课程设计(论文)-MCS-51系列单片机控制的5层液压电梯系统.doc
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1、目 录概述1第一章 液压电梯简述21.1 液压传动的概念21.2 液压电梯介绍2第二章 系统硬件电路设计42.1 控制及接口主要器件介绍42.1.1 AT89S52单片机42.1.2 TLP521光电耦合器52.1.3 74LS24462.2 系统硬件电路设计72.2.1 系统框图72.2.2 单片机最小系统电路设计72.2.3 信号指示电路设计102.2.4 控制信号输入电路设计122.2.5 电磁阀控制电路设计13第3章 系统软件设计153.1 AT89S52单片机内部模块简介153.1.1 IO口简介153.1.2 定时器简介173.2 系统程序流程图20参考文献21概述随着现代化城市的
2、高速发展,一幢幢高楼拔地而起。在这些建筑中电梯是必不可少的垂直输送工具。在服务性和生产性部门,如医院、商场、仓库等也需要大量的病床电梯、自动扶梯、载货电梯和液压电梯。考虑到液压电梯的特点和市场对液压电梯的需求,设计出具有自己特色的液压电梯控制系统。本系统使用单片机逻辑控制系统,实现五层液压电梯智能管理控制器,同多对开关阀的控制,实现液压电梯的上升、下降、加速、减速及停车平层。单片机同时作为电梯集选、管理的逻辑控制器,实现各种逻辑控制功能。第1章 液压电梯简介1.1 液压传动的概念液压传动是利用密封工作容内的液体压力能力来完成由原动机向工作装置进行能量或动力的传递或转换。液压传动具有以下工作特点
3、:(1)力的传递是靠液体压力来实现,其工作压力由负载的大小,即油缸柱塞受的力决定。(2)运动速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行。因此只要改变向油缺输出的流量,就可相应改变柱塞运动的速度。可以看出液压传动所传递的力与速度可以是无关的,理论上可以实现与负载无关的运动规律和速度调节。1.2 液压电梯介绍液压电梯是通过液压动力源,把油压入油缸使柱塞作直线运动,直接或间接地通过钢丝绳使轿厢运动的电梯。根据液压传动的特点可知,只要改变油泵向油缸输出的油量就可以改变电梯的运行速度。所以液压电梯的速度控制实际上就是液压系统的流量控制。液压电梯具有以下特点:(1)运行平稳、乘坐舒适。液压系统传统动力均匀平
4、稳,而且电梯运行速度曲线变化平缓,因此舒适感优于曳引调速梯。(2)安全性好、可靠性高、易于维修液压电梯除装备有普通曳引式电梯具备的安全装置外,还有:溢流阀,可防止上运动时系统压力过高。应急手动阀,电源发生故障时,可使轿厢应急下降到最近的层楼位置,自动开启轿门,使乘客安全走出轿厢。动泵,当系统发生故障时可操作手动泵打出高压油,使轿厢上升到最近的层楼位置。管道破裂阀,当液压系统管道破裂而轿厢失速下降时,可自动切断油路。(3)载重量大利用巴斯克原理,液压电梯可以很容易地取得大的顶升力,同时其功率重量比大,同样功率可运载的重量大。(4)噪声低液压系统可采用低噪声螺杆泵,同时油泵、电机可设计成潜油式的工
5、作方式,构成一个泵站整体,大大降低了噪声。(5)防爆性能好液压电梯采用低凝阻燃液压油,油箱又为整体密封,电机、油泵浸没在液压油中,能有效地防止可燃的气体和液体的燃烧。第2章 系统硬件电路设计本系统的研究对象为采用开关阀控制的液压电梯,电梯的运行状态是由电磁阀线圈的得、失电来决定的,其承载方式为两级直顶侧置式。四个接触器分别控制电梯的停车、上行、下行、加速、减速、开门、关门等动作。另外,每层楼设有楼层显示屏、上呼按钮、下呼按钮。电梯内部设有楼层显示屏、5个楼层选择按钮。系统采用AT89S52单片机作为主控制器,通过光耦控制被控对象有效抑制长线干扰,提高系统的可靠性。控制系统的硬件设计包括:单片机
6、最小系统电路设计,控制信号及检测信号的接口电路设计,指令召唤信号显示接口电路设计,层楼显示接口电路设计以及中断信号源接口电路的设计。2.1 控制及接口主要器件介绍2.1.1 AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52引脚结构与标准
7、功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。2.1.2 TLP521光电耦合器TLP521 是可控制的光电藕合器件,光电耦合器广泛作用在电脑终端机,可控硅系统设备,测量仪器,影印机,自动售票,家用电器,如风扇,
8、加热器等电路之间的信号传输,使之前端与负载完全隔离,目的在于增加安全性,减小电路干扰,减化电路设计。东芝TLP5211,2 和4 组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管。TLP521光电耦合器引脚及参数:集电极-发射极电压: 55(最小值)经常转移的比例: 50 (最小)隔离电压: 2500 Vrms (最小)2.1.3 74LS244八同相三态缓冲器/线驱动器。如果输入的数据需要保持比较长的时间,简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74LS244,由该芯片可构成三态数据缓冲器。74LS244芯片内部共有两个四位三态缓冲器,使用时可分别以1G和2G作为它们的选通工作信号。当1G和2G都为低电
9、平时,输出端Y和输入端A状态相同;当1G和2G都为高电平时,输出呈高阻态。 74LS244逻辑引脚功能图 真值表:L =低逻辑电平H =高逻辑电平X =高或低的逻辑电平Z=高阻抗推荐工作参数:符号参数最小值典型值最大值单位VCC电源电压4.7555.25VVIH输入高电平电压ViH2-VVIL输入低电平电压ViL-0.8VIOH输出高电平电流IOH-15mAIOL输出低电平电流IOL-24mATA工作温度0-702.2 系统硬件电路设计2.2.1 系统框图单片机电磁阀光耦隔离呼梯按键呼梯信号显示楼层及上下行显示轿厢位置检测2.2.2 单片机最小系统电路设计晶振电路设计AT89S52 单片机有一
10、个用于构成内部振荡器的反相放大器,XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话,XTAL2 可以不接,而从XTAL1 接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的,所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求,最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。右图为使用振荡器典型电路,根据不同的振荡器选用不同的起振电容:石英晶振C1=C2=30PF10PF陶瓷谐振器C1=C2=40PF10PF本系统采用12MHz的石英晶体振荡器,选用22pF起振电容,电路设计如下:复位电路设计1、 复位电路的
11、用途为确保微机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%,即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。目前为止,单片机复位电路主要有四种类型:(1)微分型复位电路;(2)积分型复位电路;(3)比较器型复位电路;(4)看门狗型复位电路。2、 复位电路的工作原理51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现。在单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,
12、当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。在复位电路中,电容的的大小是10uF,电阻的大小是10k。所以根据公式,可以算出电容充电到电源电压的0.7倍(单片机的电源是5V,所以充电到0.7倍即为3.5V),需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内,电容两端的电压时在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在0.1S内,RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号,而大于1.5
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