的工作状态很快的话，应该采取加热 24小时的方法，同时让它在90的温度保持不变，这种方法会让芯片的特性快速回复，不过如果这种方法运用过多，会加

49、快芯片的损坏速度，所以我们应该适量的采用。另外，我们在安装的时候，也要注意一些问题因为电梯内各种环境因素联系非常复杂和密切，这就要求我们在测量电梯内湿度时，尽可能让传感器和电梯的温度一样，有利于降低误差，假如传感器线路板无法避免发热，那就应该让SHT11 和热源保持通风的状态，或者尽量让铜导线足够细，降低热传导，同时避免传感器在阳光下暴晒。3.3.4 加速度收集传感器选型设计加速度传感器把运动或重力参数转变为电信号，主要在倾斜角、惯性力、冲击力等范围的运用比较普及。其中压电加速度传感器是非常典型的自发式传感器，它是L传感器，道理是让某些晶体受力后在表层出产电荷的压电效应来转换物理量，有着较高的

50、灵敏度和信噪比，结构简洁，比较可靠，广泛运用在加速度检测的方面。压电式加速度传感器它的灵敏度和材料以及系数成正比，同时与质量块的质量也是正比。所以如果要提高传感器的敏锐度，就要采用系数大的压电原料来充当压电元件，我们一般选取以压电陶瓷为敏感元件的传感器。它的原理图如下图所示，包罗质量块、压电部件和支座。支座和需要检测的物体结合在一起。这样支座与待测物就能统一加速度运动，同时压电部件受到质量块和加速度反向的惯性力的作用，在晶体的轮廓上反映出交变电荷，便是我们所说的电压。若是振动的频率远远少于传感器的固有共振频率，产生的电压与作用力成正比。电信号在前置放大器的作用下放大，这样就能利用检测电路监测物

51、体的加速度。图3-7压电加速度传感器原理图具体的收集系统的整体结构如下图所示。图3-8采集系统的整体组成图在采集样本数据的过程中，我们选用的一般为时域信号，不过计算机都是处理数字信号，所以要把信号转换成数字信号。具体转变过程从上图可以体现:压电加速度传感器输送的只是电荷信号，由于它非常小，必须经过电荷放大器放大同时滤波，转变成电压信号，便于测量，同时把一部分干扰信号过滤出去，然后通过A/D转换器，把模拟信号转变成数字信号。之后通过单片机和通讯电路传送到上位机通过LabVIEW软件读取显示信号。3.4 外围电路硬件设计与实现3.4.1 电源电路图 3-9 三端可调集成稳压器结构图由于现场收集、传

52、送信号需要的电路功耗很小，单片机工作电压又是+5V，所以选取7805三端稳压片。具体电路图见上图。 3.4.2 看门狗电路要让程序尽量保持正常的运作，避免其跑飞和陷入死循环，就需要在系统中添加看门狗电路。看门狗电路利用内部的一个计数器实现它的功能，一般情况下程序启动后，看门狗就会运作，假如程序运行正常，看门狗就会复位；但是如果程序发生跑飞或者陷入死循环，系统则强制复位，来达到让系统正常工作的目的。 X25045 芯片是外围芯片，它有外围接口，具有很高的集成度，性价比高，较稳定，使硬件结构更加简洁，减少了了系统的功耗，加强了系统的可靠性，同时包含电压电源检测、复位电路、存储器 、定时器看门狗等，

53、使得芯片有着广泛的运用。它的引脚图见下图。图3-10 X25045引脚图X25045 的读写操作指令格式如下。 表 3-11 X25045指令及其含义 X25045 和微处理器的接线图如下图所示，微处理器操控着数据的收发，利用软件来编程和设定系统的监测时间，X25045芯片具备完整的看门狗定时器。能在X25045 和微处理器之间交换数据，如果需要的话，可以让能端变成低电平，随后数据从 SI 输入，但也可以从 SO 输出。不过同时WP则需要始终保持高电平状态。图3-11 X25045看门狗定时器电路图想要设置看门狗的循环周期，就要通过设定X25045 内部的一个状态寄存器来实现。其各个位的设置如

54、下表 3-6所示。 表 3-12 内部寄存器其时间常数见下表。 表 3-13 看门狗定时时间系统程序在运转的时候，不可避免地陷入死循环或者出现跑飞情况，所以我们有必要添加一条喂狗程序，以免出现程序干扰的问题，当程序错乱时，看门狗就会延长时间，让系统强制复位，可以防止大的问题出现。 现在很多看门狗电路都集成在了微处理器上，这个方法也能让单片机正常运行，以免由于软件问题，造成非要严重的损失。当程序运作时，看门狗定时器也随之运作，如果数据没有清零，就复位；如果低于设定的周期时，看门狗就重装初值，避免误复位。正常运作时，看门狗往往不复位，如果出现异常，就能避免出现死循环以及程序跑飞的问题。 根据本文需

55、求，设计了如下的壳体43152如上图标示，1表示电源灯，2表示温度警示灯，3表示湿度警示灯，4表示加速度警示灯，5代表的是复位按钮。211代表液晶显示窗口，2代表的是气孔，它能使内部的感应元件直接和电梯内部相接触，使得测出的数据更加科学和严谨，这样设计比较契合系统的设计，能完美的符合系统的要求，具备了它应该有的功能。3.6 本章小结本章阐述了系统硬件电路，讲述了芯片的选择，硬件的构建，为什么选择这款硬件和注意事项，替后面软件的设计做铺垫。 第四章 系统软件设计众所周知，系统功能的实现需要软件和硬件一起作用才能完成，所以一旦确定了系统的硬件设计，我们就需要依据软硬件结合的思路，软件和硬件相互对应

56、的方法，选取模块化的设计，连接各个模块，进而组成一个完善的软件系统，落实系统的功能。 整个系统的软件设计可以分为很多部分，他们包含着许多独立的子程序，利用硬件软件接口相连，这么做的好处是，一旦程序出现问题，能对程序进行很便捷的修整，这样一来硬件的连接也会简单很多，程序在各种系统和设备移植也变得非常便利，利用这种模块化设计，把系统拆分成几部分依次设计，之后采用让它们协调工作的方法，这样就保证了效率和正确率。系统软件的主要任务是上位机、下位机以及各个模块的通信，打断程序的编写，设置端口，编写键盘模块，处理传感器收集的数据等。如果一个系统只有硬件，那是不可行的，软件是一个系统的心脏，所以我们只能在硬

57、件电路搭建成功后，才可以编写软件，利用它们的有机结合，达到对电梯环境因素收集的目的，之后初步处理和计算数据，比较已经设定的既定值，来远程无线报警，达到远程无线检测的目的9。 软件包含着很多程序块，程序的编写就是选取 C 语言和部分汇编语言相结合来编程，选取 C 语言和汇编语言能够相互弥补各自的缺点，确保程序和系统愈发流畅。 4.1 主程序模块设计它是整个程序的主体，同时也是最关键的环节，它影响着各个子程序模块的运行顺序、和们之中存在的关系。主程序利用系统的自检同时调整各种子程序模块，达到实现系统初始化的目的，实现数据的显示和处理等功能。主程序框图如下图所示。 子程序一般是依靠主程序的调用完成的，子程序模块包括通信模块、数字转变子程序和报警程序等。我们在编写程序时要在意寄存器存储地址会不会和空间冲突和I/O 端口会不会冲突，尤其是要合理安排寄存器的地址分配。还有就是尽可能多的使用调用程序，它们都是子程序模块，这么做不但可以让程序整体漂流，简洁，在移植程序的时候也比较便利，还节约了系统的内存。不过与此同时需要注意的就是，应该尽可能的减少使用转移指令，一旦使用过多，整个系统程序就会很乱，