1施工升降机毕业设计说明书管理资料.docx

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1施工升降机毕业设计说明书管理资料

摘要

施工升降机是人员和物料的提升机械，在建筑行业最为常见。

随着建筑业的发展，对施工升降机的安全性、方便性要求越来越高。

电子控制技术的发展也为施工升降机的发展带来可能。

本来通过应用AT89S52单片机为核心控制元件，结合其他模块对施工升降进行无线控制，这样更能满足施工升降机的安全需要。

具体完成的工作如下：

1、完成了施工升降机控制系统的整体框架及设计思路；

2、选用AT89S52单片机、NFR24L01芯片，设计了无线发射模块、键盘输入电路、

显示电路、单片机接口电路；

3、选用AT89S52单片机、NFR24L01芯片和L298N芯片，设计了无线接收模块，

以及驱动电机电路，电源电路等辅助电路；

4、从可靠性出发，完善电路设计，并进行了软件设计。

本文设计的施工升降机无线控制系统造价低，控制方便、安全、可靠，满足施工现场的要求。

关键词：

施工升降机；无线控制；单片机

ABSTRACT

Constructionelevatorispersonnelandmaterialstoenhancethemechanical,themostcommonintheconstructionindustry.Withtheconstructionofthedevelopment,constructionelevatorsafety,convenienceincreasinglycontroltechnologydevelopmentbutalsoforthedevelopmentofconstructionelevatortobringpossible.OriginallyAT89S52microcontrollerthroughtheapplicationofwirelesscontroloftheconstructionelevator.Specificworkcompletedasfollows:

（1）Completedtheconstructionelevatorcontrolsystemtheoverallframeworkanddesignconsiderations;

（2）UseAT89S52microcontroller,NFR24L01chipdesignedwirelesstransmittermodule,keyboardinputcircuit,Showcircuit,microcontrollerinterfacecircuit;

（3）UseAT89S52microcontroller,NFR24L01chipsandL298Nchip,designedwirelessreceivermodule,Andadrivemotorcircuitauxiliarycircuitpowersupplycircuit;

（4）startingfromthereliability,improvingthecircuitdesign.

Thisdesignofconstructionhoistwirelesscontrolsystemlowcost,easytocontrol,safe,reliable,andmeettherequirementsoftheconstructionsite.

Keywords:

constructionhoist;wirelesscontrol;SCM

第一章绪论

人员和物料的提升机械，其吊笼是完成提升任务的具体执行装置。

目前吊笼多是两根主立柱焊接的钢结构，周围有钢丝保护网，吊笼前后分别安装着单、双开吊笼门，顶部有活动板门，配备的专用梯可作为紧急出口，也可以在顶部进行架设、维修和保养等工作。

目前吊笼的最主要缺陷是自重过大带来的不良影响，特别是应用在高层或超高层建筑物上时影响尤其显著。

施工升降机是以各类钢材为主结构的组件，因此它的利润空间是很小的。

对于施工升降机，其利润是随其架设高度的增加而增加的。

如果在整个架设高度上都使用同样规格的标准节和主弦杆，经济投入势必较大，同时从整个结构受力状态来说，它也是不理想的。

而如果能够根据载荷、危险截面位置、架设高度将结构分成几段为其分别选取不同公称尺寸的标准节和主弦杆，则可大大地降低施工升降机的生产成本。

将整个架设高度简单的分成二段或三段，按受力状态为各段的标准节和主弦杆选择合理的公称尺寸，则可达到这个目标。

改进施工升降机的速度特性是改善其产品综合性能的一个主要方面，它可以提高施工效率。

随着高层和超高层的建筑量的不断增加，改进施工升降机的速度特性显得尤为重要。

而速度特性的改进，绝不能以影响其产品性能为代价，提升速度增加的同时，还要具备良好的运行性能、安全性和可靠性。

因此，变频器在现代施工升降机上应用得越来越广泛。

提高额定起重量对国产施工升降机来说，是在今后发展中需要解决的主要问题之一。

施工升降机经过了多年的发展，仍然基本上沿用原来的机型模式，真正意义上的突破还不多见，目前对大额定起重量施工升降机的需求己初现端倪，提高额定载重量将是今后施工升降机的发展方向。

根据GB厅10054一19%《施工升降机技术条件》要求施工升降机必须具备安全防坠器，同时对安全防坠器的各种性能指标也做出了规定。

升降机古代就有，一个绞盘、一根绳子加上滑轮，就能够组成升降机了。

但是，如果要用升降机载人，就必须解决安全防坠落问题，这是相当复杂的事情，业内人士称安全防坠落问题是升降机发展道路上的世界难题。

150年前，美国人奥的斯发明了安全钳，从此开创了升降机载客时代，他的名字也就是当今全球最大的电梯厂商的厂名。

高楼里的电梯，运行自如，由电脑控制，运行的平稳程度远远超过施工升降机，主要是使用钢丝绳传动的原因。

但是100多年来，用钢丝绳传动的升降机在室外露天作业的安全防坠落的提升速度在24~36m/min之间，单笼额定载重量基本上不超过2吨。

目前，虽然国产施工升降机己经取得了很大的发展，但是仍然存在着许多不足之处。

首先，没有应用不同公称尺寸的材料作为标准节来分段架设。

根据现代设计理论可以全面地掌握施工升降机在每个架设高度任何截面上的应力状态，从结构受力状态分析，无论架设高度是多高的施工升降机其底部的标准节都是承受应力最大的部分，而随着施工升降机架设高度的增加其应力状态更加恶劣。

而当架设高度一定时，施工升降机上部标准节的应力状态要比下部的标准节理想的多，通过对施工升降机结构的有限元模型计算和模态分析也同样可以验证这一结论。

因此，将施工升降机按架设高度分段，选取不同截面形式的材料作为标准节，可以大大减少施工升降机的钢材消耗量、减轻自重、降低生产成本。

其次，产品形式较为单一，没有根据建筑工程与架设高度的需要而采用不同结构的施工升降机。

三角型截面的标准节，由于少了一根主弦杆，在成本、钢材消耗量、安装的便利等方面有着很大优势，对于架设高度为100米以下的建筑，使用该种施工升降机有着巨大的价格优势。

可见，根据各种不同的建筑需要，采用不同截面形状的标准节，能够真正提高性价比。

根据建筑工程与架设高度的需求，可采用大额定提升起重量的施工升降机，目前国内绝大多数的厂家生产的施工升降机的最大额定起重量是2吨每笼，从提高工作效率的角度考虑，可以选择单笼的最大额定起重量为3吨或以上的机型。

大额定起重量产品的需求已经受到了施工升降机厂家的重视，。

再次，升降机没有广泛地采用变频器来改善施工升降机的速度特性。

变频器在改善速度特性方面是起着极其重要的作用。

过去，变频器由于技术还不成熟，而且价格较高，大多数施工升降机厂家是不会考虑安装变频器作为主要改变速度特性的装置。

这些年来变频器已广泛使用在各种改变速度特性的场合，而且技术成熟了，体积减小了，价格降低了，这些都为施工升降机在改变提升速度的同时改善启、制动特性带来了可能。

正因为使用变频器，对施工升降机可以实现理想的自动平层功能，而且大大提高了施工升降机的档次以及整机的安全性和舒适性，产品性能、可靠性和寿命也进一步提高。

最后，吊笼自重过大，影响了额定起升载重量。

施工升降机作为垂直运送率，但是该行业在今后还是有着巨大的发展空间。

我们应该正确认识目前施工降机存在的不足，通过先进的理论和科技手段全面地掌握施工升降机的各种特性并在此基础上改进我们现有的产品，使其具有更高的科技含量、更强的市场竞争力。

近年来，国产施工升降机得到了迅速发展，国际著名的ALIMAK公司的产品也远不比20多年前那样风光无限了，我国施工升降机的迅速发展极大程度地冲击了它的市场，这与国产升降机所具有先进的技术性能、过硬的产品质量、明显的价格优势等诸多因素分不开的。

现代设计理论是施工升降机发展的基础。

近年来，随着各种理论的迅速发展，给国产施工升降机的迅速崛起奠定了强大的理论基础，特别是结构动力分析、有限元模型计算、优化方法、机械振动与模态分析、计算机辅助设计等。

人们把这些理论应用到施工升降机的研究与开发上，给施工升降机的发展带来巨大变化利用这些理论人们可以全面掌握任何高度位置上标准节的任何部位的应力状态，可以得到施工升降机悬臂部分的动态特性以及由吊笼提升速度的加大给施工升降机带来的影响。

总而言之，利用这些理论，可以完全掌握施工升降机各方面的结构特性和工作状态。

施工升降机作为垂直运送人员及物料的提升机械，它主要是由塔身、吊笼、起升机构和附墙结构组成，当然施工升降机还包括控制系统和安全装置。

这些年来，施工升降机的标准节一直没有大的变化，并且不论多大的架设高度，采用的基本都是从上到下规格相同的钢材。

吊笼虽然有多种型式，但都是型钢焊接而成。

近年来，国外施工升降机的提升速度已由40r/min提高到了60r/min、80r/min甚至高达96r/inin，单笼额定载重量在3吨以上，而国产施工升降机施工升降机是建筑施工中不可缺少的垂直运输机械，自1973年第一台国产齿轮齿条式施工升降机诞生以来，历经30多年的不断发展，升降机在结构形式、功能、用途、安全装置等多个方面都有了很大的变化和发展。

施工升降机主要用于城市高层和超高层的各类建筑中，这主要因为这样的建筑高度对于使用井字架、龙门架来完成作业是十分困难的。

近年来，随着建筑高度的不断增加，架设高度大的施工升降机的需求量也在不断增加。

建筑施工升降机除了应用在高层建筑中还可以应用在大桥的建设中，此外，它还可以应用在大型化工厂冷却塔、发电厂的烟囱、广播电视塔以及煤矿等多种施工场合下，施工升降机已成为建筑行业中一种必不可少的机械设备。

如今，施工升降机已广泛的应用于建筑工地上，承担着垂直运输人员及货物的工作。

但是，毋庸讳言，施工升降机的性能和可靠性还不够完善，安全事故时有发生，造成了人员的伤亡和不可挽回的经济损失，事故的原因主要是施工升降机安全保护装置存在问题，导致了升降机的安全性能下降，从而为施工升降机的正常工作带来了重大的安全隐患，这可能会导致事故的发生。

因此，安全保护装置的可靠性、完善性直接影响着人身及货物安全。

安全防坠器作为施工升降机最为重要的安全保护装置，它的性能的好坏直接影响到施工人员及货物的安全。

因此为施工升降机配备一种安全可靠的安全防坠装置，可以保证施工升降机在工作过程中不会发生事故，从而保证施工人员及货物的安全。

本课题的最终目的是研制出一台高性能、高效率、低成本的钢丝绳提升式施工升降机。

同时，为该施工升降机设计并制造出一台符合规范要求、安全可靠、使用方便、反应灵敏、制作简单的安全防坠器，以及超载保护装置、高度限位装置，为施工升降机提供可靠的安全保障。

在建筑机械的大家族里，施工升降机没有像其它建筑机械那样高的年增长机操作和机构作较大改动，即结构应简单，适用性要广。

根据施工升降机的发展现状，存在的问题，提出了用无线控制施工升降机，使得更安全、方便。

本文应用AT89S52单片机为核心控制元件，结合其他模块对施工升降进行无线控制，在地面上，能实时的显示升降机所在的楼层，通过按键控制升降机需要去的楼层。

完成的内容具体如下：

1、施工升降机控制系统的整体框架及设计思路；

2、设计了无线发射模块；

3、设计了无线接收模块，以及驱动电机电路

4、从可靠性出发，完善电路设计。

第二章总体设计

任务分析与实现

本设计的任务是：

以单片机为处理核心，对施工升降机进行无线控制。

本系统总体思路如下：

初始化系统，设定当前施工升降机所在的楼层，并且通过发射信号模块，将楼层信号传递给升降机上的接收模块，单片机处理信号，存储当前楼层信号。

在地面输入升降机要去的楼层，经单片机处理后，发射给控制升降机的部分。

这样单片机通过比较当前楼层和要去的楼层，决定电机是正转还是反转，每当升降机到一楼层，霍尔传感器获得信号，通过触发器，将信号给单片机。

施工升降机楼层的变化，会实时的显示在地面的LED显示屏幕上。

要求达到的各项指标及实现方法如下。

（1）通过NFR24L01来进行无线信号的发射接收；

（2）利用霍尔传感器产生楼层变化数的脉冲信号；

（3）利用L298对电机进行控制；

（4）对数据进行处理，要求用LED显示里程总数和即时速度。

实现：

利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。

最终实现目标：

单片机对施工升降机的无线控制，能实时的显示当前楼层功能。

楼层信号获取硬件方案设计

楼层信号，首先要解决是采样的问题。

使用单片机进行楼层信号处理，可以使用简单的脉冲计数法。

只要升降机每经过一层，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。

常用的计数元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。

楼层信号传感器的选择也有以下几种方案：

使用光敏电阻获得楼层信号、利用编码器对经过的楼层数进行测量、利用霍尔传感器对楼层信号进行检测、利用干簧管型传感器测量楼层。

光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏电阻或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。

所以本设计采用霍尔元件对楼层信号进行测量，既简单易行，又经济适用。

使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在每一层上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在升降机上，当施工升降机经过楼层时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，就会不断地产生脉冲信号输出。

这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

此控制系统的硬件主要组成：

单片机、信号发射模块、L298N、键盘等。

：

由键盘发出电平信号，单片机接受并转换成控制信号发送给信号发射模块。

信号接收模块接收信号，传给单片机，单片机再控制电机的转动。

在系统中按键的作用是控制整个系统的。

LED为实时显示。

该系统由二个模块组成，第一模块是信号发射模块；第二个模块为信号接收、处理并驱动电机工作模块。

二个模块互相通信，在第一模块里，有LED能即时显示升降机所处在的楼层。

二个模块的信号发送、接收模块都采用NFR24L01芯片。

为了获得较为准确的楼层信息，采用霍尔传感器模块。

考虑到实际工作情况，要求该系统具有比较高的可靠性，故设计了看门狗电路。

并采取了其他一系列的保护措施。

另外，还专门设计了+5V电源，给芯片提供稳定的电压，使得系统更安全可靠。

软件方案设计

通过软件控制单片机的功能是单片机的主要特点和优点，程序的设计要考虑合理性和可读性，遵循模块化设计的原则，采用自顶向下的设计方法。

模块化设计使程序的可读性好、修改及完善方便。

软件设计包括主程序、楼层计算子程序、延时子程序、中断服务子程序、显示子程序等等。

中断子程序是将传感器产生的信号接入外部中断0，将经过74LS74分频后的信号接入外部中断1，利用中断和定时器对分别对里程进行累加。

数据处理子程序是将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对应关系，经过软件编程显示所需要的值。

显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示。

第三章发射电路设计

发射电路由键盘输入电路、显示电路、NFR24L01发射模块、复位电路、时钟电路组成。

键盘是由一组按键开关组成的。

通常，按键所用的开关为机械弹性开关，这种开关一般为常开型。

平时（按键不按下时），按键的触点是断开状态，按键被按下时，他们才闭合。

由于机械触点的弹性作用，一个按键开关从开始按上至接触稳定要经过一定的弹跳时间，即在这段时间里连续产生了多个脉冲，在断开时也不会一下子断开，存在同样的问题，按键开关在闭合及断开的瞬间，均伴随有一连串的抖动。

抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms，而按键的稳定闭合期的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为十分之几秒的时间。

此种抖动在对步进电机的控制时会产生一定的影响，为消除这种抖动，在软件设计时会设计一个去抖动模块来加以解决。

按键的确认就是判别按键是否闭合，反映在电压上就是和按键相连的引脚呈现出高电平或低电平。

如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，所以通过检测电平的高低状态，便可以确认按键是否按下。

本次设计中，在键盘的部分采用四个按键，分别控制步进电机的转动方向、加速、减速。

键盘的工作方式有3种，即程序控制扫描、定时扫描和中断扫描方式。

1、程序控制扫描方式

程序控制扫描方式是指单片机在空闲时，才调用键盘扫描程序，并反复的扫描键盘，直到用户从键盘上输入命令或数据，而在执行键入命令或处理键入数据过程中，CPU将不再影响键入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。

具体过程如下:

（1）判别有无按键按下；

（2）键扫描取得闭合键的行、列值；

（3）用计算法得到键值；

（4）判断闭合键是否释放，如果没有释放则等待；如果闭合键释放，将闭合键的键号保存，并转去执行闭合键的功能；

（5）返回；

2、定时扫描方式

定时扫描方式就是每隔一定时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键执行响应的键功能程序。

3、中断扫描方式

键盘工作在程序控制扫描方式时，当无键按下时，CPU要不间断的扫描键盘直到有按键按下为止。

如果CPU要处理的事情很多，这种工作方式就不能适应。

定时扫描方式只要定时时间到，CPU就去扫描键盘，工作效率有了一定的提高。

由此可见，这两种方式常使CPU处于空扫描的状态，而中断扫描方式下，CPU可以一直处理自己的工作，直到有键闭合时发出中断申请，CPU响应中断，执行响应的中断服务，才对键进行处理，从而提高了CPU的工作效率。

本设计键盘使用的是简单的程序控制扫描方式。

。

在日常生活中，我们对LED数码管并不陌生。

LED数码管已作为很多电子产品的通用器件，如在仪表、汽车、机械电子及很多家用电子产品中都可以看到。

在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：

发光管、LED数码管、液晶显示器。

发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单。

LED数码管简介

LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。

共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极（负极）短接后作为公共阴极。

当驱动信号为高电平、?

端接低电平时，才能发光。

LED的输出光谱决定其发光颜色以及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。

常见管芯材料有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）、氮化镓（GaN）等，其中氮化镓可发蓝光。

发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。

其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似，仅入，值不同。

LED数码管的产品中，以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。

LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。

当PN结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。

在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。

当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。

因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L（单位是cd／m2）与正向电流IF有关，用公式表示：

L=KIF即亮度与正向电流成正比。

LED的正向电压U，则与正向电流以及管芯材料有关。

使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右／段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。

LED数码管的基本参数和引脚功能

～2V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。

本设计采用4位一组共阳LED数码管，用P1来控制数码管的短选和p2口控制位选位选，其管脚分配和内部结构，。

信号处理采用型号为AT89S52的单片机。

其功能特征描述如下：

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

、接收模块电路

随着我国国际地位和科研水平的不断提高，无需导线连接的无线数据系统对用户有着极大的吸引力。

无线数据系统采用了能在局域范围内无线传输信息的数字网络，在不改动原有设施的前提下，将有效的数据信息准确、快速和安全地传送给与会者。

因此，无线数据系统设备的设计得到了国内外相关领域厂商的广泛关注，未来，无线数据系统很有可能代替现有的有线数据系统，成为今后数据传输的主流。

要了解无线数据传输，就得先了解无线传输技术。

下面大概介绍一下几种常见的无线传输技术：

1、U段无线传输技术

超高频（UHF-UltraHighFrequency）。

UHF波段则是指频率为300~3000MHz的特高频无线电波。

具有特点是：

1）稳定性高；2）写距离远；3）讯速率较高。

但U段技术由于频段多、使用范围广，容易串频和被听，保密性较差。

2、红外线技术

红外通讯技术的特点：

1）它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；

2）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。

3）主要是用来取代点对点的线缆连接；

4）具有不能穿透障碍物的特性，有效保障了会议信息的安全与保密；

5）安装方便快捷，成本低；

当然我们还是需要注意一下红外线技术的一些局限性。

在进行系统安装时，设备距离红外信号收发器的距离通常比较短，大都在10米内，且应远离其它红外光源（如日光灯，等离子屏等），以避免干扰。

3、WAP技术

WAP是WirelessApplicationProtocol（即无线应用协议）的缩写。

无线应用协议也称为无线应用程序协议，目前应用广泛，是在数字移动电话、Internet及其他个人数字助理机PDA、计