基于无线通信的电梯节能化运行控制系统的研制样本.doc

基于无线通信电梯节能化运营控制系统研制
王帅，齐云松，永亮，张淼
电气工程及自动化学院
指引教师：魏国 专家
1、课题研究目
通过几十年发展，电梯性能不断完善，已成为人们生活中不可或缺工具，但老式电梯控制方略对人性化和节能方面考虑不够充分，导致了电梯使用中时间和电能挥霍。本项目拟对老式轿厢式电梯进行摸索性改造，实现具备自主知识产权技术开发，提出了一种省时、节电电梯优化控制方略，通过增长电梯内和电梯外指令取消功能、测试梯内人数并在梯外显示功能、满载测试与直驶功能等，减少不必要电梯启停次数，实现电梯运营优化控制，从而达到节电、省时目。
2、课题背景
虽然电梯从诞生到当前已经历了无多次改进，但随着科学技术不断进步和人们生活习惯变化，对电梯功能又提出了更高规定。老式电梯缺少一套省时、节电电梯优化控制方略，不具备错误指令取消功能、候梯人又无法懂得电梯内人数状况，这些导致了电梯不必要启停，使电梯运营优化控制得到限制。其运转模式将大量时间挥霍在无意义等待中，也导致了能源挥霍。对电梯有关功能进行改造，使之不断进步，势在必行。
3、课题研究重要内容
3.1　位置检测
本模型位置检测是通过霍尔传感器实现。轿厢内安装霍尔传感器，每层停止位置安装薄片磁铁。当电梯到达指定位置时，霍尔传感器与磁铁接近，输出电压变化，将该电压输入单片机内部ADC进行采样，以此判断电梯位置并控制电机，电梯控制系统和梯外指令系统之间用无线通信芯片实现信息互换。
3.2　人数检测与显示功能
在每层楼叫梯按钮旁边增长一种小显示屏，显示电梯内人数。在电梯满员或接近满员时，可以给各楼层候梯者恰当提示，避免多数人长时间等待和电梯无意义停靠。依托红外对管测出与否有人从下面通过。将两个红外对管安装在电梯顶部向下发射，一种接近外侧，一种接近内侧。装置示意图如图１所示：

图1 红外对管计算人数装置示意图
如果将左右两个对管分别计为1，2：
如1先感知人通过，2后感知：表达有人进入电梯；
如2先感知人通过，1后感知：表达有人走出电梯。
运用单片机中时钟，判断出两个信号先后顺序，最后计算出电梯内人数成果，并将其用LED屏在各个楼层实时输出。
3.3 信号解决与通信方式
各层楼LED显示屏，上下按钮与单片机相连，这个单片机接受上下按钮信号后通过解决把控制电梯启动或停止信号通过低频无线射频芯片发射出去，两者通过TTL串口相连；同步在电梯轿厢内部，传感器把检测出包括电梯内部人数信息信号也输入到一种单片机中，这个单片机也通过TTL接口与RF低频射频芯片相连，使得这个单片机可以通过无线通信方式把人数信息发送到每层楼单片机中，这样每个楼层单片机就可以通过调用显示模块程序在LED显示屏上显示出当前电梯内人数。
可以选取低频433Hz作为系统通信频段，这种RF低频无线通信芯片成本低，体积小，可以较好地应用在这种场合，无线通信也省去了布线麻烦，详细系统框图如图2所示：
TTL
TTL

单片机

单片机
低频RF
无线通信
芯片
低频RF
无线通信
芯片
LED显示屏
包括人数信息信号
取消信号

图2 信号解决与通信方式系统框图
3.4　系统电路设计与功能实现
图5 电梯控制系统电路原理图
咱们设计电梯控制系统和梯外选取系统电路原理图分别如图3、图4所示：图3 电梯控制系统电路原理图

图4 梯外选取系统电路原理图

电路涉及：单片机，按键及批示灯，数码管（显示梯内人数），L298电机驱动芯片，LM2576稳压芯片，红外对管（计算进出人数），线性霍尔UGN3503(判断电梯位置)
3.5　软件设计
将系统在运营时程序流程图画出。如如下各图所示。
3.5.1 下位机主程序

图5 下位机主程序流程图

程序重要控制思想：主程序在循环中不断扫描电梯内按键，通过把得到键值排序获得下一种目层数，然后控制电梯变化运动方向。例如，电梯当前1楼停止，乘客进入电梯，按下2，3，4层按键，那么程序会得到键值2，3，4，将这三个数从小到大排序为2<3<4，当前层为1，则比1大最小值为2，那么目层就是2层，电梯到达2层时停止。如果在从一层到2层行进过程中，乘客把2层取消，那么扫描得到键值为3，4，再次排序为3<4，那么目层为3层，电梯不在2层停止，而是在3层停止，达到节约时间和电能目。
3.5.2 上位机主程序

图6 上位机主程序流程图
3.5.3上位机串口接受中断

图7上位机串口接受中断流程图
3.5.4 下位机外部中断

图8下位机外部中断程序流程图

3.5.5 下位机串口接受中断

图9下位机串口接受程序中断流程图

3.5.6 下位机ADC中断服务程序

图10下位机ADC中断服务程序流程图

如果主程序循环中没有扫描到有键按下，并且电梯处在停止状态，阐明梯内无人控制电梯运营。那么检测串口与否收到有效叫梯指令，如果有则控制电梯向叫梯层运动。如果在电梯向叫梯层运营过程中叫梯被取消，则电梯会在当前层下一层停止，通过减少电梯启停次数达到节能目。
4、结论
通过咱们小构成员不懈努力，电梯实物基本成型，可以做到上述某些功能演示。当前可以由电机控制电梯模仿上下运营并实现运用红外线判断进出电梯人数功能。
下图是已经设计好电梯模型实物照片（图11）。

图11 电梯模型实物照片
运用整个电梯控制系统硬件设计，通过调试，验证了方案可行性，实验效果良好。电路板实物照片如图12，图13所示：

图12 电梯控制系统电路板实物照片

图13 梯外选取系统电路板实物照片

通过测试,咱们设计简易电梯模型可以实现既有电梯所有功能，在梯内梯外同步交替时行驶路线与既有电梯有关功能相吻合。同步可以实现该项目所提出人数测试与显示、梯内梯外指令取消选取功能、电梯行驶路线优化可以实现。完全满足前面两个例子，也合用于其她类似状况。无线通信功能也可以较好合用于这种场合，实验圆满成功！
与该项目相配套论文《基于单片机电梯优化控制单元研究》已定在《机械工程师》（中文核心期刊）第9期上刊登。
5、问题、体会与收获
在科技创新中，咱们专业技术水平也有了很大提高。从前咱们多是从事于课本知识学习。这次研制过程让咱们真正走进了实验室，体会到了实践高兴。
咱们培养出了思考问题能力以及在遇到新问题时解决问题能力。在电梯模型制作上曾遇到过诸多麻烦，在电梯构造设计，电梯稳定性实现，电机固定办法与位置上浮现了咱们没有预料到问题。但咱们想办法克服了这些困难，在这过程中收获不小，不但拓宽了咱们解决问题思路，学到了各种收集信息办法，还在查阅资料及向教师、学长请教过程中，拓宽了咱们知识面。
更为重要是，这次科技创新筹划让咱们理解了从一种想法到一种产品过程。自己想法实现需要一步一步地走，从易到难，逐渐发现问题，逐渐解决问题，使自己想法得到完善。从中发现问题也是对咱们意志品质考验与锻炼。
真心感谢学校和教师，感谢学校大力投入，感谢教师大量付出，为咱们提供了这样一种提高自身素质平台。在此后学习和生活中，咱们一定以此为契机，继续向着自己目的努力奋斗，早日成为祖国和人民所需要人才，不辜负学校和教师盼望。