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电梯控制系统设计方案
电梯控制系统是一种对电梯运行进行管理和控制的系统，主要用于控制电梯的运行状态、楼层选择和安全保护等功能。
设计一个高效可靠的电梯控制系统对于提高电梯运行效率和乘客体验至关重要。
下面是一个电梯控制系统的设计方案：
首先，电梯控制系统需要有一个集中的控制中心，该控制中心可以通过接收和发送信号与电梯的各部件进行通信。
控制中心可以采用嵌入式控制器或者计算机等设备，具备较强的计算能力和通信能力。
其次，电梯控制系统需要有一套高效的调度算法，用于根据电梯所处的运行状态、乘客的楼层请求和当前的流量情况等信息，进行合理的电梯调度。
调度算法可以根据需求的不同，包括RUN、IDLE、UP、DOWN、OPEN、CLOSE等状态，并根据
具体的运算逻辑进行计算。
再次，电梯控制系统需要配备一套稳定可靠的传感器和执行器，用于检测电梯的运行状态和控制电梯的运行。
传感器可以包括楼层传感器、门开关传感器、重量传感器等，用于感知电梯当前的楼层、门的开闭状态和载客情况等。
执行器可以包括电机驱动器、门控制器等，用于控制电梯的运行和门的开闭。
最后，电梯控制系统需要具备一定的安全保护措施，保证乘客和电梯的安全。
安全保护措施可以包括故障检测和报警系统、紧急停车装置、开门安全装置等，用于在发生危险情况时及时采取措施，确保乘客的安全。
总的来说，一个高效可靠的电梯控制系统需要集成控制中心、调度算法、传感器和执行器以及安全保护措施等组成部分。
通过合理的设计和优化，可以使电梯的运行更加高效、安全和舒适，提升乘客的体验。
第38卷第5期2010年10月浙江工业大学学报JO U RN A L OF ZHEJIA N G U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY V ol.38N o.5O ct.2010收稿日期:2009 03 20作者简介:邢海潇(1984 ),男,浙江杭州人,硕士研究生,主要从事机电控制及自动化研究,E m ail:xinghaixiao@gm .基于ARM 的图像处理技术在电梯门系统的设计邢海潇,赵国军,王 飞,曾国伟,陆鑫森(浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州310032)摘要:电梯门系统作为电梯中的门户,其更好的安全性,智能性一直是研究人员追求的.系统采用了ARM 9高速处理器,运用图像处理技术对动态目标进行检测和简单的预测,当电梯门完全打开或即将关闭时,实时地检测电梯门间区域范围内,当有动态目标出现并向轿厢方向移动时,迅速发出信号给电梯主控制器,使之发出相应的信号,通过控制门机,阻止电梯门的关闭.实验结果证明:所设计的系统的实时性,适应性和准确性都基本满足要求,具有较大的实用价值.关键词:电梯门;ARM 9;智能化;图像处理中图分类号:T P273+.5 文献标识码:A文章编号:1006 4303(2010)05 0583 03Design of elevator door system based on ARM image processin g technologyXING H ai x iao,ZH AO Guo jun,WANG Fei,ZENG Guo w ei,LU Xin sen(College of M echanical Engineering,Zhejiang University of Techn ology,H an gzhou 310032,China)Abstract:T he door system plays an im po rtant role in the elevato rs and its security and intellig ent operation have alw ay s been gr eatly concerned.T hus,a hig h speed ARM9pro cessor is introducedto gether w ith image processing techno logy to facilitate dy namic targ et detectio n,tracking and predicting.T he detection and oper ation ar e completed in r eal tim e.For instance,people w ho need to use the elev ator can be quickly detected and r apidly responded,w hen the elevato r door is com pletely o pened or w ill be closed.Experimental results show that real time per for mance of the system can meet all basic requirements and the system can find w ide application.Key words:elevato r door;ARM 9;intelligent;imag e pro cessing 随着现代化城市的高速发展,高层建筑的日益增多,电梯需求量越来越大,同时,人们对电梯的要求也越来越高.作为进出电梯轿厢安全保证,门保护装置一直是用户最关心的产品之一,也是衡量电梯质量的一个重要指标.目前,电梯门保护装置主要分2大类:机械门保护,光电门保护[1].随着图像识别技术的日新月异,提出了基于ARM 的嵌入式图像识别智能电梯门安全保护系统.通过硬件的设计和运用,以及算法的研究,开发出一套智能的通过图像识别的电梯门安全保护系统(以下简称系统).系统主要实现的功能:在电梯门即将关闭时有人以一定角度走向电梯门时,系统能通过这个人的运动轨迹识别其是要乘电梯还是仅仅路过,从而控制电梯门的开启或关闭,达到 闻香识客!的功能.1 系统的组成系统总体设计思路是用CMOS 摄像头采集转换视频信号,用ARM9内核的高速主控芯片S3C2440A进行采集图像的缓存控制,并用动态检测算法对图像进行判别,识别有无运动目标出现,并进行轨迹分析.结合课题的应用背景,必须能保证控制的快速响应,方便快速采集图像数据并进行传输,考虑到图像数据量庞大性,处理的复杂性,它还必须具有强大的计算能力和快速的处理能力.选用SAMSUN G 公司生产的带CM OS 摄像头接口的ARM 9核心的S3C2440A 处理器,工作频率可达400M H z [2].该处理器使用ARM920T 控制器,A/D 转换器,GPIO 等功能之外,还集成了一个摄像头接口(CA MIF),该接口是图像采集的核心部分.同时处理器的可扩展能力较强,可以支持未来系统的升级需要而留有余量.硬件系统包括基于CM OS 摄像头OV7620的图像采集模块,存储模块,图像处理模块,通信模块,电源模块等子模块.示意图见图1.图1 系统总示意图Fig.1 System g ener al diag ram系统在S3C2440A 处理器的控制下从CM OS 摄像头采集信号,经过编码、DM A 传输到内存缓冲,接着由软件对采集的信号进行压缩打包.然后用软件对一帧帧图像,进行帧间差分、背景差分等的处理,最终根据得到的结论,发送至电梯主控制器,最后由电梯主控制器对电梯门机进行控制.1.1 图像采集接口图像传感器接口电路是硬件设计的关键部分,因为系统的可靠性取决于能否有效地采集数据.如何有效地采集数据也是系统的关键问题.图像传感器是获取图像的核心器件,它的作用是将来自于镜头的光信号转换为电信号.系统采用OmniVision 公司CMOS 摄像头OV7620采集图像,OV7620是VGA/QVGA,326688像素,完全可编程数字单片摄像芯片.像素矩阵664∀492,处理像素640∀480;设计中采用QVGA 输出,可以达到每秒输出30帧的速度.以隔行扫描或逐行扫描的方式输出数据,特别是逐行扫描的方式使其易与微系统接口[3].采用的OV7620图像传感器,内部集成了时序电路,模拟信号处理电路,数字信号处理电路,支持RGB(4#2#2),YUV(4#2#2),YCrCb(4#2#2)数据输出格式,内置138设备控制寄存器,地址分别从0x00到0x8A,通过SCCB(Serial Camera Control Bus)接口可以方便的设置传感器视窗大小、增益、白平衡校正、曝光控制、饱和度、色调等.由于S3C2440A 芯片有一个专用的视频接口,所以CPU 可以直接和CM OS 图像传感器连接.连接示意图见图2[4].图2 图像传感器OV7620与S3C2440A 连接图Fig.2 L inked diag ram for Image senor of OV7620to S3C2440A1.2 图像采集控制原理及配置S3C2440A 的摄像头接口(CAMIF)的模块支持ITU RBT.601/656YCbCr 8比特标准的图像数据输入.摄像头接口可以有两种模式和DM A 控制器进行数据传输,大大提高了采集速率.一种是P 端口模式,它把从摄像头接口采样到的图像数据转为RGB 数据.并在DM A 控制下传输到SDRAM,一般这种模式用来提供图像预览功能;另一种是C 端口模式,它把图像数据按照YCbCr (4#2#0)或(4#2#2)的格式传输到SDRAM ,这种模式主要为M PEG 4,H.263等编码器提供图像数据的输入.上述的两种工作模式都允许设置一个剪辑窗口,只有进入这个窗口的图像数据才能够传输到SDRAM.系统使用C 端口模式的DM A 进行数据的传输与储存,采样一帧图像之前首先设置采样图像的分辨率,剪辑窗口大小等参数,然后设置DM A 控制器访问的视频采样输出缓冲的内存地址,接着我们就可以通过设置S3C2440A 的CA MIF 接口控制寄存器启动一帧图像的采集,当采集完一帧图像时,CAM IF 接口会自动启动一次DM A 通信把采集的图像数据传到内存,传输结束后,会产生一个中断通知驱动一帧数据采样和传输结束.∃584∃浙江工业大学学报第38卷2 系统的软件设计系统的软件设计包括写下位机ARM9的程序设计与上位机界面的软件编写.ARM9控制器的软件设计是软件设计的主体部分,则主要实现以下功能:CM OS 图像传感器的驱动和控制、图像的传输处理、人机交互功能、内外数据通讯功能.CM OS 摄像头的驱动和控制包括摄像头的初始化,图像数据的读取;图像的传输处理包括图像数据的保存,及算法的移植实现;人机交互功能则包括键盘输入发光二极管指示运行状态等;内外数据通讯功能包括与上位机的通讯以及与外部电梯主控制器设备的通讯.上位机主要通过Delphi 来完成CMOS 图像传感器参数的设置与修改、图像的显示功能的.系统软件程序均采用模块化设计,各个模块相对独立,但它们通过主程序相贯通.这样设计的好处在于对程序进行分块调试与试验.若日后由于程序量庞大而导致问题出现,到时就可以有针对性地对出错的模块进行详细分析,从而大大节省维护时间.下面对ARM9控制器的软件设计进行说明.图3为S3C2440控制器整体软件结构图,其功能如下:程序一开始,首先对各个模块进行初始化;然后由上位机程序对摄像头进行参数设置和修正;紧接着,上位机发出图像采集命令,S3C2440的CAM IF 模块对OV7620摄像头进行图像采集,并把数据通过DM A 通道传送到指定的RAM 中暂存.接下来根据铵键确定是背景自学习状态还是运动目标识别状态.从而分别调用背景建立任务和目标识别任务来完成图像的处理储存和识别.最后把图像识别结果,通过串口输出经485总线传输给电梯总控制器,进而对电梯的机门进行控制.虽然很多子程序都是通过中断而触发的,这里,之所以没有把中断触发后的子程序直接在中断函数里运行,而是触发后仅仅把标志位置位,然后通过主程序查询去运行子程序,是因为由于程序量的庞大,不想在中断中占用过多的处理时间,以防到时过多中断触发同时出现而导致程序混乱.图3 控制器软件总体流程图F ig.3 O ver all flow diag ram for contro ller各个初始化模块的功能如下:各个IO 口初始化用于确定各个引脚输入输出功能;串口1初始化用于确定与上位机界面通讯的相关寄存器设置;串口2初始化用于确定跟电梯主控制器之间通讯的相关寄存器设置;各个外部中断初始化用于对外部输入产生中断的相关寄存器进行设置;定时器初始化用于对定时有需要的功能寄存器进行设置.3 结 论当前图像与背景图像的帧差后,灰度阈值取为10以内时,过分灵敏,较容易误动作;灰度阈值取为10~15以内时,反应较为准确;灰度阈值取为15以上,则反应比较迟慢,不够灵敏.系统提出了一种基于ARM9(S3C2440)的图像处理技术的电梯门控制方法.该方法经过一系列的理论研究,以及通过实验证实,与传统的机械式,光电式相比,拥有识别空间广,识别反应迅速等优点.实现了智能性,实时性更好的电梯门保护装置,使得电梯门控制系统更具安全化,智能化,人性化,具有较高的实用价值.参考文献:[1] 万缨,韩毅,卢汉清.运动目标检测算法的探讨[J].计算机仿真,2006,23(10):221 226.[2] 陈家盛.电梯实用技术教程[M ].北京:中国电力出版社,2006.[3] 李庆武,许和英,陈小刚,等.基于USB2.0的智能视频监控系统设计[J].光学技术,2007,33(S):22 24.[4] 郭新华,蒋艳,曹建霞.基于ARM 9的火灾图像报警监控系统设计[J].计算机应用,2007,27(S2):289 290.(责任编辑:刘 岩)∃585∃第5期邢海潇,等:基于A RM 的图像处理技术在电梯门系统的设计。
基于AT89C51单片机电梯控制系统的设计摘要：本次毕业课题设计是基于AT89C51单片机电梯控制系统的设计。
本次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件及外围电路组成电梯控制系统模式。
通过对各楼层用户按钮信号的检测和处理,按预定的运行规则和程序,发出控制信号对电机进行调节,从而控制电梯的启停、速度和运行时间。
介绍电梯控制系统的硬件设计方法、系统构成以及软件的设计,详细说明了系统的组成及工作原理,关键词：单片机电梯自动控制1 引言在电梯控制系统中，电梯的选层和电梯的指示灯是由以单片机为中心控制系统。
在此系统中，指令系统相对复杂，如编写升降和选层; 其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路装置，如控制台电路、电梯内的电路、各层楼间的电路、等等:2 方案论证2．1方案一：电梯控制系统由各楼层的电梯间电路、电梯内电路和控制台电路三部分组成。
电梯在各楼层的定位本应采用行程开关，考虑到模型的操作性，采用延时控制。
相邻楼层间升降设定为2 s。
（1）各楼层的电梯间电路二、三楼的电梯间均有“上升”和“下降”选择按键，一楼只有“上升”按键，四楼只有“下降”按键，每个按键配一只发光二极管，作为指示灯。
（2）电梯内部电路目标楼层号1 –4选择按键。
每个按键配有相应指示灯。
（3）控制台电路①两个按键用于手动控制。
控制电梯的“开始运行”和“停止运行”。
②两个指示灯，分别指示电梯当前的升降情况。
③一只数码管，用于显示电梯当前所在的楼层。
2．2方案二：采用CPLD器件作为控制中心，对整个系统的运行进行统一管理，但这种方案要求平时有很多的知识积累和较强的专业水平，实现起来比较困难且器件较贵不符合经济要求，而且升降电机的控制，显示等还需要单片机的配合。
综上分析，方案一单片机比较合适此控制系统的要求。
所以我采用方案一。
3 各电路设计和论证3．1电源电路设计和论证3.1.1电源电路方案选择方案一：开关电源图1是开关电源电路硬件系统的原理图。
基于ARM的电梯远程监控系统服务器端设计李好【摘要】Using the network communications technology, the elevator remote monitor system server is developed based on ARM and it provides a basis for the elevator failure discovery,analysis and exclusion during the system running.%应用网络通信技术，开发了基于ARM的电梯运行状态的远程监控系统服务器端，为电梯在运行过程中故障的发现、分析和排除提供了设计依据。
【期刊名称】《唐山学院学报》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】3页(P85-86,96)【关键词】电梯;远程监控;ARM;服务器【作者】李好【作者单位】唐山学院计算机科学与技术系,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】TP277电梯作为机电一体化的大型机械设备，在高层建筑运输中起着非常重要的作用，是楼宇自动化必不可少的部分。
但是由于电梯的结构复杂，运行可靠性要求高，使得远程监控其运行状态和故障情况成为电梯管理、维护和安全运行的迫切要求［1］。
目前国内外电梯远程监控服务器端设计大都基于x86体系结构，采用微软Windows系列操作系统，和面向对象编程语言对服务器端进行软件设计，并以传统电话线作为通信控制线路。
本文给出的电梯远程监控系统服务器端设计基于ARM体系结构，采用开源嵌入式Linux作为操作系统，C＋＋设计通信控制接口，网线作为通信线路。
与国内外大多数电梯远程控制系统相比，具有功耗低、体积小、集成度高、性能稳定、执行速度快、成本低、实时性强、安全性高、生命周期长、性价比高等优势。
本设计采用TQ2440ARM9开发板作为服务器端，采用PC机作为客户机端，并在客户机端安装Ubuntu 10.04操作系统，服务器和客户机使用网线连接。
湖南文理学院课程设计报告评阅意见：评阅教师日期目录一，设计题目 (1)二，设计要求 (1)三，设计作用目的 (1)四，所用设备及软件 (1)五，系统总体设计方案及硬件设计方案 (2)5.1电梯控制系统硬件设计方案 (2)5.1.1电梯控制系统基本组成 (2)5.1.2 电梯主控制器硬件设计总体规划 (4)5.2 电机驱动模块 (5)5.3显示模块 (6)5.4开关控制模块 (7)5.5报警模块 (8)六，系统软件设计 (8)6.1 电梯主控制器软件流程设计 (8)6.2 电梯工作的锁梯模式 (10)七，设计中的问题及解决方法 (13)八，嵌入式系统学习心得 (14)九，参考文献 (14)十附录A系统硬件总体结构图 (16)十一附录B 程序源代码 (17)基于嵌入式的智能电梯控制系统的设计与实现一，设计题目基于嵌入式的智能电梯控制系统的设计与实现二，设计要求完成一种应用于电梯控制系统中的新型、高效的嵌入式控制系统的软件和硬件设计。
三，设计作用目的随着以嵌入式处理器为核心的智能电梯控制系统的飞速发展和普及，对电梯控制系统的主控制器在功能、实时性、可靠性和软件编程的灵活性提出了更多更高的要求。
考虑到这些情况，有必要在电梯控制系统中引入嵌入式实时操作系统为软件开发平台，可以选用源码公开、成熟的操作系统。
在电梯控制系统中使用嵌入式实时操作系统，可以将应用程序分解成多任务，简化了应用系统软件的设计。
使得电梯控制系统的实时性得到保证，而且良好的多任务设计，有助于提高系统的稳定性与可靠性。
四，所用设备及软件1．采用32位ARM7芯片LPC2378作为电梯主控制器的微控制器；2．目前常用的电梯控制系统中，通常是在存储器ROM中存储了几条固定的电梯速度曲线，电梯运行前，选择一条速度曲线运行。
而本文研制的电梯主控制可以生成多条电梯运行速度曲线，并根据楼层间距生成最佳的速度曲线，提高了电梯的运行效率与舒适感； 3．电梯控制系统的负载转矩补偿采用模糊控制技术，以提高电梯起动时的舒适感。
基于ARM7嵌入式系统的电梯群控系统的设计目前,大多数电梯公司的群控系统都是采用RS485总线进行通信，但RS485采用主从式的通信方式,由主机发起呼叫，对应的终端应答，因此只能采取轮询的通信方式，实时性差，一旦主机出现故障，整个系统将瘫痪；而CAN总线在电梯群控系统中却体现出更多的优势：CAN总线通信与RS485通信相比抗干扰能力更好；可连接较多的通信节点；通信速率更高；实时性与稳定性高。
本文采用CAN总线来实现群控主机和各电梯之间的通信[2]。
1 系统总体结构本系统以ARM7为内核，主频达72 MHz的32 bit微处理器LPC2368作为群控主控制器,它有高达512 KB的片内Flash程序存储器，具有在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能，同时LPC2368内部集成了2个CAN控制器，CAN控制器提供了一个完整的CAN协议（遵循CAN规范V2.0 B）实现方案。
包含这个片内CAN控制器的微控制器用来构建功能强大的局域网，支持极高安全级别的分布式实时控制，可以用在汽车、工业环境、高速网络和低价位多路连线的应用中。
系统还选用了CAN总线收发器MPC2551，它可作为CAN控制器与物理总线接口，提供对总线的差动发送和接收能力。
2 通信模块设计2.1 通信模块硬件实现本系统采用LPC2368内部集成了的CAN控制器和高速CAN收发器MPC2551配合实现群控主机和各电梯之间的通信任务的，CAN模块由2个部分组成：控制器和接收滤波器，所有的寄存器和RAM都作为32 bit的字来访问。
LPC2368的CAN控制器具有如下的特点：2个控制器和总线；支持11 bit和29 bit的标识符；双重接收缓冲器和三态发送缓冲器；可编程的错误报警界限和可读/写访问的错误计数器；仲裁丢失捕获和错误代码捕获（带有详细的位位置）；单次触发的发送（不会重复发送）；只听模式（无应答、无活动错误标志）；“自身”报文的接收（自接收请求）[3]。
基于单片机的智能电梯控制系统设计【摘要】智能电梯管控系统即是对电梯开展智能化控制，以原电梯为基础安装智能化门禁装置，用户惟有借助电梯专用卡或扫码方可启动电梯，使使用场所就此提升安全等级。
现阶段我国常用的智能电梯控管系统的核心是单片机为主。
本文以基于单片机视角，对智能梯管控系统开展全面探讨，旨在丰富相关研究，为后续电梯智能设计与功能完善提供有效借鉴。
【关键词】单片机；智能电梯；控制系统近年随着公众生活水平的持续攀升，高楼大厦早已成为生活中不可缺少的住宅及办公场地，电梯由此得到普及性应用，给公众生活和工作带来诸多便利。
同时随着电梯功能的日渐完善，为电梯安装智能系统也成为电梯智能化建设的关键。
而单片机成为智能电梯系统的重要构件。
电梯智控系统以单片机为基础，借助其特有的语音识别功能，创新语音控制替代人工按键，确保电梯自主运行，使传统电梯接触式按键成为历史，无接触式智控为现阶段电梯控制的主流。
一、智能电梯控制系统工作原理智能电梯管控平台系统为电梯智能化建设必要的控制软件，主要涵盖单片机、气体传感器、显示器、电机等。
其中最关键的是单片机。
单片机用于智能电梯管控平台可实现如下功用，即：其一，使控制范围得以扩大。
如果控制信号具体到某个位置时，则系统初定组借助不同方式实现电梯的换接、开断等。
其二，放大功率。
单片机在智能电梯系统中要实现高灵敏度调节，即对功率加以控制。
其三，综合信号。
单片机可以确保智能电梯实现对多个信号的有效控制，在明确智能输入形式的前提，单片机综合比对以达到最佳控制效果。
智能电梯联动控制平台系统两端接收到来自电压的刺激后，电流由此产生，继而推进电磁效应形成。
电磁效应在作用被激发后将衔铁返弹至弹簧，继而带动触点完成吸合。
智能电梯管控平台基于上述原理开展作业。
二、基于单片机的智能电梯控制系统设计（一）智能电梯控制系统框架组成智能电梯基于单片机完善自身管控系统，其核心处理器即不同型号的单片机。
智控系统要明确语音信号处理仪，一般来说选取配套的语音控制芯片，借助语音芯片把声音转换作智控信号以完成电梯的智能化操作。
毕业设计（论文）-基于单片机的电梯控制系统设计目录摘要...................................................................... (III)ABSTRACT ............................................................... ................................................................... IV 1 绪论 ..................................................................... ........................................................................ .... 1 1.1 课题的背景简介 ..................................................................... .. (1)1.1.1 电梯的历史与发展 ..................................................................... .. (1)1.1.2 基于单片机电梯控制的优势 ..................................................................... ................ 1 1.2 课题的主要研究内容及设计步骤 ..................................................................... ... 2 2 单片机概述 ..................................................................... .......................................................... 4 2.1 单片机简介 ..................................................................... ..................................................... 5 2.2 单片机的特点...................................................................... ................................................ 6 2.3 单片机的应用领域 ..................................................................... ...................................... 7 2.4 单片机的发展趋势 ..................................................................... ...................................... 7 2.5 单片机的主要生产厂家和机型 ..................................................................... ........... 9 3 硬件系统实现...................................................................... .................................................. 10 3.1 功能模块图 ..................................................................... ................................................... 10 3.2 AT89S51芯片 ..................................................................... ............................................ 10 3.3 键盘矩阵电路的设计...................................................................... ........................... 13 3.4 单片机最小系统设计...................................................................... ............................ 15 3.5 显示电路设计 ..................................................................... ............................................ 15 3.6 电机正反转控制 ..................................................................... (16)基于单片机的电梯控制设计3.7 设计电路及连线 ..................................................................... ....................................... 16 4 软件设计 ..................................................................... .............................................................. 18 4.1 软件功能描述 ..................................................................... ............................................ 18 4.2 流程图设计 ..................................................................... .................................................. 19 4.3 程序设计 ..................................................................... . (20)4.3.1 程序初始化 ..................................................................... . (20)5 系统调试 ..................................................................... .............................................................. 355.1 硬件调试 ..................................................................... ....................................................... 35 5.2 软件调试 ..................................................................... ..................................................... 36 致谢...................................................................... (37)参考文献...................................................................... (38)II基于单片机的电梯控制设计基于单片机的电梯控制设计摘要随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。
嵌入式系统结业（论文）基于ARM的嵌入式电梯控制系统学生姓名：赵健所在学院：信息技术学院班级：电气10（6）学号：20104073644中国·大庆2013 年12 月摘要：伴随建筑业的发展,电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。
电梯控制系统是电梯技术的核心，它将电梯的各机械部件有机的组合起来，实现了电梯复杂的功能与稳定有效的运行。
随着电子技术日新月异的发展，电梯控制系统经历了继电器控制、可编程逻辑控制(PLC) ,智能微机控制的发展历程。
本文的电梯控制系统是基于ARM技术的四层电梯控制系统，该控制系统采用有齿轮拽引小电机，由于只为初级电梯模型研究，对电梯运行速度的掌控精度要求不高，故采用继电器控制电机的正反转，无速度控制实现。
关键词:电梯控制系统、ARM。
1 引言EasyARM2103开发板采用了NXP公司基于ARM7TDMI-S 核、LQFP48封装的 LPC2103 芯片，具有 JTAG 仿真调试功能。
开发板上提供了按键、发光二极管等常用的功能器件，具有RS-232 接口电路和 I2C 存储器电路。
用户可以更换兼容的 CPU 进行仿真调试，如LPC2101 和 LPC2102 等。
开发板上所有的 I/O 口全部引出，灵活的跳线组合，极大的方便用户进行32 位 ARM 嵌入式系统的开发实验。
LPC2103 是一个基于支持实时仿真的16/32 位 ARM7 TDMI-S CPU 的微控制器，并带有32kB 的嵌入高速 Flash 存储器，128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行。
较小的封装和极低的功耗使 LPC2103 适用于访问控制器和 POS 机等小型应用系统中；由于内置了宽范围的串行通信接口（2 个 UART 、SPI、SSP 和 2 个 I2C ）和8KB 的片内 SRAM，LPC2103 也适合用在通信网关和协议转换器中。
32/16 位定时器、增强型 10 位 ADC 、定时器输出匹配PWM 特性、多达 13个边沿、电平触发的外部中断、32 条高速GPIO，使得LPC2103微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中。
EasyARM2103开发板采用“底板+PACK板”的形式构成。
EasyARM2103 底板：不包括核心控制芯片，具有基于LPC2103 芯片的扩展电路和外围器件的电路板。
EasyARM2103 底板由电源模块，显示模块、按键电路、时钟模块、串口和JATG等六部分电路构成。
2 系统的总体方案设计本课程实践采用EasyARM2103控制整个模型的运转，实现电梯模型的基本智能控制。
其中有梯内请求、梯外呼叫、电梯位置控制、显示模块、拽引电机模块等几部分组成。
系统总体设计原理框图，如图1.1所示：图1.1 系统结构框图电梯控制系统的核心部件是ARM板，它是整个系统的主控制器。
主控制器采集到轿厢控制器和楼层控制器发出的外呼、内选等呼梯请求后，按照程序指定的电梯控制策略，对信号进行处理，向门机发出相关控制指令，将电梯派往相应楼层，实现电梯轿厢的垂直运动控制。
同时主控制器还要根据井道位置开关判断当前电梯的位置。
拽引电机控制模块，电梯中向控制系统、拖动系统提供载荷、换向、障碍、位置、速度等各种信号，把信号反馈给控制系统且使电梯平衡运行都离不开传感器。
在目前的智能电梯控制系统中，采用静磁栅位移传感器作为电梯平层控制的调整装置。
充分发掘嵌入式微处理器的资源，将数据更新速度提高到毫秒数量级，以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。
电梯中向控制系统、拖动系统提供载荷、换向、障碍、位置、速度等各种信号，把信号反馈给控制系统且使电梯平衡运行都离不开传感器。
在目前的智能电梯控制系统中，采用静磁栅位移传感器作为电梯平层控制的调整装置。
静磁栅位移传感器原理：静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分结合使用。
“静磁栅源”使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅组成磁栅编码阵列；“静磁栅尺”用内藏嵌入式微处理器系统的特制高强度铝合金管材封装，使用开关型霍尔传感器件组成霍尔编码阵列，铝合金管材外部使用防氧化镀塑处理。
“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触(相对间隙宽容度和相对姿态宽容度达50mm)相对运动时，由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息，直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号。
充分发掘嵌入式微处理器的资源，将数据更新速度提高到毫秒数量级，以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。
工作原理：由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号。
行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。
即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。
另外，轿厢的位置是由静磁栅位移传感器确定，并送ARM的计数器来进行控制。
同时，每层楼设置一个静磁栅源用于检测系统的楼层信号。
虽然静磁栅位移传感器功能非常好，性能也极稳定，考虑到价格以及设计者知识水平的限制，加之此次实践本身的限制性，故采用比较常见的光电传感器，对电梯模型进行位置测定。
使用槽型光电感应器，能够及时返回平层信息，对于速度较慢的电梯模型控制误差很小。
电源模块的选取很重要，不能马虎，要对所选元器件的工作性能进行考虑。
由于所选继电器是12V直流电压驱动，电压低了将没有反应。
直接选用电池供电不保险，也不符合设计本身的需求，故采用双线220V交流供电，易得，在经过整流和稳压，使得电压达到所需要求。
考虑到可能出现的烧坏电源情况，制版时，采用双路制版，提高效率。
78系列稳压管使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源。
本设计中，电源模块多次使用该系列稳压管，主要有7805、7809、7812三种，其为线性稳压器件，可固定输出电压。
当电网电压或负载发生变化可引起输出电压U0增大，通过取样、比较放大、调整等过程，将使调整管的管压降UCE1增加，结果抑制了输出端电压的增大，输出电压仍基本保持不变。
在串联型稳压电源电路的工作过程中，要求调整管始终处在放大状态。
通过调整管的电流等于负载电流，因此必须选用适当的大功率管作调整管，并按规定安装散热装置。
为了防止短路或长期过载烧坏调整管，在直流稳压器中一般还设有短路保护和过载保护等电路。
拽引电机使用继电器控制，所选用的继电器为汇港公司生产，性能稳定，质量可靠。
3 系统具体设计3.1输入输出接口电路设计电梯主控制器是一个多输入多输出的主控制器，表1详细说明了本设计中嵌入式电梯控制器的输入输出分配。
表1 电梯主控制器输入输出定义在输出控制电路中，采用了达林顿阵列芯片ULN2003A驱动输出信号。
ULN2003片上集成了7对达林顿管驱动电路，它的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在_5 V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达_500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流下并行运行。
在本设计研制的电梯主控制器中，共有20个输出接口，采用ULN2003A替代了大量的达林顿管驱动电路后，使得硬件设计更为简单，同时也节省了硬件设计的成本，并使得调试电路更为方便。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达_500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流下并行运行。
在本设计研制的电梯主控制器中，共有20个输出接口，采用ULN2003A替代了大量的达林顿管驱动电路后，使得硬件设计更为简单，同时也节省了硬件设计的成本，并使得调试电路更为方便。
3.2系统硬件仿真设计8位数码管显示，分别显示电梯的上下运行状态，电机的正反转运行情况，以及电梯所在楼层。
仿真图中，从右往左为数码管显示的低到高位，0、1位显示电梯所在第四层；2、3位显示01表示电机正常运行（若为00则为电梯开门状态）；4、5位显示电机负转，电梯正在下降；6、7位显示电机不正转。
LED1~LED4灯组显示电梯所在楼层。
3.3 系统软件设计框图下所示：图1.2主程序流程图程序中，通过数组扫描来判断按键的状态，从而使控制器做出相应动作。
使用定时器T1准确电梯门的开关时间。
4 系统性能测试梯外呼叫按钮按下二楼上按键，当电梯运行至二楼时，数码管0、1位显示02，电梯门打开数码管2、3位显示00。
数码管6、7位显示01,4、5位显示00，电梯向上。
系统运行正常。
按键功能实现测试。
按下按键，使用万用表进行一一测量，通过观察相应管脚处的电平变化来判断其性能的好坏。
通过测量，无论按下哪个按键，其对应引脚的输出电压均可达4.5V以上，基本达到设计要求。
光感位置控制实现测试，由于是通过光电感应器来判断电梯的位置，故对每一个光感应器进行性能测试。
采用10KΩ的电阻作为上拉电阻时，引脚输出几乎无变化，后来，经过查阅资料和向同学请教，发现，将上拉电阻的阻值改为5KΩ时，效果很是明显，为设计所需要的性能要求。
采用表2拽引电机控制采用的是继电器控制方式。
当给正电压时，电机正传，当给J2正电时，电机反转。
当给定的正电压越大时电梯转动速度越快，故对ARM输出信号进行放大，使得电机运行正常。
通过以上测试，系统比较成功地实现了四层电梯智能控制，达到了预期的目标，比较顺利地完成了课程设计的要求。
5 结束语本文对ARM电梯控制系统的设计，其中包括硬件部分与软件部分两大模块，经验证，本设计所设计的电梯完全符合当初的预想，该电梯的调度完全符合高效、省时、人性化的特点。
运行结果完美无误，可以作为真实电梯的调度系统使用。
总的来说，由于精心设计，本次的成品还是很成功的，而且本程序的编写不仅仅是为了应对四层楼的电梯，更多层的电梯也可以实现，再进行扩展的话，可以实现十几层电梯的需求。
程序本身的思想本身是可以支持更多层电梯的运行调度的，ARM型处理器，这一设想完全可以实现。
当然，本设计还是有些不足之处的，在整个课程设计中，我认真地查找相关资料，然后又对书中的相关内容仔细翻阅，通过虚心请教，完成本次设计。
Prroteus与KeilC仿真软件的学习，电梯硬件结构的探索，对各个模块的设计和改善，以及模块性能的测试……努力是不会有白费的，本次设计不仅让我收获了许多，也让我对以前所学习的ARM知识有了进一步的深化与巩固，最关键的是，它给了我一份自信。
但我很明白，作品中还存在着比较多的不足，这些都需要进一步的改善，我会不骄傲，不气馁，用着自信与执着尽最大努力将其完善。
参考文献[1]嵌入式ARM系统原理与实例开发作者：杨宗德编著出版社：北京大学出版社2002.[2]Linux与嵌入式系统（第2版）作者：李善平，刘文峰，王焕龙等编著出版社：清华大学出版社 2004.[3]Windows CE嵌入式系统作者：何宗键编著出版社：北京航天航空大学出版社2007.[4] 嵌入式系统作者：（印度）卡莫尔（Kamal,R.）编著，陈曙晖等译出版社：清华大学出版社2005-5-1.[5]FPGA嵌入式系统设计作者：孟宪元，钱伟康编著出版社：电子工业出版社20071001.[6]嵌入式系统硬件与软件架构作者：（美）诺尔加德（Noergarrd，T.）著，马洪兵，谷源涛译出版社：人民邮电出版社20080201.。
