智能電梯控制系統(tǒng)

1、 智能電梯控制系統(tǒng)Intelligent elevator control system1摘 要電梯控制系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)輔助的邏輯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)要同時(shí)對(duì)幾百個(gè)信號(hào)進(jìn)行接收處理。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，基于FPGA、單片機(jī)、PLC等微機(jī)化控制已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電梯電路的設(shè)計(jì)與控制的各方面。我設(shè)計(jì)構(gòu)想是: 不采用微控制器編程實(shí)現(xiàn)（如單片機(jī)，PLC等），而采用邏輯門芯片和分立模擬器件實(shí)現(xiàn)。利用八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器74148,譯碼器CD4511及比較器CD4585、計(jì)數(shù)器CD4510等來實(shí)現(xiàn)其電梯控制功能。電路使用555的定時(shí)功能來控制上一層樓或下一層樓所用的時(shí)間，利用數(shù)碼管來顯示所到樓層數(shù)，并用四個(gè)發(fā)光二

2、極管來表示四層樓。以此來設(shè)計(jì)了一個(gè)八層電梯控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：譯碼器CD4511；優(yōu)先編碼器74148；數(shù)碼管，ABSTRACTAs an auxiliary logic control system, elevator control system receives and deals with hundreds of signals at the same time. In the wake of developments in science and technology, microcomputer-based control such as FPGA, single-chip micr

3、ocomputer and PLC all have been widely applied in elevator design, circuit control and other respects . My concept here in this text is: no to adopt micro controller for the programming (such as single-chip microcomputer and PLC, etc) but to use logic gate chip and discrete simulator to fulfill our

4、task. To be specific, we use 74148 Eight Line - Third-Line priority encoder as a control button (namely triggering level), decoder CD4511, comparator CD4585 and counter CD4510 to achieve its control functions. And we use the control function of 555 to control the timing on going up and downstairs, d

5、igital tube to display the storey we get and four luminous diodes to represent the four floors respectively, thus fulfilling the task of designing a four- layer elevator control system. Key Words：Decoder CD4511；Priority Encoder74148； Digital Tube30目 錄第一章 緒 論11.1課題的背景簡介11.2 課題的開發(fā)環(huán)境簡介1第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1

6、課題的意義32.2設(shè)計(jì)要求32.3電路原理框圖42.4實(shí)現(xiàn)功能4第三章 Proteus ISIS操作方法及應(yīng)用63.1 仿真軟件的應(yīng)用6第四章 單元電路的設(shè)計(jì)方案124.1 按鍵模塊部分124.1.1目標(biāo)樓層號(hào)按鈕編碼電路124.1.2比較制動(dòng)電路144.1.3與邏輯起動(dòng)控制154.2啟動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)164.3數(shù)碼管顯示模塊164.3.1顯示譯碼器組成電路164.3.2 CD 4510（可逆計(jì)數(shù)器）組成電路184.5脈沖發(fā)生器模塊204.5.1 0.2S脈沖發(fā)生器204.5.2 6S脈沖發(fā)生器214.6 LED滾動(dòng)顯示模塊224.6.1 LED顯示電路譯碼器224.6.2三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器

7、244.6.3 LED顯示器254.7電梯開關(guān)門電路的實(shí)現(xiàn)264.8原理圖與PCB圖26第五章 單元電路的擴(kuò)展方案2751電壓檢測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)2752電梯運(yùn)行故障語音報(bào)警電路的實(shí)現(xiàn)2753上位機(jī)軟件監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)28第六章 安裝與調(diào)試296.1安裝步驟296.2調(diào)試步驟29第七章 故障分析與電路改進(jìn)307.1故障分析307.2電路改進(jìn)30結(jié) 論1參考文獻(xiàn)1致 謝2附 錄1天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 緒 論1.1課題的背景簡介電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對(duì)電梯的可靠性、舒

8、適感和美學(xué)等方面的要求也有了更高要求。電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對(duì)現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實(shí)上， 電梯上已經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候，對(duì)機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險(xiǎn)系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。在國外，已“法規(guī)”實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊(duì)伍維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗(yàn)，從而為電梯運(yùn)行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更

9、安全。美國一家保險(xiǎn)公司對(duì)電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。掘資料統(tǒng)計(jì)，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。1.2 課題的開發(fā)環(huán)境簡介(一) Proteus ISIS仿真軟件Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試

10、器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大

11、。(二) 電路圖制作軟件Protel DXP 2004Protel DXP 2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的電路設(shè)計(jì)軟件，該軟件能實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)，頂層設(shè)計(jì)知道輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及之間的所有分析驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理。當(dāng)前比較流行的Protel98、Protel 99 SE，就是當(dāng)前的前期版本。 Protel DXP 2004已經(jīng)不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而且由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)工具，分別SCH（原理圖）設(shè)計(jì)、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、Auto Router（自動(dòng)布線器）和FPGA設(shè)計(jì)等，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。該軟件將項(xiàng)目管理方式

12、、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、多管道設(shè)計(jì)、拓?fù)渥詣?dòng)布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。與較早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不僅在外觀上顯得更加豪華、人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計(jì)的同步化，同時(shí)整合了VHDL和FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其功能大大加強(qiáng)了。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1課題的意義本電路并沒有采用微控制器編程實(shí)現(xiàn)（如單片機(jī)，PLC等），而采用邏輯門芯片和分立模擬器件來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)主要采用COMS相關(guān)電路和芯片，COMS電路具有制造工藝簡單，成本低，功耗小，輸入阻抗高，集成度高，電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。2.2設(shè)計(jì)要求1、基本要求（只能采

13、用邏輯門芯片和分立模擬器件實(shí)現(xiàn)） （1）電梯內(nèi)部：開、關(guān)門鍵，樓層選擇鍵，報(bào)警鍵，樓層顯示，超重報(bào)警（重量可手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器模擬，大于設(shè)定值報(bào)警）。 （2）電梯外部：上、下樓鍵，樓層顯示。外部呼梯信號(hào)可存儲(chǔ)。 （3）樓層識(shí)別電路，開門關(guān)門到位信號(hào)，可利用人工模擬。 （4）當(dāng)關(guān)門信號(hào)到位，樓層選擇完畢，超載稱重檢測(cè)無誤，可驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作（即功能控制板輸出信號(hào)）。運(yùn)行方向可用兩個(gè)指示燈表示（上行可用紅發(fā)光管，下行可用綠發(fā)光管）。開到選擇樓層后，電機(jī)停止（即輸出無信號(hào)）。 （5）超載稱重檢測(cè)，若發(fā)生超載，發(fā)警報(bào)（發(fā)光管指示），電機(jī)不得動(dòng)作（即功能控制板輸出無動(dòng)作）。 2、發(fā)揮部分（發(fā)揮部分可任選器件）

14、（1）在PC機(jī)建立電梯運(yùn)行歷史表格，該表格顯示該部電梯5分鐘內(nèi)運(yùn)行情況。（內(nèi)容包括樓層數(shù)及運(yùn)行時(shí)間） （2）按報(bào)警鍵后，PC機(jī)可顯示故障內(nèi)容，包括：電梯門開不到位，關(guān)不到位。 （3）電源質(zhì)量檢測(cè)，單相電源應(yīng)在180-240 V，為正常，否則報(bào)警。方向信號(hào)圖2-1電路原理框圖LED顯示器數(shù)碼管顯示器顯示譯碼器顯示譯碼器N進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器M進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器脈沖發(fā)生器按鈕起動(dòng)控制模擬位移傳感器信號(hào)目標(biāo)樓層按鈕編碼電路與邏輯起動(dòng)控制比較制動(dòng)電路制動(dòng)信號(hào)(A=B)A=BBA保持A=B時(shí)置0CR無效CR無效CR有效復(fù)位位標(biāo)志輸出2.3電路原理框圖2.4實(shí)現(xiàn)功能用四個(gè)LED顯示電梯行進(jìn)過程，并用數(shù)碼管顯示電梯當(dāng)

15、前所在樓層的位置，每層電梯的入口處設(shè)有請(qǐng)求按鈕，按下按鈕，則相應(yīng)樓層的LED亮。電梯達(dá)到請(qǐng)求的樓層，該層的指示燈滅，電梯門打開；電梯自動(dòng)關(guān)門，繼續(xù)運(yùn)行。電梯運(yùn)行中，運(yùn)用比較器選擇所到樓層的先后順序。 圖2-2上行方向循環(huán)顯示圖2-3行循環(huán)顯示第三章 Proteus ISIS操作方法及應(yīng)用3.1 仿真軟件的應(yīng)用經(jīng)過一段時(shí)間的資料收集和方案論證后，我開始焊接電路，在焊接之前，為了保證電路無誤，在電腦上我使用Proteus ISIS軟件對(duì)電路仿真。首先雙擊桌面上的ISIS 7 Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Proteus 7 Professional” “ISIS

16、 7 Professional”，出現(xiàn)如圖1-1所示屏幕，表明進(jìn)入Proteus ISIS集成環(huán)境。進(jìn)入ISIS 7 Professional工作界面，如下圖所示：圖3-1ISIS 7 Professional工作界面接下就可以開始繪制電路圖了，在左邊一小條邊框，如下圖所示，會(huì)看到繪圖工具欄，相應(yīng)的按鈕對(duì)應(yīng)相應(yīng)的元件庫。 1、首先將所需元器件加入到對(duì)象選擇器窗口。Picking Components into the Schematic單擊對(duì)象選擇器按鈕，如圖所示彈出“Pick Devices”頁面，在“Keywords”輸入四位數(shù)值比較器4585，系統(tǒng)在對(duì)象庫中進(jìn)行搜索查找，并將搜索結(jié)果顯示

17、在“Results”中，如圖所示。圖3-2 pick Devices在“Results”欄中的列表項(xiàng)中，雙擊“4585”，則可將“4585”添加至對(duì)象選擇器窗口。 接著在“Keywords”欄中重新輸入7SEG，如圖所示。雙擊“7SEG-COM-AN-GRN”，則可將“7SEG-COM-AN-GRN”(共陽7段LED顯示器)添加至對(duì)象選擇器窗口。圖3-3 Keywords同樣，在“Keywords”欄中重新輸入RES、CAP、74148、CD4585、CD4511等芯片，在“Results”欄中獲得相應(yīng)的搜索結(jié)果。并雙擊添加至對(duì)象選擇器窗口。圖3-4經(jīng)過以上操作，在對(duì)象選擇器窗口中，已有了優(yōu)先

18、編碼器74148、四位數(shù)值比較器4585 、RES、CAP、計(jì)數(shù)器4510、雙D觸發(fā)器4013等元器件對(duì)象，若單擊4073，在預(yù)覽窗口中，見到4073的實(shí)物圖，如圖所示。此時(shí)，我們已注意到在繪圖工具欄中的元器件按鈕處于選中狀態(tài)。 圖3-42、放置元器件至圖形編輯窗口Placing Components onto the Schematic圖3-5在對(duì)象選擇器窗口中，選中74148，將鼠標(biāo)置于圖形編輯窗口該對(duì)象的欲放位置、單擊鼠標(biāo)左鍵，該對(duì)象被完成放置。同理，將各元件放置到圖形編輯窗口中。如圖所示。若對(duì)象位置需要移動(dòng)，將鼠標(biāo)移到該對(duì)象上，單擊鼠標(biāo)右鍵，此時(shí)我們已經(jīng)注意到，該對(duì)象的顏色已變至紅色，

19、表明該對(duì)象已被選中，按下鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，將對(duì)象移至新位置后，松開鼠標(biāo)，完成移動(dòng)操作。3、放置電源、接地至圖形編輯窗口單擊繪圖工具欄中的按鈕，分別選擇POWER、GROUND。將鼠標(biāo)置于圖形編輯窗口，單擊鼠標(biāo)左鍵，放置電源和接地。4、元器件之間的連線Wiring Up Components on the SchematicProteus的智能化可以在你想要畫線的時(shí)候進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。下面，我們來操作將單片機(jī)XTAL1引腳連接到電容C1右端。當(dāng)鼠標(biāo)的指針靠近XTAL1引腳的連接點(diǎn)時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“×”號(hào)，表明找到了XTAL1引腳的連接點(diǎn)，單擊鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)(不用拖動(dòng)鼠標(biāo)

20、)，將鼠標(biāo)的指針靠近電容C1右端的連接點(diǎn)時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“×”號(hào)，表明找到了電容C1右端的連接點(diǎn)，同時(shí)屏幕上出現(xiàn)了連接，單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)此連接。連接過程中線形自動(dòng)變成了90º的折線，這是因?yàn)槲覀冞x中了線路自動(dòng)路徑功能。Proteus具有線路自動(dòng)路徑功能(簡稱WAR)，當(dāng)選中兩個(gè)連接點(diǎn)后，WAR將選擇一個(gè)合適的路徑連線。WAR可通過使用標(biāo)準(zhǔn)工具欄里的“WAR”命令按鈕來關(guān)閉或打開，也可以在菜單欄的“Tools”下找到這個(gè)圖標(biāo)。同理，我們可以完成其它連線。在此過程的任何時(shí)刻，都可以按ESC鍵或者單擊鼠標(biāo)的右鍵來放棄畫線。圖3-6至此，我便完成了整個(gè)電路圖的繪制。單

21、擊仿真運(yùn)行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個(gè)引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻。在數(shù)碼管顯示器上，顯示1。圖3-7 仿真圖第四章 單元電路的設(shè)計(jì)方案4.1 按鍵模塊部分4.1.1目標(biāo)樓層號(hào)按鈕編碼電路器件組成：74148（83編碼器），八個(gè)限流電阻，八個(gè)開關(guān)。 74148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。如圖所示的是八線-三線編碼器74148的慣用符號(hào)及管腳圖引腳圖。功能說明：74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號(hào)如圖中所標(biāo)。其中I0I7為輸入信號(hào)，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，IE是使能輸入端，OE是使

22、能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。 1.由74148真值表可列輸出邏輯方程為： A2 = (I4+I5+I6+I7)IE A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IE A0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE 2.使能輸出端OE的邏輯方程為： OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE 當(dāng)使能輸入IE=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1(如表第一行所示)。 當(dāng)使能輸入IE=0時(shí)，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為

23、：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。 OE為使能輸出端，它只在允許編碼(IE=0)， 而本片又沒有編碼輸入時(shí)為0（如表中第二行所示)。 3.擴(kuò)展片優(yōu)先編碼輸出端GS的邏輯方程為： GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IE GS為片優(yōu)先編碼輸出端，作為與邏輯起動(dòng)控制的一個(gè)輸入控制信號(hào)，它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號(hào)時(shí)為0(如表中第三至第十行)；若允許編碼而無編碼輸入信號(hào)時(shí)為1(如表第二行)；在不允許編碼(IE=1)時(shí)，它也為1(如表第一行)。 GS = 0表示“電路工作，而且有編碼輸入” 4.功能表如下（74148優(yōu)先編碼器真值表）

24、： 表1輸入輸出IEI0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSOE1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101電路圖如下：·圖4-1目標(biāo)樓層號(hào)按鈕編碼電路·4.1.2比較制動(dòng)電路器件組成:CD4585功能說明：CD4585為四位數(shù)值比較器，輸入端十號(hào)接A0，七號(hào)接A1，二號(hào)接A2，十五號(hào)接A3。A0、A1、A2、A3分別接八進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)

25、器的輸出端。輸入端十一號(hào)接B0，九號(hào)接B1，一號(hào)接B2，十四號(hào)接B3。B0、B1、B2分別接編碼器的輸出端，B3接地。A與B進(jìn)行比較，輸出端F（A>B）作為與三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器中的異或門控制輸入端，F(xiàn)（A=B）通過與非門與上述起動(dòng)控制中的與門相連作為制動(dòng)信號(hào)。當(dāng)A=B時(shí)使八進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并保持。脈沖發(fā)生器的清零端有效，停止產(chǎn)生脈沖并保持。三位可逆計(jì)數(shù)器復(fù)位。輸出端（A>B）（A<B）作為方向信號(hào)控制八進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器、三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，使其實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)。為了輸出F（A=B）的輸出控制信號(hào)，應(yīng)使輸入端的A<B接地，A>B，A=B接高電平。電路圖如下

26、：圖4-1 CD4585補(bǔ)充說明：CD4585是四位數(shù)字比較器，可比較他的兩個(gè)輸入，比較后在A>B，A=B，A<B這三個(gè)輸出端輸出，輸入形式可以是二進(jìn)制，也可以是BCD碼。功能表如下：表2INPUTSOUTPUTSCOMPARINGCASCADINGA3，B3A2，B2A1，B1A0，B0A<BA=BA>BA<BA=BA>BA3>B3A3=B3A3=B3A3=B3×A2>B2A2=B2A2=B2××A1>B1A1=B1×××A0>B0×××

27、15;××××1111000000001111A3=B3A3=B3A3=B3A2=B2A2=B2A2=B2A1=B1A1=B1A1=B1A0=B0A0=B0A0=B00010101××001010100A3=B3A3=B3A3=B3A3<B3A2=B2A2=B2A2<B2×A1=B1A1<B1××A0<B0×××××××××××××××

28、;111100000000×=Dont Care logic 1=high level logic 0=Low level4.1.3與邏輯起動(dòng)控制器件組成：CD4073（三三與門）、CD4069（六反相器）、開關(guān)、限流電阻。功能說明：按鈕起動(dòng)控制、編碼電路輸出表示GS有效與比較制動(dòng)電路A=B不成立，三者均滿足時(shí)，與邏輯起動(dòng)控制輸出為高電平，控制D觸發(fā)器構(gòu)成的三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的清零端，和555定時(shí)器組成的0.2S和6S周期脈沖發(fā)生器的清零端。當(dāng)此與邏輯起動(dòng)控制的輸出為高電平時(shí)，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生正常脈沖，三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。當(dāng)此與邏輯起動(dòng)控制的輸出為低電平時(shí)，脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)

29、生脈沖，并保持，三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，并保持。開關(guān)閉合為高電平有效。電路圖如下：圖4-3與邏輯起動(dòng)控制電路4.2啟動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)本部分我采用與門邏輯設(shè)計(jì)，與門的兩端分別連接系統(tǒng)工作指示電路和過載報(bào)警指示電路，當(dāng)有當(dāng)電路工作指示開關(guān)閉合，同時(shí)確保不過載的前提下才允許電路工作，當(dāng)樓梯過載時(shí)致使與門的一個(gè)輸入端為0，樓梯不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)后面的電壓比較器做出報(bào)警指示。4.3數(shù)碼管顯示模塊4.3.1顯示譯碼器組成電路組成器件：CD4511顯示譯碼器、 LED（數(shù)碼管）顯示器圖4-4CD4511CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)是：具有BCD

30、轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511芯片圖及引腳如下：一、CD4511引腳功能：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。LT：3腳是測(cè)試信號(hào)的輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測(cè)數(shù)7段碼管是否有物理損壞。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。a

31、、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反向器作輸出級(jí)，通常用以驅(qū)動(dòng)LED。各引腳名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D。5、4、3分別表示LE、BI、LT。13、12、11、10、9、15、14分別表示a、b、c、d、e、f、g。左邊引腳表示輸入，右邊引腳表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是接地和VDD.二、CD4511的工作原理1.譯碼CD4511譯碼器用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡化電路先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù)據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出00、01、10

32、、11（用二進(jìn)制對(duì)B、C編碼）四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門譯碼。2.鎖存功能譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反向器組成，傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。當(dāng)LE為低電平導(dǎo)通時(shí)，TG2截止；當(dāng)LE為高電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。3.消隱BI為消隱功能端，該端施加低電平后，迫使七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字，即字形消隱。消隱輸出J=(B+C)D+BI。如不考慮消隱BI項(xiàng)，便得J=(B+C)D。根據(jù)上式，當(dāng)輸入BCD代碼從10101111時(shí)，J端都為高電平，從而使顯示器中的字形消隱。 8421BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示圖如下：圖4-54.3.2 CD 4510（可逆計(jì)

33、數(shù)器）組成電路器件組成：CD4510（可逆計(jì)數(shù)器）功能說明：CD4510器件的1號(hào)接地，15號(hào)接CP端，9號(hào)接地。10號(hào)UP/DOWN接F(A<B)，以控制加減計(jì)數(shù)。5號(hào)CARRYIN接F(A=B)為低電平時(shí)，UP/DOWN為高，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，UP/DOWN為低，進(jìn)行減計(jì)數(shù)。2號(hào)DOUT，14號(hào)COUT，11號(hào)BOUT，6號(hào)AOUT，分別接CD4510的D，C，B，A作為地址端以驅(qū)動(dòng)顯示譯碼器。在使用時(shí)先將9號(hào)接高電平，使CD4510復(fù)位，然后再使9號(hào)接地。CD4510為可預(yù)置BCD可逆計(jì)數(shù)器，該器件主要尤四位具有同步時(shí)鐘的D型觸發(fā)器（具有選通結(jié)構(gòu)，提供T型觸發(fā)器功能）構(gòu)成。具有可預(yù)置數(shù)、

34、加減計(jì)數(shù)器和多片級(jí)聯(lián)使用等功能。CD4510具有復(fù)位CR，置數(shù)控制LD、并行數(shù)據(jù)D0D3、加減控制U/D、時(shí)鐘CP和進(jìn)位CI等輸入。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)LD為高電平時(shí)，D0D3上的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，CI控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)操作，CI0時(shí)，允許計(jì)數(shù)。此時(shí)，若U/D為高電平，在CP時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)；反之，在CP時(shí)鐘上升沿減1計(jì)數(shù)。除了四個(gè)Q輸出外，還有一個(gè)進(jìn)位/錯(cuò)位輸出CO/BO。電路圖如下：圖4-6 CD4510可逆計(jì)數(shù)器功能表如下表：表4CRLDCIU/DCPQ1XXXX清零01XXX預(yù)置0001加計(jì)數(shù)0000減計(jì)數(shù)001XX保持4.5脈沖發(fā)生器模塊4.5.1 0.2S脈沖發(fā)生器

35、器件組成：NE555定時(shí)器，電阻，電容。功能說明：根據(jù)NE555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，使其周期為0.2S，周期公式為：T=（R1+2R2）*C/1.43，R1=10K，R2=10K，C=10UF。與之間的0.015UF電容為抗干擾電容。清零端和與邏輯起動(dòng)控制輸出端即CD4073的輸出相連，可實(shí)現(xiàn)清零。只有當(dāng)按鈕起動(dòng)控制、編碼電路輸出標(biāo)識(shí)GS有效與比較控制電路A=B不成立三者均滿足時(shí)，與邏輯起動(dòng)控制的輸出為高電平，清零端無效，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生正常脈沖；當(dāng)上述三者只要有一個(gè)不成立時(shí)，與邏輯起動(dòng)控制的輸出為低電平，清零端有效，脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖，并保持。電路圖如下：圖4-6 0.2S脈沖發(fā)生器55

36、5定時(shí)器功能表：表5輸入輸出高電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端復(fù)位輸出放電管VT狀態(tài)×<VCC>VCC×<VCC>VCC011010導(dǎo)通截止導(dǎo)通<VCC>VCC1不變不變4.5.2 6S脈沖發(fā)生器器件組成：NE555定時(shí)器，電阻電容。功能說明：作為電梯樓層間的時(shí)間間隔。根據(jù)NE555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，使其周期為6S，周期公式為：T=（R1+2R2）*C/1.43，R1=82K，R2=390K，C=10UF。與之間的0.015UF電容為抗干擾電容。清零端和與邏輯起動(dòng)控制輸出端即CD4073的輸出相連，可實(shí)現(xiàn)清零。只有當(dāng)按鈕起動(dòng)控制、編碼電路輸出標(biāo)

37、識(shí)GS有效與比較控制電路A=B不成立三者均滿足時(shí)，與邏輯起動(dòng)控制的輸出為高電平，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生正常脈沖；當(dāng)上述三者只要有一個(gè)不成立時(shí)，與邏輯起動(dòng)控制的輸出為低電平，清零端有效，脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖，并保持。電路圖如下：圖4-7 6S脈沖發(fā)生器4.6 LED滾動(dòng)顯示模塊4.6.1 LED顯示電路譯碼器此譯碼器由五個(gè)兩輸入與門（4081），一個(gè)三輸入與門，三個(gè)三輸入或門組成。地址端為三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的輸出，通過此門電路組成的譯碼器驅(qū)動(dòng)LED顯示器，通過可逆計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)上行方向和下行方向的循環(huán)顯示?？ㄖZ圖如下：表611111111000000101100100000110111經(jīng)卡諾圖得方程如下：

38、Y3=Y2=Y1=Y0=其真值表為：表7Q2Q1Q0Y3Y2Y1Y000011110011110010110001110001000000101000111000111110111電路圖如下所示：圖4-8 門電路組成的LED顯示電路譯碼器4.6.2三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器器件組成：CD4013（雙D觸發(fā)器），CD4070（四2與或門）功能說明：此D觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)器，通過脈沖發(fā)生器產(chǎn)生0.2S脈沖作為CP端輸入。將每個(gè)D觸發(fā)器的D端與Q端相連構(gòu)成T觸發(fā)器。將三個(gè)T觸發(fā)器的清零端相連可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，接控制電路三與門的輸出。三個(gè)S端連在一起接地。Q2，Q1，Q0作為輸出驅(qū)動(dòng)顯示譯碼器的地址端。將Q與EI

39、通過異或門實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)：EI=0時(shí)減計(jì)數(shù)，下行；EI=1時(shí)加計(jì)數(shù)，上行。EI與CD4585的F（A>B）=0端即與13號(hào)相連，因?yàn)锽>A時(shí)，即編碼器的輸入比此時(shí)電梯顯示的樓層號(hào)大，應(yīng)該上行，而此時(shí)F（A<B）=1即EI=1加計(jì)數(shù)恰好可實(shí)現(xiàn)上行；當(dāng)B=A計(jì)數(shù)器被鎖定，故保持不變；B<A時(shí)F（A<B）=0即EI=0減計(jì)數(shù)，恰好可以實(shí)現(xiàn)下行。下面對(duì)此構(gòu)成可逆計(jì)數(shù)器的器件進(jìn)行介紹：CD4013是有兩個(gè)具有置位和復(fù)位功能的觸發(fā)器構(gòu)成的。它以時(shí)鐘的低電平讀入，以高電平輸出。功能表如下：表7CLKDRSQQ0000110010X00QQXX1001XX0110XX1111

40、電路圖如下所示：圖4-9三位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器4.6.3 LED顯示器器件組成：四個(gè)發(fā)光二極管，四個(gè)限流電阻。功能說明：發(fā)光二極管（LED）是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的PN結(jié)二極管。其發(fā)光原理是當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子空穴對(duì)）在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光。譯碼器輸出為高電平，所以LED顯示器為共陰輸出，通過他的亮與不亮，可以顯示上行和下行信號(hào)。電阻為限流作用，根據(jù)LED的額定電流確定電阻大小。電路圖如下所示：圖4-104.7電梯開關(guān)門電路的實(shí)現(xiàn)開關(guān)門電路的實(shí)現(xiàn)主控芯片我采用74LS193移位寄存器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電梯停止時(shí)移位寄存器控制的LED會(huì)依次循環(huán)點(diǎn)亮，當(dāng)需要關(guān)門時(shí)LED會(huì)

41、依次逆向循環(huán)點(diǎn)亮，當(dāng)開關(guān)門到位后會(huì)自動(dòng)清除顯示移位寄存器，整個(gè)過程模擬了開關(guān)門的實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了理想的效果。圖4-114.8原理圖與PCB圖原理圖參考：附錄1。PCB圖參考：附錄2。第五章 單元電路的擴(kuò)展方案51電壓檢測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)電源電壓的穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的保證，電梯控制的安全性非常重要，更應(yīng)該保證電系統(tǒng)電源電壓的高穩(wěn)定性，為了保證能及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到電源電壓的性能，我設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器，可以任意設(shè)定電源報(bào)警電壓的大小值，進(jìn)而保證系統(tǒng)電源故障能被及時(shí)得到監(jiān)控。如圖所示：圖5-1電壓檢測(cè)52電梯運(yùn)行故障語音報(bào)警電路的實(shí)現(xiàn)電梯在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)故障，必須保證電梯內(nèi)人員的求助得到及時(shí)的響應(yīng)，對(duì)此我們采

42、用語音電路來實(shí)現(xiàn)電梯故障的報(bào)警和樓梯內(nèi)人員的呼叫，整個(gè)電路可以任意更換呼叫內(nèi)容，具有音質(zhì)好，清晰度高等特點(diǎn)完全可以滿足電梯報(bào)警的需要。語音電路如下：圖5-2 語音電路53上位機(jī)軟件監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為了保證電梯的正常運(yùn)行得到實(shí)時(shí)的監(jiān)控，我們采用上位機(jī)監(jiān)控軟件 MCGS設(shè)計(jì)了電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確的監(jiān)控到電梯的運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)出簡單的控制指令，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。圖5-3上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)第六章 安裝與調(diào)試6.1安裝步驟按照系統(tǒng)總的電路圖，合理規(guī)劃電路總布局，盡量使電路連接簡單明了。首先一個(gè)模塊一個(gè)模塊連接，連接好一個(gè)模塊，就檢測(cè)一個(gè)，包括芯片，電路板，及導(dǎo)線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測(cè)

43、時(shí)不必要的麻煩。整體連接完畢，進(jìn)行調(diào)試，看是否和仿真結(jié)果相同。如有出入，仔細(xì)檢測(cè)電路，查出問題所在。這樣不斷調(diào)試，直到達(dá)到預(yù)期結(jié)果。改進(jìn)布線，力求精簡。6.2調(diào)試步驟打開電源開關(guān)，接通電源，觀察信號(hào)燈和數(shù)碼顯示管的變化。如有問題，首先檢查是否有電線松動(dòng)，然后再調(diào)試其它部分。檢查信號(hào)燈和數(shù)碼顯示管是否有損壞。如果以上都們問題的話，此時(shí)應(yīng)該分成一個(gè)一個(gè)單元電路來調(diào)試，包括芯片，電路板，及導(dǎo)線是否接正確且接穩(wěn)等。第七章 故障分析與電路改進(jìn)7.1故障分析秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路是否產(chǎn)生脈沖：把萬用表調(diào)到20V電壓檔，萬用表負(fù)極接地，正極接555定時(shí)器“3”針腳，芯片通電后，看電壓變化是否變化明顯，高電平大于

44、3V，低電平小于0.4V。如果不能產(chǎn)生脈沖，檢測(cè)555定時(shí)器的引腳是否接對(duì)，電阻和電容是否接正確，如果不是這些問題，就通過換芯片，看是否是芯片的問題，如果芯片也沒問題，就檢測(cè)是不是電路板有問題。數(shù)碼顯示管不能正常顯示：看數(shù)碼管是怎樣顯示的，如果顯示亂碼，檢查七段碼譯碼器CD4511否接線正常，然后檢查各針腳對(duì)應(yīng)輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管接線是否正確。如果數(shù)碼管中某些段不亮，檢查接線是否正確，對(duì)應(yīng)針腳電壓是否變化。如果是某些段不滅也不完全亮，換一個(gè)數(shù)碼管試試。信號(hào)燈不顯示或不按仿真的狀態(tài)顯示：檢查信號(hào)燈是否能發(fā)光，然后檢查信號(hào)燈接線處是否良好，最后檢查接線是否按照狀態(tài)方程連接正確。數(shù)碼顯示管與

45、信號(hào)燈配合有問題：按下某樓層的開關(guān)時(shí)，信號(hào)燈亮，當(dāng)數(shù)碼顯示管顯示到相應(yīng)的樓層時(shí)，信號(hào)燈熄滅。如果不是以上的結(jié)果，首先檢查JK觸發(fā)器的管腳是否連接好以及是否正確。然后再檢查同步可逆計(jì)數(shù)器（CD4510）的管腳是否連接好以及是否正確。接著就是四位數(shù)值比較器（CD4585）以及八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器（74148）的管腳連接正確與否。一步步檢查后，此問題便可解決。7.2電路改進(jìn) 總體來說，我覺得我設(shè)計(jì)的這個(gè)簡易電梯控制系統(tǒng)電路已經(jīng)相當(dāng)完美了。簡潔明了，功能模塊清楚。唯一不妥的是開關(guān)模塊這部分操作比較復(fù)雜，我覺得應(yīng)該與實(shí)際電梯上的開關(guān)模塊靠近，那樣可是電路更簡潔，操作更方便，而且不容易出錯(cuò)。此外，各方面

46、的一些問題有待探討和改進(jìn)。結(jié) 論結(jié) 論本次設(shè)計(jì)旨在更加熟悉掌握邏輯門的原理及實(shí)際應(yīng)用，掌握PCB板圖、仿真圖等繪制軟件的使用。這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到要真真正正用心去做的一件事情，是不容易的！而自己能夠在完成這次設(shè)計(jì)，真正是自己一個(gè)學(xué)習(xí)、研究和成長的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不會(huì)成長了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。在本次設(shè)計(jì)中還有很多不足，但在老師同學(xué)的幫助下，我對(duì)其又相關(guān)知識(shí)作了進(jìn)一步系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和了解。如電梯上升與下降的時(shí)間在實(shí)際過程中還是會(huì)有延時(shí)存在，還需不斷的進(jìn)行改進(jìn)，才能做的更好。再如實(shí)際與理論還存在著一些差別