基于无线通信的电梯节能化运行控制系统的研制[详细]

基于无线通信的电梯节能化运行控制系统的研制

王帅,齐云松,永亮,张淼

电气工程及自动化学院

指导教师:魏国教授

1、课题研究目的

经过几十年的发展,电梯的性能不断完善,已成为人们生活中不可或缺的工具,但传统的电梯控制策略对人性化和节能方面的考虑不够充分,造成了电梯使用中的时间和电能的浪费.本项目拟对传统轿厢式电梯进行探索性改造,实现具有自主知识产权的技术开发,提出了一种省时、节电的电梯优化控制策略,通过增加电梯内和电梯外的指令取消功能、测试梯内人数并在梯外显示功能、满载测试与直驶功能等,减少不必要的电梯启停次数,实现电梯运行的优化控制,从而达到节电、省时的目的.

2、课题背景

虽然电梯从诞生到现在已经历了无数次的改进,但随着科学技术的不断进步和人们生活习惯的变化,对电梯的功能又提出了更高的要求.传统的电梯缺少一套省时、节电的电梯优化控制策略,不具备错误指令取消功能、候梯人又无法知道电梯内的人数情况,这些造成了的电梯不必要启停,使电梯运行的优化控制得到限制.其运转模式将大量的时间浪费在无意义的等待中,也造成了能源的浪费.对电梯的相关功能进行改造,使之不断进步,势在必行.

3、课题研究主要内容

3.1 位置检测

本模型的位置检测是通过霍尔传感器实现的.轿厢内安装霍尔传感器,每层的停止位置安装薄片磁铁.当电梯到达指定位置时,霍尔传感器与磁铁靠近,输出电压变化,将该电压输入单片机的内部ADC进行采样,以此判断电梯位置并控制电机,电梯控制系统和梯外指令系统之间用无线通信芯片实现信息的交换.

3.2 人数检测与显示功能

在每层楼的叫梯按钮旁边增加一个小显示屏,显示电梯内人数.在电梯满员或接近满员时,可以给各楼层的候梯者适当的提示,避免多数人的长时间等待和电梯的无意义停靠.依托红外对管测出是否有人从下面经过.将两个红外对管安装在电梯顶部向下发射,一个靠近外侧,一个靠近内侧.装置的示意图如图１所示:

图1 红外对管计算人数装置示意图

如果将左右两个对管分别计为1,2:

如1先感知人通过,2后感知:表示有人进入电梯;

如2先感知人通过,1后感知:表示有人走出电梯.

利用单片机中的时钟,判断出两个信号的先后顺序,最终计算出电梯内人数的结果,并将其用LED 屏在各个楼层实时输出.

3.3 信号处理与通信方式

各层楼的LED 显示屏,上下按钮与单片机相连,这个单片机接收上下按钮的信号后通过处理把控制电梯开启或停止的信号通过低频无线射频芯片发射出去,两者通过TTL 串口相连;同时在电梯轿厢的内部,传感器把检测出包含电梯内部人数信息的信号也输入到一个单片机中,这个单片机也通过TTL 接口与RF 低频射频芯片相连,使得这个单片机可以通过无线通信的方式把人数信息发送到每层楼的单片机中,这样每个楼层的单片机就可以通过调用显示模块的程序在LED 显示屏上显示出目前电梯内的人数.

可以选择低频433Hz 作为系统的通信频段,这种RF 低频无线通信芯片的成本低,体积小,可以很好地应用在这种场合,无线通信也省去了布线的麻烦,具体的系统框图如图2所示:

图2 信号处理与通信方式系统框图

3.4 系统电路设计与功能实现

我们设计的电梯控制系统和梯外选择系统的电路原理图分别如图3、图4所

示:

图4 梯外选择系统电路原理图

电路包括:单片机,按键及指示灯,数码管(显示梯内人数),L298电机驱动芯片,L米2576稳压芯片,红外对管(计算进出人数),线性霍尔UGN3503(判断电梯位置)

3.5 软件设计

将系统在运行时的程序流程图画出.如以下各图所示.

3.5.1 下位机主程序

图5 下位机主程序流程图

程序主要控制思想:主程序在循环中不断扫描电梯内按键,通过把得到的键值排序获得下一个目的层数,然后控制电梯改变运动方向.例如,电梯现在1楼停止,乘客进入电梯,按下2,3,4层的按键,那么程序会得到键值2,3,4,将这三个数从小到大排序为2<3<4,当前层为1,则比1大的最小值为2,那么目的层就是2层,电梯到达2层时停止.如果在从一层到2层的行进过程中,乘客把2层取消,那么扫描得到键值为3,4,再次排序为3<4,那么目的层为3层,电梯不在2层停止,而是在3层停止,达到节省时间和电能的目的.

3.5.2 上位机主程序

图6 上位机主程序流程图3.5.3上位机串口接收中断

图7上位机串口接收中断流程图

3.5.4 下位机外部中断

外部中断０guy0>guy1?是

guy++，数码

管显示guy ，

发送guy 到

上位机中断返回梯内人数guy<９？是否

变量guy0++外部中断1

guy0

是guy--，数码管显示guy ，发送guy 到上位机

中断返回

梯内人数guy>0？是

否

变量guy1++

图8下位机外部中断程序流程图

3.5.5 下位机串口接收中断

图9下位机串口接收程序中断流程图

3.5.6 下位机ADC中断服务程序

图10下位机ADC中断服务程序流程图

如果主程序循环中没有扫描到有键按下,并且电梯处于停止状态,说明梯内无人控制电梯运行.那么检测串口是否收到有效的叫梯指令,如果有则控制电梯向叫梯层运动.如果在电梯向叫梯层运行过程中叫梯被取消,则电梯会在当前层的下一层停止,通过减少电梯的启停次数达到节能目的.

4、结论

经过我们小组成员的不懈的努力,电梯实物基本成型,可以做到上述部分功能的演示.目前可以由电机控制电梯模拟上下运行并实现利用红外线判断进出电梯人数的功能.

下图是已经设计好的电梯模型实物照片(图11).