郭俊俊，肖楚杰，張可兒

（1.隴東學(xué)院 信息工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，礦山工程的規(guī)模在不斷擴大，礦山升降機在礦井進出工作中占有舉足輕重的位置，對于規(guī)模較大的礦山工程，升降機與運輸機是保證礦山安全生產(chǎn)的主要運行工具。升降機是機電一體化設(shè)備，其控制系統(tǒng)決定了升降機的運行效率[1，2]。目前我國大部分礦山的升降設(shè)備采用繼電器、可編程邏輯控制器和單片機控制方式。繼電器控制方式觸點多、連線復(fù)雜、速度慢、精度低、靈活性差、可靠性低；可編程邏輯控制器控制方式連線少、速度快、可擴展性好、可靠性高，但成本高；單片機控制方式具有可編程邏輯控制器的優(yōu)點，同時成本低、效益高[3]。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，單片機控制方式在升降設(shè)備的智能化方面具有很大的優(yōu)勢。

本設(shè)計以STC89C52單片機為控制器實現(xiàn)了礦山升降機控制系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)響應(yīng)速度快、處理能力強，提高了升降機的使用性能。

1 概述

設(shè)計的礦山升降機控制系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、按鍵電路、運動控制電路、顯示電路、報警電路和電源電路等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，單片機最小系統(tǒng)為控制核心，按鍵電路產(chǎn)生呼叫信號作為單片機的輸入，單片機輸出信號到運動控制電路、顯示電路和報警電路，控制升降機的運行速度并顯示運行狀態(tài)。

圖1 礦山升降設(shè)備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)包括STC89C52單片機、時鐘電路、復(fù)位電路和單片機電源電路。STC89C52具有8位處理器、8KFlash用于存儲程序，4KEEPROM用于存儲升降機當(dāng)前停留位置信息，32個雙向IO口用于連接輸入輸出信號。

2.2 運動控制電路

礦山升降機的上下運動以及設(shè)備的開關(guān)都采用步進電機來實現(xiàn)，它能把電脈沖信號轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)角度位移，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，所以通過控制電脈沖的頻率和數(shù)量就可以精確控制升降設(shè)備電機的轉(zhuǎn)速和角度位移。步進電機結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用1相勵磁法，即按A、B、C、D順序輪流導(dǎo)通四個線圈可驅(qū)動步進電機正轉(zhuǎn)，按D、C、B、A順序輪流導(dǎo)通四個線圈可驅(qū)動步進電機反轉(zhuǎn)。由于單片機IO輸出的脈沖信號電流較小，需要加步進電機驅(qū)動電路。

圖2 步進電機結(jié)構(gòu)圖

2.3 顯示電路

顯示電路主要用于顯示升降機當(dāng)前所在位置、按鍵狀態(tài)等信息。當(dāng)前設(shè)備所在位置采用LED數(shù)碼管顯示。每個按鍵的狀態(tài)都用LED燈顯示，當(dāng)按鍵按下時，LED燈亮，等相關(guān)功能操作結(jié)束后，按鍵燈將自動熄滅。

2.4 報警電路

報警電路通過蜂鳴器產(chǎn)生特定的提示音表示礦山升降機的運行狀態(tài)，比如設(shè)備到達呼叫位置即將開門或關(guān)門以及發(fā)生異常等。

3 軟件設(shè)計

主程序流程圖如圖3所示，系統(tǒng)上電后，首先進行初始化，獲取并顯示礦山升降機當(dāng)前所在位置信息，然后等待按鍵電路輸入信號，當(dāng)有按鍵按下時，點亮相應(yīng)按鍵燈，控制升降設(shè)備向呼叫位置運動，運動過程中LED數(shù)碼管實時顯示當(dāng)前所在位置信息，當(dāng)?shù)竭_呼叫位置時，熄滅相應(yīng)按鍵燈，將所在位置信息寫入EEPROM，產(chǎn)生提示音，設(shè)備門打開并保持30秒，再產(chǎn)生提示音，門關(guān)閉，最后返回到等待按鍵電路輸入信號的狀態(tài)。

圖3 系統(tǒng)流程圖

4 系統(tǒng)測試

根據(jù)監(jiān)測節(jié)點所上傳的數(shù)據(jù)類型，在礦井處布設(shè)系統(tǒng)測試節(jié)點，將設(shè)計的升降機控制系統(tǒng)應(yīng)用于井下各個位置并進行測試，升降設(shè)備上下行、開關(guān)門、所停位置選擇和聲音提示等功能都可以正常運行，上下行運動時間均小于5秒。

5 結(jié)論

基于STC89C52單片機的礦山升降機控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實惠、反應(yīng)速度快的優(yōu)點。設(shè)計實現(xiàn)了升降機上下行、開關(guān)門和聲音報警等基本功能，具有一定的使用價值。