三层电梯控制器设计.docx

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三层电梯控制器设计

电梯控制

设计三层电梯控制器。

已知每层楼有上、下开关，电梯到达与否的位置检测传感器。

电梯内有1、2、3个电梯层按钮，以及开门、关门按钮。

要求：

正确控制电梯的运行，每楼层能显示电梯所处当前楼层位置。

前言

电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。

多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。

。

在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。

据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。

当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。

追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。

当时有个叫阿基米德的人设计出-----人力驱动的卷筒式卷扬机。

1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而又在英国出现水压梯。

1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。

1900年还出现了第一台自动扶梯。

1949年出现了群控电梯,首批4—6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。

1955年出现了小型计算机（真空管）控制电梯。

1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。

1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。

1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。

1971年集成电路被应用于电梯。

第二年又出现了数控电梯。

1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。

实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

而采用PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

一、绪论

1设计方案：

⑴系统的时钟脉冲信号是由555定时器接成的多谐振器。

时钟信号通过一定与门和与非门输入计数器74LS192，控制其加减计数。

⑵系统的开关控制电路是由JK触发器和与非门构成，控制信号灯的工作状态。

⑶系统的核心电路是由编码器74LS148，数据比较器74LS85，同步可加减计数器74LS192,译码器74LS48和一定的门电路组成，实现对电梯的上升和下降的控制。

2设计原理：

⑴系统的信号灯控制部分是由开关和JK触发器构成，开关先接高电平，按下开关时，给了一个低电平触发信号输入给JK触发器使其锁存低电平信号，从而使信号灯一直亮直到信号结束。

⑵系统的核心部分是由编器74LS148，数据比较器74LS85，同步十进制可逆计数器74LS192,译码器74LS48和一定的门电路组成。

按下开关时，产生的低电平信号由JK触发器传给74LS148编码器，产生后的编码输入74LS85数据比较器，通过与74LS192输出的数比较，产生的号再连接时钟信号通过一定的门电路输入74LS192计数器，控制计数器的加减，从而实现电梯的上升与下降。

⑶系统的时钟信号是由555定时器接成多谐振荡器。

时钟信号通过一定与门和与非门输入计数器74LS192，控制其加减计数。

3总体框图:

图1-1电梯控制系统电路的组成框图

二、输入模块电路设计

1、优先编码器74LS148

74LS148为8线－3线优先编码器。

它允许多个输入信号同时有效，但只对一个优先级最高的输入信号进行编码。

74LS148工作原理如下：

该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。

此外，电路还设置了输入使能端ST非，输出使能端YS和优先编码工作状态标志YEX非。

当ST非=0时，编码器工作；而当ST非=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。

这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。

当ST非为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志YEX非为0。

表明编码器处于工作状态，否则为1。

由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，Y2Y1Y0的非均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由YEX非的状态加以区别，当YEX非＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时Y2Y1Y0的非=111为非编码输出；YEX非＝0时，Y2Y1Y0的非=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。

YS只有在ST非为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的ST非连接，以便组成更多输入端的优先编码器。

从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。

输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。

例如5为0。

且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理。

74LS148管脚图：

图2-174LS148管脚图

表2-174LS1488线—3线二进制编码器真值表

2、输入模块电路

图2-2输入模块电路

这个电路的工作原理过程：

当拨动任一楼层开关时，发光二极管导通，每一楼层的不同颜色的指示灯随之点亮；74LS148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态。

当把开关S置于"SW1"时，优先编码器处于工作状态，即显示器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入，当开关接高电平时，74LS148的输出A2A1A0的非=100，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，Q4Q3Q2=011，经74LS148译码后，显示器显示为"3"。

此外，CTR=1，使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。

当按键松开即按下时，74LS148的YEX的非为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止状态.

三、比较模块电路设计

1、比较器74LS85

74LS85为4位数值比较器。

图3-174LS85管脚引线图

表3-174LS85功能表

74LS85工作原理如下：

两个4位数的比较是从A的最高位A3和B的最高位B3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。

若最高位A3=B3，则再比较次高位A2和B2，余类推。

显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。

真值表中的输入变量包括A3与B3、A2与B2、A1与B1、A0与B0和A与B的比较结果。

其中A和B是另外两个低位数，IA>B、IA

设置低位数比较结果输入端是为了能与其他数值比较器连接，以便组成位数更多的数值比较器。

2、比较及开门关门控制电路

由一个开关和两个继电器组成开关门控制系统，当开关打开，电梯为开门状态，按下楼层按钮，经过比较器之后，继电器未合上，以后的电路无法执行，故电梯不运作。

当开关闭合后，输入楼层经过比较器74LS85与预置当前楼层数进行比较，根据不同的结果，向74LS192计数器输入不同信号，从而实现电梯的控制功能。

图3-2比较模块电路

我们假设用户输入想去的楼层数为A，电梯实际所在的楼层数为B。

当A>B时，QAB=1;

当AB=0;

当A=B时，QAB=0;

四、计数模块

1、计数器74LS192

74LS192具有下述功能：

①异步清零：

CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000

②异步置数：

CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0

③保持：

 CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态

④加计数：

CR=0,LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数

⑤减计数：

CR=0,LD=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：

1001状态后负脉冲输出

BO为借位输出：

0000状态后负脉冲输出。

74LS192真值表

             输入

    输出

MR

P3

P2

P1

P0

Q3

Q2

Q1

Q0

 1

 ×

 ×

 ×

×

×

×

×

0

0

0

0

 0

 0

 ×

 ×

d

c

b

a

d

c

b

a

 0

 1

 1

×

×

×

×

   加计数

 0

 1

 1

×

×

×

×

减计数

表4-174LS192真值表

4-174LS192管脚图

2、计数模块电路

可逆计数模块：

用芯片74LS192来实现可逆计数，首先考虑输入端口，一个异步复位端口reset，用于在系统不正常时回到初始状态；其次是输出端口，用户根据自己的需要输入想去的楼层数位A，和电梯所在楼层数作比较，即有升降请求信号 ，如果是下降的情况，通过计数器一直递减到B位置，此时只有lamp2亮，表示所在的楼层已到，如果是上升情况，则通过计数器显示递加到B，低价的过程只有lamp1亮，表示电梯处于上升状态，当到达所在楼层变为lamp2亮，电梯停止，提示用户已到所在楼层。

可逆计数器的实验原理：

十进制至二进制普通编码器：

A=I1+I3+I5+I7+I9

B=I2+I3+I6+I7

C=I4+I5+I6+I7

D=I8+I9

图4-2

图4-2计数模块电路

五、脉冲

1、NE555

图5-1555定时器的基本组成

（1）基本RS触发器

由两个与非门组成，

是专门设置的可从外部进行置0的复位端，当R=0时，使Q=0、

=1。

（2）比较器

C1、C2是两个电压比较器。

比较器有两个输入端，分别标有+号和-号，如果用U+和U-表示相应输入端上所加的电压，则当U+＞U-时其输出为高电平，U+＜U-时输出为低电平，两个输入端基本上不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于无穷大。

（3）分压器

三个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压，C1之+端U+=2VCC/3、C2之-端U-=VCC/3。

如果在电压控制端CO另加控制电压，则可改变C1、C2的参考电压。

工作中不使用CO端时，一般都通过一个0.01μF的电容接地,以旁路高频干扰。

（4）晶体管开关和输出缓冲器

晶体管TD构成开关，其状态受Q端控制，当

为0时TD截止、为1时TD导通。

输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。

综上所述可知，555定时器不仅提供了一个复位电平为2VCC/3、置位电平为VCC/3，且可通过

端直接从外部进行置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器

端控制的晶体管开关，因此使用起来极为灵活。

UTH

U

uo

TD的状态

X

X

0

UOL

导通

＞2VCC/3

＞VCC/3

1

UOL

导通

＜2VCC/3

＞VCC/3

1

不变

不变

X

＜VCC/3

1

UOH

截止

表5-1555定时器的菜单

2定时及方波信号发生电路

由555定时器和门电路构成如图所示。

其中555构成多谐振荡器，当电梯需要上升时，定时每两秒送一个方波，通过与门向比较器输入方波信号，实现自加自减，到达想去的楼层。

图5-2定时及方波信号发生电路图

振荡周期

。

为电容充电时间，

为电容放电时间。

充电时间

放电时间

矩形波的振荡周期

因此改变

、

和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。

对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：

占空比q，q=（脉宽

）/（周期T），

指输出一个周期内高电平所占的时间。

图（C）所示电路输出矩形波的占空比

由上原理中的周期公式计算理论周期和频率：

已知：

C=0.15UFR1=1.25

R2=2.36

=1s

=1s

=2s

=500mHZ

=50%

六、显示模块电路

由十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路和1个7段数码管即相关电路组成。

具体电路如图10所示。

一块74LS192实现减法计数，显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。

用两个双向开关控制74LS192的预置数控制端输入预置数，即当前电梯楼层数，，根据共阴极七段数码显示管BS201A上，当有人按电梯按钮时，通过自加自减，当前楼层数发生改变，实现上楼下楼功能。

图6-1显示模块电路

七、运行状态

1、人在一楼呼叫电梯，电梯在二楼

图7-1

2、人在一楼，电梯下到一楼

图7-2

八、元件清单列表

序号

元器件名称

数量

1

74LS148

1

2

74LS85

1

3

74LS192

1

4

NE555

1

5

继电器

3

6

数码管

2

7

发光二极管

3

8

二极管

1

9

电阻

4

10

电容

2

11

SW-SPDT

5

12

SW-SPST

2

13

74LS04

4

14

74LS08

4

15

4023

1

九、设计总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

经过这个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。

在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。

实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示衷心的感谢！

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！

十、参考文献

1、《电子系统设计》  高等教育出版社   马建国 主编 

2、《现代电子设计技术》   机械工业出版社  李荣良主编 

3、《数字电路设计与制作》 科学出版社    汤山俊夫 著 

4、《数字电子技术基础》 高等教育出版社   阎石 主编