李欣陽 張博文 王慧敏

摘要：該文設(shè)計(jì)的智能電梯核心是STC89C51單片機(jī)，使用電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動兩個直流減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制電梯的基本上下行與開關(guān)門效果，利用可燃?xì)怏w傳感器與電阻式薄膜壓力傳感器檢測電梯是否有可燃?xì)怏w與電梯承載重量是否超重，同時通過按鍵實(shí)現(xiàn)樓層的選擇與電梯上下行控制。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);智能電梯;安全監(jiān)測;安全控制

中圖分類號：TP3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）32-0126-03

1 引言

伴隨著電子科技的飛躍式發(fā)展，與此同時，互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)也發(fā)展迅猛，智慧城市以及智能裝備成了城市建設(shè)的一大熱門方向[1]。伴隨著“中國制造2025”的大力推進(jìn)，智能化已經(jīng)變成了電梯產(chǎn)業(yè)開發(fā)的熱門方向，然而電梯產(chǎn)業(yè)在開發(fā)的時候需要注重生產(chǎn)安全等層面的要素，這也給智能電梯的發(fā)展提出了全新的考驗(yàn)。此外，由于現(xiàn)代化高科技進(jìn)程的不斷發(fā)展，當(dāng)今全世界使用電梯的頻次愈來愈高，從中能夠看到電梯早已變成人們生活中十分重要的一種工具，已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，因此強(qiáng)化對電梯控制系統(tǒng)的研究十分有意義[2]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電梯運(yùn)行方面能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化，其能夠讓電梯的管理工作更加方便，也能夠讓電梯的運(yùn)營更加可靠[3]。與此同時，人們可以對正在運(yùn)營的電梯開展實(shí)施的控制，假設(shè)電梯中的部分參數(shù)出現(xiàn)問題就能夠進(jìn)行及時更改，以避免錯誤的發(fā)生，提升電梯的總體運(yùn)營效能;另一方面利用LCD1602顯示電梯所處的位置和乘坐的人數(shù)，幫助用戶在上下班高峰期查找電梯的運(yùn)營狀態(tài)，這樣能夠降低等待周期，提升了電梯的綜合應(yīng)用效率。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1電梯控制系統(tǒng)總體方案

本設(shè)計(jì)基于STC89C51單片機(jī)， 實(shí)現(xiàn)通過內(nèi)外雙鍵盤實(shí)現(xiàn)電梯進(jìn)出人與控制電梯上下行效果;通過MQ-9可燃?xì)怏w傳感器檢測電梯橋廂內(nèi)是否有可燃?xì)怏w;通過薄膜壓力傳感器實(shí)時檢測電梯是否超重;通過LCD1602顯示電梯當(dāng)前樓層編號與電梯內(nèi)人數(shù)等功能。使用DRV8833電機(jī)驅(qū)動模塊外接獨(dú)立電源驅(qū)動兩個N20減速電機(jī)分別連接絞盤和絲桿，同時配合設(shè)計(jì)的電梯模型實(shí)現(xiàn)電梯間上下行與電梯門的開啟與關(guān)閉。通過ADS1115模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用IIC通信協(xié)議與51連接實(shí)現(xiàn)實(shí)時的ADC功能。使不具有ADC功能的51單片機(jī)能夠?qū)崟r檢測壓力傳感器與可燃?xì)怏w傳感器的感應(yīng)數(shù)據(jù)，對電梯是否超重和是否有可燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時檢測避免安全隱患。通過狀態(tài)機(jī)的方式對電梯內(nèi)的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不同的狀態(tài)對應(yīng)不同的處理結(jié)果。在進(jìn)行實(shí)物設(shè)計(jì)之前，先進(jìn)行Proteus仿真，在仿真當(dāng)中模擬出設(shè)備端的運(yùn)行狀態(tài)，檢驗(yàn)程序的設(shè)計(jì)與運(yùn)行邏輯的正確性。整個電梯系統(tǒng)的主程序流程圖如圖1所示，系統(tǒng)Proteus仿真如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)整體測試方案

系統(tǒng)使用內(nèi)外部矩陣按鍵控制電梯進(jìn)行上下行以及電梯門的開合，超重和可燃?xì)怏w檢測為自動進(jìn)行，檢測到超重則會在LCD1602顯示相應(yīng)的重量信息，檢測到可燃?xì)怏w會進(jìn)行報(bào)警。針對系統(tǒng)整體進(jìn)行測試，檢測項(xiàng)目整體是否有不符合設(shè)計(jì)要求的地方，檢測安全機(jī)制是否能夠正常運(yùn)行，檢測電梯是否能夠正常運(yùn)作，對于系統(tǒng)異常狀態(tài)是否能夠進(jìn)行報(bào)警，檢測系統(tǒng)對于輸入的敏感程度。針對系統(tǒng)整體測試要求提出以下五個測試點(diǎn)進(jìn)行檢測，并記錄測試結(jié)果。如表1所示。

1）針對電梯內(nèi)無人的情況進(jìn)行測試：啟動整個系統(tǒng)后，電梯初始化完成后，按下內(nèi)部按鍵，電梯顯示當(dāng)前承載人數(shù)為0，分別按下內(nèi)部按鍵1、2、3，電梯無任何動作，說明電梯對內(nèi)部無人的情況進(jìn)行了異常排除，圖3為測試點(diǎn)1測試結(jié)果。

2）針對電梯內(nèi)無人的情況進(jìn)行測試：分別按下外部按鍵1、2、3，電梯橋廂駛向?qū)?yīng)樓層，當(dāng)電梯到達(dá)對應(yīng)樓層后，LCD1602顯示樓層號為該層對應(yīng)的樓層號，同時電梯門自動開合一次，讓人員進(jìn)出，此時LCD1602顯示當(dāng)前電梯內(nèi)對應(yīng)的人數(shù)，并對其進(jìn)行了增減，圖4為測試點(diǎn)2測試結(jié)果。

3）針對電梯內(nèi)有人的情況進(jìn)行測試：分別按下內(nèi)部按鍵1、2、3，電梯橋廂駛向?qū)?yīng)樓層，當(dāng)電梯到達(dá)對應(yīng)樓層后，LCD1602顯示樓層號為該層對應(yīng)的樓層號，同時電梯門自動開合一次，讓人員進(jìn)出，此時LCD1602顯示當(dāng)前電梯內(nèi)對應(yīng)的人數(shù)，并對其進(jìn)行了增減，圖5為測試點(diǎn)3測試結(jié)果。

4）針對電梯內(nèi)是否存在可燃?xì)怏w進(jìn)行測試： 使用打火機(jī)釋放丁烷氣體，靠近MQ-9可燃?xì)怏w傳感器，大約3秒后，LCD1602顯示由T轉(zhuǎn)變?yōu)镕，表明MQ-9可燃?xì)怏w傳感器已經(jīng)檢測到可燃?xì)怏w，圖6為測試點(diǎn)4測試結(jié)果。

5）針對電梯的重量進(jìn)行測試：使用手指按壓薄膜壓力傳感器，薄膜壓力傳感器若檢測到壓力，則會在LCD1602顯示出對應(yīng)的壓力大小，圖7為測試點(diǎn)5測試結(jié)果。

2.3 系統(tǒng)存在的問題

以上5個測試點(diǎn)的測試結(jié)果大體符合本次智能電梯控制系統(tǒng)的要求，但仍存在以下三方面的問題：

1）檢測到可燃?xì)怏w后未作排氣裝置

在電梯內(nèi)部檢測到可燃?xì)怏w后，因?yàn)殡娞蒉I廂為一個較為封閉的空間，不利于可燃?xì)怏w的排出，但受限于制作成本以及時間原因并未做過多的關(guān)注，后續(xù)改進(jìn)方法為在電梯間增加排氣風(fēng)扇，當(dāng)檢測到可燃?xì)怏w后自動開啟。

2）按鍵僅為內(nèi)部與外部兩個鍵盤未作拆分

受限于單片機(jī)引腳數(shù)的原因，并未制作全模擬的能夠在每層進(jìn)行上下行檢測的按鍵，而是采用了較為節(jié)省硬件資源的矩陣鍵盤的方式去模擬一棟樓內(nèi)的住戶使用電梯間的情況。

3）單樓層內(nèi)存在較多重物時，電機(jī)會有失準(zhǔn)

出于成本考慮，本項(xiàng)目的模型采用了直流減速電機(jī)作為整個電梯間上下行以及電梯門開合的動力，但使用直流電機(jī)在電梯承載了較多的重物后，在相同的電壓與驅(qū)動時間下會出現(xiàn)上行距離比空載時更短的情況。

3 ?結(jié)論

本設(shè)計(jì)基于STC89C51單片機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通過內(nèi)外雙鍵盤實(shí)現(xiàn)電梯進(jìn)出人與控制電梯上下行的效果;通過MQ-9可燃?xì)怏w傳感器檢測電梯橋廂內(nèi)是否有可燃?xì)怏w;通過薄膜壓力傳感器實(shí)時檢測電梯是否超重;通過LCD1602顯示電梯當(dāng)前樓層編號與電梯內(nèi)人數(shù)等功能。軟件的仿真結(jié)果以及對測試點(diǎn)的測試結(jié)果表明本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能電梯系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能實(shí)現(xiàn)電梯的基本指令與運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉岑松，羅小巧，洪習(xí)歡.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能澆花系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù)，2020，43（1）：176-180.

[2] 廖志雄.探析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電梯監(jiān)測報(bào)警管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（3）：48-49.

[3] Li P，Jin F J.Adaptive fuzzy control for unknown nonlinear systems with perturbed dead-zone inputs[J].Acta Automatica Sinica，2010，36（4）：573-579.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】