电梯控制系统-梯控控制系统功能-电梯控制器技术应用需求分析

       目前随着国产电梯控制器技术过去一直是以继电器行业发展，接触器为核心。梯控控制系统庞大，复杂，所用控制柜很大，因此使用微机电梯控制系统，以期提高运行可靠性。

1.2 项目背景

       单片机体积小，处理速度快，价格低廉，功能强大，是合适的控制系统。对电梯的控制主要是选层、启动、换速、平层、停车等几个环节，其中以选层环节最为复杂。凯帕斯科技门禁与通常的电梯控制器相比，单片机系统不需要通过“选层器”并且配备以大量的中间继电器作为选层电路的控制设备，避免了设备多，检修困难，运行维护不便，造价成本高;应用微机控制可以取消选层器和大量的中间继电器，而且应用单片机控制，又相对于应用其他微机减少了外围设备的接口芯片、增强了可靠性。因此此次我们使用EVK1100为核心进行集成优化控制与管理。

二、电梯控制系统需求分析

       2.1 功能要求

基本要求

      A 电梯在楼层中的调度

      B 电梯门的自动开启

      C 电梯中电机的控制

      D 电梯的故障检测扩展要求(根据开发板的资源所做的扩展)

      E 电梯中的照明控制

      F 电梯中的温度显示

2.2 性能要求

       在故障检修模式键被按下时，切换至故障检修模式，电梯停止运行工作人员可以进行检修，循环检测电梯的模式是否变化，当出现模式的变化时，切换到相应的模式下。

       在一般运行模式键被按下时，切换至一般运行模式，电梯实现一般的功能要求，循环检测电梯的模式是否变化，当出现模式的变化时，切换到相应的模式下。

       在直接运行模式键被按下时，切换至直接运行模式，电梯实现直接运行，为紧急情况争取时间，循环检测模式是否变化，当出现模式的变化时，切换到相应的模式下。

       故障检修模式下，电梯停止运行，停止外部讯号对于电梯的调度(对于模式转换键，在此功能没出现故障的时候任然响应)，显示当前楼层和温度，使能照明。

       一般运行模式下，电梯一般运行，对于外部讯号，通过电梯的调度算法和对于电梯的中电机的控制实现响应，使能模式转换键，显示当前楼层和温度，对于照明的使能通过压力传感器的输入进行控制。

       直接运行模式下，电梯的性能要求和一般运行模式中基本相同，唯一不同的是电梯的调度算法，电梯会直接来到电梯的直接运行模式键被按下的楼层，并在载人以后直接回到底层。

3.1 系统功能实现原理

       利用EVK1100开发平台提供的一些应用：温度，光照，LCD，PWM输出和AVR芯片的优越的控制功能加上一些外围的一些模块：压力，H桥驱动，语音输入输出 等实现电梯的简单的模拟层次上的控制(主要的控制在与电机的控制，照明的控制和温度显示)。在电梯的控制当中特点在与对于电梯中照明的控制(压力传感没有人在电梯中时关掉照明，实现环保节能的目的)和直接运行模式的引入。

3.2 硬件平台选用及资源配置

       Atmel公司推出的AVR单排年级是很引人注目的一款为处理器。这种芯片基于新的RISC机构，在设计上采用了流水线的结构，在执行前一条指令时，同时取出下一条指令，它的Flash以及强大的外围接口能力使它成为目前最为流行的单片机之一。本设计采用EVK1100作为控制系统的核心。

A H桥驱动

       H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

2 H桥驱动

       要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。当电流从Q1流经电机再流向Q4，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动。另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动。

       实际使用的时候，用分立件制作H桥式是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

B 压力传感

       压力传感器负责测量电梯里的承受压力，判断电梯里是否有人，如果没人，将控制电梯里的灯变暗。除此功能之外，当压力到达一定程度时，传感器将判断出超出承受范围，电梯将不能继续运行。在选择产品时，我们需要综合考虑线性度好、外围电路简单、灵敏度高，价格不高等综合因素。C 直流电机,直流电机是本项目的核心部分，起到了控制电梯的运动，它的正转反转也将由电机来驱动，在没有具体电梯材料的情况下，观察电机的驱动运作情况可以直接定性的反映本项目的情况。

C 电机测速模块

       一块长度为l，宽度为b，厚度为d的半导体薄片，当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在其相对两边流通控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在该半导体另外两边将产生一个与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度，该电势称为霍尔电势，该半导体薄片就是霍尔元件，其大小和外磁场及电流成比例。霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，广泛应用于测量转动物体旋转速度领域。这里选用SPRAGUE公司生产的霍尔转速传感器，它是一种硅单片集成电路，其内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路，具有工作电压范围宽、可靠性高、外电路简单、输出电平可与各种数字电路兼容等特点。

       霍尔传感器信号放大器将霍尔电势UH放大后再经整形、放大，输出幅值相等、频率变化的方波信号，该霍尔电势的幅值随磁场强度变化而变化。

       转速的测量方法有很多种，根据脉冲计数实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)。该系统采用M法(测频法)，霍尔传感器的测速电路。

3.3系统软件架构

       电梯控制的软件框架由电梯的模式作为主体框架，以完成模式下的功能为驱动进行设计，各个模式的简介如下：

       故障修理模式：由管理员手动切换，在故障模式下工程人员可以实现对于电梯的故障检修

       一般运行模式：由管理员手动切换，一般运行模式是电梯的主要模式，完成电梯的主要功能

       直接运行模式：由用户切换或者管理员切换，直接运行模式下，电梯可以从当前层面直接到达底层。当出现火宅或者有病人需要急救时可以避免电梯在中间层停靠，以此争取宝贵的时间。