單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用研究

邵 瑩

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730050）

單片機(jī)自身體積較小，系統(tǒng)處理速度快，整體成本消耗低，設(shè)備功能也比較完善，在電梯的選層、換速以及啟動(dòng)等工序中應(yīng)用比較普遍。與常見的電器控制模式相比，單片機(jī)應(yīng)用在選層和中間繼電器的配置上，可以簡(jiǎn)化設(shè)備、便于維修以及降低成本。此外，在微機(jī)系統(tǒng)中使用單片機(jī)還可以提升電梯運(yùn)行安全性。要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的有效應(yīng)用，需要掌握電梯運(yùn)行原理，做好單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的相應(yīng)技術(shù)優(yōu)化工作，確保單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)能夠充分發(fā)揮，以提升電梯的自動(dòng)控制效益[1-3]。

1 電梯運(yùn)行原理

電梯使用中，需要通過按鈕向電梯發(fā)送信號(hào)。電梯最高層及最低層信號(hào)按鈕都是一個(gè)，最高層按鈕向下傳遞信號(hào)，最底層按鈕向上傳遞信號(hào)。處于這之間的樓層按鈕需要傳遞上下兩個(gè)方向的信號(hào)。乘客在進(jìn)入到電梯后，選擇他們要到的樓層，這個(gè)操作屬于內(nèi)選信號(hào)。電梯轎廂的門和其他大廳的門都需要在電梯啟動(dòng)的情況下及時(shí)關(guān)閉，這個(gè)關(guān)閉指令通過轎廂中的關(guān)門按鈕和定時(shí)關(guān)門指令控制。在高層建筑中，電梯在兩層樓之間有加速或者減速控制位置輸入信號(hào)。電梯在下樓層的情況下，裝置需要執(zhí)行減速控制程序，確保電梯速度不減速通過這一樓層[4]。

電梯在運(yùn)行時(shí)，乘客在大廳中對(duì)電梯下達(dá)指令。電梯通過順向截梯和反向記憶方式執(zhí)行指令。在電梯到達(dá)最高層或者是最底層的情況下，系統(tǒng)會(huì)自主調(diào)整電梯運(yùn)行方向，并在電梯的運(yùn)行過程中處理相關(guān)樓層信息，針對(duì)不同的指令信息保持基本的運(yùn)行方向。在遇到緊急情況時(shí)，電梯需要急停進(jìn)行事故故障處理，必要時(shí)需要立刻執(zhí)行停車命令。因此，系統(tǒng)中需要設(shè)定固定應(yīng)急處理方式，有效應(yīng)對(duì)電梯突發(fā)狀況，最大限度地保障用戶的電梯使用安全，提升自動(dòng)控制效果。

2 電梯控制中的單片機(jī)工作原理

2.1 速度控制方面

電梯具體運(yùn)行過程需要經(jīng)歷3個(gè)重要環(huán)節(jié)，即加速啟動(dòng)環(huán)節(jié)、勻速運(yùn)行環(huán)節(jié)以及減速制動(dòng)環(huán)節(jié)。用戶在乘梯中按下關(guān)門按鈕或者是系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)門后，電梯加速啟動(dòng)。上升過程中，電梯勻速進(jìn)行，最后達(dá)到指定樓層，減速制動(dòng)，完成一個(gè)電梯運(yùn)行過程。詳細(xì)過程如圖1所示。

在電梯運(yùn)行中，如果用戶較多，可能需要頻繁制動(dòng)，因此需要電梯調(diào)速器做好配合，這對(duì)調(diào)速器提出了較高的要求。要確保電梯的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要控制好速度。以往的電梯設(shè)計(jì)中，多使用積分器式速度給定電路[5]。設(shè)備啟動(dòng)一級(jí)制動(dòng)需要結(jié)合時(shí)間來進(jìn)行調(diào)整和控制，要確保相應(yīng)速度曲線能夠在減速期間進(jìn)行短距離爬行，會(huì)影響電梯的運(yùn)行效率。單片機(jī)可以確保電梯在給定程序上工作，保證電梯順利實(shí)現(xiàn)相應(yīng)性能指標(biāo)。電梯在具體操作和運(yùn)營(yíng)中，采取理想曲線作為運(yùn)行參考。電梯減速段需要廣電編碼盤提供的信號(hào)來確定電梯在相應(yīng)階段的位置。

2.2 操控系統(tǒng)層面

傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行系統(tǒng)的控制功能需要依賴單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這一過程需要選擇性能可靠的單片機(jī)。隨著設(shè)備的不斷優(yōu)化，單片機(jī)的體積不斷減小，功能也更加全面，且新一代單片機(jī)能耗小，成本更低，廣泛應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟硬件資源的保留，使整體操作和應(yīng)用更加理想。單片機(jī)中設(shè)置的波形發(fā)生器能夠有效傳遞目標(biāo)信號(hào)，為各類電機(jī)提供可靠的驅(qū)動(dòng)支持，尤其是變頻調(diào)速控制。將單片機(jī)作為電梯傳輸系統(tǒng)可以在縮小設(shè)備體積的情況下，提升設(shè)備的靈活性[6]。

圖1 基于單片機(jī)的電梯控制工作原理示意圖

3 單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用

3.1 總線技術(shù)

目前，國內(nèi)電梯控制系統(tǒng)采用的總線技術(shù)為CAN總線技術(shù)，通過在控制器之間構(gòu)建兩個(gè)雙絞線，實(shí)現(xiàn)其和控制器的連接。技術(shù)系統(tǒng)通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，操作更加便利，系統(tǒng)可靠性更強(qiáng)。在電梯實(shí)際運(yùn)行中，相關(guān)參數(shù)和指標(biāo)能夠及時(shí)反饋到控制中心的處理器，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的整理，如圖2所示。將CAN控制器和引腳關(guān)聯(lián)，使其在輸出端口位置通過低電平信號(hào)接地和輸出保持高電平信號(hào)復(fù)位，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高速模式轉(zhuǎn)換，保證控制效果。

3.2 硬件資源提供

電梯最高層上部是設(shè)備房間，其中安裝著操控電梯的核心動(dòng)力設(shè)備即拽動(dòng)電動(dòng)機(jī)，是實(shí)現(xiàn)電梯轎廂上下移動(dòng)的核心動(dòng)力基礎(chǔ)，還可以實(shí)現(xiàn)不同樓層門廳控制器的信號(hào)控制。通過主題控制器和相關(guān)媒介接收，確保轎廂精準(zhǔn)運(yùn)行，達(dá)到指定位置。單片機(jī)的應(yīng)用需要做好主機(jī)控制器的選擇，以確保電梯的自動(dòng)控制效果。主機(jī)控制器是電梯的主控制器，屬于電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)電梯運(yùn)行操作具有直接影響。這類控制器和電梯最頂部設(shè)備房間之間還包含動(dòng)力設(shè)備，構(gòu)成電梯動(dòng)力控制的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。轎廂控制器也是單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備，通過鍵盤和顯示屏的連接，可以建立和用戶之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。曳引機(jī)可以通過鋼絲來牽引轎廂運(yùn)動(dòng)[7]。此外，在轎廂頂部還設(shè)置有門機(jī)控制設(shè)備，主要用于電梯門的控制，在電梯門長(zhǎng)時(shí)間敞開的情況下關(guān)閉電梯門。門廳控制器是大內(nèi)樓層之間的重要聯(lián)系裝備，可以在相應(yīng)樓層進(jìn)行呼叫的情況下，識(shí)別電梯的具體位置和運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)

利用單片機(jī)進(jìn)行電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含主體和子程序兩部分。具體設(shè)計(jì)中，需要對(duì)各類硬件進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，做好相應(yīng)程序的調(diào)節(jié)工作。第一，做好單片機(jī)在系統(tǒng)中的初始化設(shè)計(jì)，確保單片機(jī)各個(gè)端口基礎(chǔ)性輸入輸出功能，同時(shí)需做好PSEN管腳的高電平介入[8]。使用單片機(jī)，則可以使用不適用外界程序的儲(chǔ)存設(shè)備。第二，系統(tǒng)控制器的主要工作是讀取相應(yīng)端口的工作狀態(tài)信息，結(jié)合具體的子程序，在確定信號(hào)后，通過PWN程序優(yōu)化具體的控制器，傳輸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電梯電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)動(dòng)作開始前，需要獲取精確的關(guān)門信號(hào)。電梯門關(guān)閉后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)脈沖的傳輸，以避免電動(dòng)機(jī)的異常轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，控制器需要抱閘信號(hào)傳輸，啟動(dòng)抱閘裝置后，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)功能。第三，具體的軟件設(shè)計(jì)包含子程序初始化設(shè)計(jì)、子程序組成顯示設(shè)計(jì)以及子程序樓層控制設(shè)計(jì)。在電梯位于復(fù)位樓的情況下，子程序通過鍵盤矩陣掃描的方式，確定哪些按鍵被按下。如果沒有按鍵按下，需要進(jìn)行重復(fù)掃描，判斷是否存在輸出值，借助子程序識(shí)別來實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行方向的控制。電梯運(yùn)行還需要借助子程序完成鍵盤矩陣和電梯位置子程序的結(jié)合，處理按鍵信號(hào)。在電梯上行狀態(tài)下可以優(yōu)先處理相應(yīng)的信號(hào)，在完成全部按鍵信號(hào)指令后或者是電梯直接到達(dá)頂層后，子程序再對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行處理。

圖2 CAN總線技術(shù)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用示意圖

4 結(jié)語

單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用，屬于電梯自動(dòng)控制技術(shù)研究的新領(lǐng)域。單片機(jī)能夠優(yōu)化電梯操作，提升電梯運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。單片機(jī)還具備良好的檢測(cè)功能，能夠減少電梯故障，提升自動(dòng)控制的安全性。因此，單片機(jī)可廣泛應(yīng)用于電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)。