【电梯监控系统设计（论文）10000字】

基于单片机的电梯监控系统绪论设计背景及意义随着我们工业现代化和高新技术的不断进步，我们的工业住房及其他工业办公、生活设施、工业用地都已逐渐从它转变到了企业高层。电梯列车作为普通高层公寓客栈、酒店、居民区、多层仓储货仓等各类大型高层结构建筑物不可或缺的一种竖向电梯交通运输工具。随着高层建筑物的使用规模日益不断扩大，楼层也日益高，对于高层电梯自动调速器的精度、调速度和区域移动范围等各种电梯静态及其他动态的性能特性也逐渐提出了一些新的各种更高技术要求。因为我们采用传统的直流继电器继承运行系统逻辑线路控制器在系统中所需要采用的控制线路就是继承变电器运行逻辑线路控制。而且如果采用此类电源控制元件接入电源线，存在容易漏电产生短路故障，维护不方便，运行使用寿命相对较短，占用电源空间大等不良问题。目前，由微型可编程电子控制器(plc)或微型自动计算机等关键部件综合组成的新型嵌入式双层电梯自动操纵台和逻辑远程控制管理系统，正以很高的发展速度取得进步。可编程自动控制器，是一种利用传统微机顺序技术与继承变电器各种通用常规信号控制处理技术相互作用融合而发展形成的技术产物，是在利用传统电梯顺序自动控制器和传统微机顺序自动控制器的原有技术优势基础上进一步融合发展而来的新型自动控制器，是一种以数控微处理器和各种嵌入式控制软件为自动设备控制核心的并可用作电梯进行数字控制的大型自动化工业专用数控计算机，它本身具备良好的性能耐受热抗腐蚀和持久防磁化的阻力，适应了很多大型工业机械控制现场的恶劣工作环境，所以现在这种不同类型的智能电梯顺序自动控制器也是一种比较系统化的选择。而且这种工控单片机的硬件价格也是相当便宜，若是在抗干扰和高速控制运动功能两个方面都没有所谓的增加或者有所优化的话，完全就是可以直接取代它的plc来直接实现所有工控控制装置的完全自动化。当然，由于传统单片化主机并没有像plc那样对其具有任何针对性，所以这种基于传统单片化主机软件自行设计的自动控制管理系统就这样可以随着现有设备的发展进步不断地进行修改和不断完善，更加完美地直接实现了对现有设备的控制升级。由于单片机的应用程序系统通常都是采用cmos器件，因此，经常运行的状态主要有静态和动态两种运行。静态操作运行就是指一个单片机处于一种休闲或者掉电模式下的一种工作状态。此时，单片机的一个指令就会停止。当外围电路被切断或者电源关断时，系统中仅有一个值守的电路继续工作。因此，静态操作下的系统不会出现任何软件的安全和可靠性问题，其安全和可靠性主要体现在对值守电路的抵御和干扰能力、系统中各种器件的静态参数剩余，例如直流特征和参数剩余度、工作电压、工作稳定以及连接插件的安全和可靠性。动态执行状态就是指一个单片机的应用系统在该程序执行时所需要的运行状态。此时的系统设计可靠性主要用来指的也就是对于一个软件或者操作系统正常运行的各种可靠性设计问题.它们主要体现在一个非常动态的系统参数噪声剩余，如一个逻辑输出电平的噪声容限、时钟驱动误差、时序驱动误差。电梯远程监控系统的发展现状国内发展现状随着现代高层建筑的广泛涌现，电梯数量的扩大和增多，电梯在现代建筑中的重要地位也日益突出。为保证家庭电梯的高效、可靠、安全运行，越来越多的社会关注。经常会遇到的一种情况就是:如果电梯发生了故障，维修者就无法及时到达发现故障后停放的电梯现场;由于电梯内部缺少有效的通信工具，维修单位既不充分了解事故的现状又无法为其提供必要的安慰，使得受困者在其中承受着严重的身心压力;维修者无法及时获得有关电梯日常操作的记录和检查监控等相关信息，增加了分析和排除故障的复杂性和难度，大大缩短了维护的时间。这种对电梯遥感器的远方监测技术也就是基于上述原因。电梯遥感器远程监测系统是实现对电梯管理、维修和确保电梯安全运转所迫切需要，是及时地发现故障，并对其进行数据分析和排除的必备手段。电梯自动遥感器远程自动监测系统是目前中国建筑自动化工程电梯制造工业继plc自动控制监测系统和fld调速控制系统之后又一个重要的工程技术应用发展创新进步。中国最早的和第一部小型商用电梯设备诞生于1912年上海，是由当时美国奥的斯公司于1901年开始建造和设计安装的。1932年被誉为美国奥的斯公司在中国天津利顺德酒店收购安装的这台自动电梯至今仍然一直保持着安全可靠地正常进行运作。1951年，党中央首次明确提出一定要在北京天安门附近地区安装起第一台由当时的党和我国各族人民亲手设计制造的军用电梯，天津从中国庆生来的电机制造厂荣幸承接此任，四个半多月后他们就不辱使命，顺利地成功实现了这一重大任务。党的第八十一届三中全会之后，沐浴着推动我国深化改革和对外开放新兴的一缕春风，我国家用电梯制造行业已经完全进入了一个高速平稳增长的发展时代。如今，在几乎我国任何一个大型中城市，电梯也正在被广泛应用。电梯为现代人们的日常通勤工作和公共生活出行提供了方便，也为不断推动推进我国特色社会主义特色现代化工程建设伟大进程的不断加快和社会发展进步奠定了坚实的理论基础。国外发展现状目前，国外各大型的专业电梯产品制造商，例如包括日本的丰田三菱、日立、东芝、富士达，美国的的迪奥的斯，瑞士的的斯迅达，芬兰的的斯通力，德国的的蒂森等一些国际国内主流的大型电梯公司都已经形成拥有不同管理层次和技术水平的与自身专业电梯产品制造以及系统设计相配套的eerem制造系统。与一些在世界上已经有着相当长期高速电梯生产历史的发达国家地区相比，目前我们发达国家的高速电梯设备制造行业市场还仍然还是处在快速健康发展的初级阶段，引进先进的生产技术、研究新型的产品、设计和满足安装高速电梯低端智能电梯的市场需求同时，还有人认为我们应该高度重视和努力不断加强对高速电梯的生产规范化和质量管理，尤其特别在像是日常电梯维护清洁保养、维修安装改造等各个方面还仍然会不断有许多新的事情正在需要我们做，因此，对于高速电梯远程自动跟踪和电梯监测监控系统，国内和国外而且往往有着独特性和不同的技术偏差。同时通过分析监控电梯群组正常正在运行的几台监控电梯，可以更直观地准确性的了解群组得到电梯群控中的各台呼梯运行信号数量分配情况，以便及时地准确调整各台电梯分组群控的管理原则，提高了电梯群组中的电梯正常运行管理效率。课题的提出、研究意义及应用前景现在国内外对电梯实施远程监测的通常手段主要有两种:一种就是通过公共电话和互联网;二个就是基于rs485标准，专门为了敷设线路，或者是这些线路组合而来。本研究课题主要侧重于前一种模式，即通过电话连接线路，由相关人员经营并通过位于设在电梯运输和维修服务中心的电脑和计算机实时对分散在各个地区的电梯运输情况进行遥感监控。国内的一些智能电梯制造企业都用的是自己自主研究设计开发的一套具有远程自动监视监控功能的电梯系统，大致上的做法就是在电梯控制柜中直接添加一块自动数据采集及远程通信接口卡片也即电梯前端机，它通过专门的监控接口模块来直观地自动接收检测到从智能电梯自动控制器中发送来的电梯运转异常状态报警信号及电梯故障发生报警，当电梯产生特定故障报警后会自动接通电梯伺服器和电脑中心的移动计算机接口进行故障报警。由于不同电梯公司所处的需要客户提供的各种遥感电梯自动控制器软件信息系统源代码的质量标准不同，加之目前由于我国遥感电梯监控市场百种多样的梯型相互融合共存的发展情况，因此也严重制约了远程遥控电梯集中监控系统服务体系的实现规模化快速发展;此外一些电梯遥感式集中监控监视系统并未完全包含任何关于保证电梯正常运行使用现场电梯设备等各个方面的信息资料，比如触点、抱闸等，所以电梯控制管理中心往往不能远程实时掌握现场的电梯设备，不易对现场电梯设备进行各种故障的实时检测，因此针对同一类型住宅小区内电梯可以同时实现不同电梯工厂遥控电梯的使用遥感式集中遥控监视系统难度可能会大大有所增加;这也不利于我国遥感电梯监视系统技术的持续发展与不断完善。为了能够适应中国电梯行业市场中大量的基于plc控制的电梯这样一个实际的情况而进一步提出。由于plc的功能有限，不可以提供针对电话网络的自动化控制，例如拨打、摘机、挂机。所以此时的前端计算机就是起到plc与电话网络之间的桥梁。研究内容研究方向本课题主要研究基于单片机对于电梯的监控以及控制的研究。本研究主要包括以下几个方面的内容:(1)由于电梯没有人工控制，完全自动地根据电梯内或楼下机械手的操纵而自动进入电梯运转。(2)根据梯内外召叫指令和电机信号进行自动定向，具有优先级的运转路径，减少了电梯运转的时间。(3)用led显示屏有显示电梯运行的方向以及到达的楼层。用角度传感器来实现楼层的检测。(4)实现危险情况的报警措施(通过警铃)。电梯的组成电梯主要由以下两大部分组成:(1)传动机械组成部分:主要包括拖拽系统，导向传动系统，轿厢，车门系统等(2)电梯集成电路组成部分:主要组成包括电梯机械和电力工程的电梯重量均衡控制系统，电力设备驱动系统控制管理系统，电梯自动操作控制系统，安全防护系统。电梯组分示意图如图1.1所示：图1.1电梯组成示意图本文主要目的就是为了进行有关电梯自动控制系统的研究，设计一种以mcu为基础的电梯自动控制系统，实现对电梯操作的仿真。电梯控制系统组成框图及工作原理该温度监控管理系统主要功能包括监控单片机温度控制管理模块、电梯间的温度控制器管理模块、楼板内的温度控制器管理模块、监视室的平台控制电路、楼层的温度检测器控制模块、电动机的电压驱动器控制模块、报警器控制模块。

电梯监控系统设计系统概述本方案采用AT89S52单片机和MMA7260Q型3轴小量程加速度传感器，在自制电梯模型上进行仿真试验，使用基于虚拟仪器技术的监控系统对电梯轿箱运行中的加速度进行实时监控。在监控过程中，若有危险情况出现，即加速度传感器模块检测到的加速度信息超过规定的范围，那么单片机(下位机)将给出指令信号，使电机停转、制动系统启动、蜂鸣器报警，然后等待危险解除，再恢复正常运行。本套系统适用于电梯生厂厂商、电梯维保企业、物业公司。覆盖全球大部份地区系统模块主控制模块:通过AT89S52单片机处理加速度传感器采集的数据，并对电梯实施控制;电梯数据信息采集控制终端:负责采集控制电梯相关作业信息2.2.1.运行信息电梯状态:驻停、检修、消防、司机、自动。呼梯登记情况、内指登记情况。当前运行方向、层站。急停回路、门联锁回路、门状态、载荷平层。2.2.2.故障检测及显示控制柜所能检测的故障2.2.3.电梯参数、状态芯片传感器模块通过一个MMA7260Q型3轴小型测量可编程高频加速度数字传感器将各种快速变化的高频加速度数字信号转换成各种相应的高频数字信号后并提供电路给桥接单片机用并进行信号处理;桥梁通讯芯片模块:通过德国FTDI公司自主生产的一FT232R芯片作为桥接USB-COM桥梁连接的通讯芯片，实现上位机和桥接下位机之间的实时通讯。它主要是根据uaft232r桥式连接接口芯片设计开发出的USB/UART两个接口的基础设计。通用异步收发器目前一直都被认为是PC中最主要的一个串行数据通讯控制接口。然而随着高速总线通用模拟串行总线USB的广泛引入和不断出现，使得外围设备接口连接到从PC计算机到其他类型计算机的操作方式更加高效、便捷，它不仅在内部设备具有了快速、即使拔插就能使用、支持热插拔等强大特性，而且在外部设备中最高速度可以同时支持127个外围设备，可以有效率地解决目前pc计算机外围设备接口数量缺乏的不足问题，大大限制了usb在一些长距离内的工业远程数控仪器系统控制中的广泛应用，因此由于UART目前也已经大量将其应用推广到了许多工业、通讯和家电的远程控制中。鉴于硬盘PC和主机USB两种接口的高效和通用性，以及为了能够充分利用USB/UART自定义接口的最大特点，我们特别引进了基于FT232RUSB/UAR接口设计，降低了传统USB接口在系统中的设计和应用难度，加快了系统研究和开发的进程。系统框图MCU模块可以通过串口通信方式，直接与上位机进行通信，其通信过程示意图如图2.1所示：图2.1PC与MCU通信图MCU控制框图示意图如图2.2所示：图2.2MCU控制框图

系统硬件系统整体设计方案该系统的软硬件主要有四个基本部分构成:微控制器、传感器、电机和驱动模块、电磁抱闸模块等，LED显示模块。采用美国飞思卡尔半导体公司的mma7260qt型3轴小量程加速度传感器自动采集到一个电梯的加速度信息，当电梯加速度传感器模块检测得到的电梯加速度信息超过规定的范围，那么单片机将at89s52发出一个指令式报警信号，然后使得蜂鸣器自动报警并且可以使得电机暂时停转，制动系统就会开始工作和启动，使得电梯平稳地停止，最后需要等待专业的电梯保养和维护人员进行检查，排除风险再重新恢复到电梯正常工作。系统工作流程图如图3.1所示：图3.1系统工作流程图单片机简介主要性能1）与MCS-51单片机兼容2）8K字节在系统可编程Flash存储器3)1000次擦写周期4)全静态操作:0Hz~33Hz5)三级加密程序存储器6)32个可编程I/O口线7)三个16位定时器/计数器8)八个中断源9)全双工UART串行通道10)低功耗空闲和掉电模式11)掉电后中断可唤醒AT89C51单片机引脚图12)看门狗定时器13)双数据指针14)掉电标识符单片机功能AT89S52是一种一个带有8k每个字节大的低功耗、高性能的的CMOS8位的微控制器，它们是具有8k每个字节的数据传输速率和8k内部的一个可编程的Flash存储器。它全部采用德国Atmel公司的先进高密度非易受损失性数字存储器制造技术进行生产和设计制造，并且与陶氏工业80C51产品系列中的所有指令及引脚功能完全相同。片上软件Flash不仅允许应用程序中的存储器能够进行系统过程中的全部可编程，亦非常适合于一些常规的程序编程器。在系统空闲工作模式下，CPU都会暂时自动停止系统工作，允许RAM自动定时器/自动计数器、串口、中断等相关设备都能继续正常运行。在没有掉电硬件保护的工作方式下，RAM的内容被放入振荡器硬盘保存，振荡器被硬盘冷却和硬件冻结，单片机的一切正常工作状态都会暂时化或停止，直到没有下一个硬件故障可能发生时它中断工作或硬件恢复正常工作为止。加速传感器简介MMA7260QT低成本的微型高频电容式自动加速度测量传感器主要特点是由于采用了高频范围信号自动调理、单极低通滤波器和高频范围温度自动相位补偿等先进技术，并且不仅可以同时提供4个不同测量应用程序的精度选择，用户在4个不同测量程序灵敏度中也同样可以自由作出相应选择。这种滤波元件不仅具有低频高通滤波，而且它已经可以作为一个零g的滤波补偿。MMA7260QT特性可选灵敏度(1.5g/2g/4g/6g)低功耗:500µA休眠模式:3µA低压运行:2.2V~3.6V6mm*6mm*1.45mm的无引线四方扁平(QFN)封装低通滤波器具备内部信号调理设计稳定、防震能力强典型应用三轴物体加速度测量传感器其实是一种专门设计用于一种可以在检测物体快速移动时的过程中对物体加速度的相关数据自动进行加速测量的一种综合性专用电子装置，典型的一种互动式应用领域是其中的三轴物体加速度测量传感器其实就是一种可以直接对于用来在检测物体快速移动时的物体姿势或者物体运动时的方向上数据进行加速测量，比如其中比较饿见的WII和iphone等其中的一些就是经典典型应用。Nokia最新刚刚发布的一款智能手机n95利用了机身内置的手机移动操作加速度感应传感器，让手机用户随时都可以能够通过操控手机移动机身的头部摇晃和身体摆动动作来轻松完成各种移动操作，包括主面板菜单的移动操作、影像库的浏览、切歌操作乃至对手机游戏的移动控制等、十分全面、甚至远远可以超越了iphone的各种肢体动作和速度感应控制功能。基于Freescale公司产品mma7260的这个三相同轴式电梯加速度测量传感器，对于普通式和互动式电梯工业监控应用来说，它们都可说是一个很不错的应用选项，它们不仅可以广泛应用于对电动摩托车和电动汽车的交通防盗自动报警，遥控相机飞行自动航模，游戏遥控手柄，跌倒自动侦察，硬盘的高抗冲击性自动保护，倾斜旋转角度的自动测量，电梯安全的自动监控等一些经常需要同时进行加速测试和测量加速度的重要位置。AT89C51简介：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，电梯动作执行机构及执行方式本设计方案中，轿箱的驱动升降机前驱和制动力由上海步进驱动电机有限公司单独提供，电机电源模块的两种型号顺序为42H47412小型步进驱动电机，电源模块一般采用12V的直流开关电源单独进行供电:其中升降驱动力和芯片电源模块的两种型号顺序分别为TA8453，采用5V的开关电源单独进行供电。单片机系统可以通过两个新的I/O口方便地用来控制制动电机的正确工作和正常运行，一个新的I/O口向制动电机前端发送一个带有驱动电机脉冲波的信号(驱动脉冲波的频率高则这个驱动脉冲电机的运转速度快，频率低则速度缓)，一个新的I/O口向制动电机前端输出一个具有高低制动电平差的信号输出来从而促使制动电机快速实现正反向运转(这意即制动电梯快速上升和电机下降);该电磁制动机构系统的工作执行方式传感器制动机构主要由一个12v的电源式或非工作式的电磁制动铁路来执行。在这里，单片发电机必须再重新设计定义一个新的I/O口，正常工作情况下它的中间电路水平输入信号值为低，当一个单片机电路出现危险信号时会向它的口输入一个高电平，此时最高电平的输入信号电阻值为3.3V，不能直接进行驱动控制电磁机和铁，方案主要是通过采用中间电路继电器的驱动方式作用来间接进行控制驱动电磁机和铁的正常动作。电磁单片铁心的蜂鸣器一般安装在推动电梯中的轿箱上，当推动电梯轿箱接通了驱动电源以后，铁心就可能会从寒冷空气中快速弹出，顶部落在了推动电梯的两条导轨上面，导轨内侧还可能会分别附有一层电磁皮条，通过电磁摩擦力将其传递了过来从而可以达到推动电梯高速制动的主要作用目的，蜂鸣器均可作为电磁单片电动机本身并且自带。系统软件设计4.1主程序流程图4.2人机界面模块按钮控件:正向启动电机(代号1)、反向启动电机(代号2)、快速加速(代号3)、快速减速(代号4)、缓慢加速(代号5)、缓慢减速(代号6)、停止电机(代号7)、加速度采集(代号8)。本研究课题采用单片机技术和加速传感器等先进技术，研究开发了一套基于电梯工作运行状况的计算机加速传感器远程执行的监测和处理系统，为电梯工作人员在运转过程中发生的故障进行了发现、分析和排除，并为其提供适时、方便、形象化的解决办法。虽然本次监测系统已经能够很好地完成远程监视对电梯工作的实时操作，但是仍然有一些值得我们加强和改进的地方。比如，对于不同企业的电梯自动化控制系统可以在其前端计算机上分别设置有键盘输入及led显示电路，这样就可以通过外部所选择的方法来确定和使用相应的电梯自动化控制系统接口之间的通信协议展开及其信息标准的统一子程序，从而达到实现同一个系统对不同企业的电梯自动化进行遥感监控。此次大型电梯自动遥感器智能监控设备系统正在基本全部完成了系统设计技术要求，在此技术平台上用户即可同时开展大型电梯自动遥感器智能监控设备系统智能故障监测检查与智能诊断技术研究。鉴于我们一般认为，系统的自动故障状态检测和危险诊断处理技术本身本来就是一门完全具有一定综合技术特点的科学技术，它已经涵盖了包括现代自动控制系统理论、信号图像处理、模式识别、人工智能、小波变换、数理统计、神经网络、模糊处理逻辑等许多相关学科的基础理论。对于多台电梯及其他不同电梯群此种系统内部结构复杂、规模较大、相互关系协调较困难的系统应用是在系统中每当当一次发生系统故障时，会在很短的一段时间内自动分别产生许多多个不同类型的系统故障变量信息，尤其特别是在多台不同电梯群的运行控制和故障变量检查和事故诊断工作过程中，系统的结构复杂，难以独立形成其精准的系统数学分析模型，而各个环节系统中的故障变量之间的各种祸合变量关系则错综复杂，某个重要环节系统中的故障变量就可能会自动出现许多故障将来就会自动造成与之相关联的许多没有可被精确预测的故障变量系统都会自动出现不正常。所以对于该控制系统的这种深度技术改进主要在于可以将其放置于一种采用深度神经网络和其他先进理论技术手段相相互结合的全新一代智能汽车故障自动诊断处理技术。5软硬件调试5.1调试中遇到的问题及解决方案5.1.1硬件调试硬件调试中遇到的主要问题数码管的显示变换不灵敏；电机带动轿厢运动过程中会卡住； 齿轮运转时会出现卡死现象解决方案降低轿厢的运动速度将轿厢和支柱接触的地方加润滑剂增大齿轮的