電梯運行狀態(tài)監(jiān)控系統設計

1、摘要實現電梯運行狀態(tài)監(jiān)系統設計的目標，綜合測量數據并以多種方式傳輸。本系統采用傳感器采集電梯運行數據，通過微處理器進行非常態(tài)數據分析，經由GPRS網絡傳輸，局域網傳輸與485通訊傳輸多種方式實現電梯故障報警、困人救援、日常管理、質量評估、隱患防范等功能。本文以電梯運行狀態(tài)監(jiān)控發(fā)展情況和現狀為課題背景，論述了運行狀態(tài)監(jiān)控硬件的開發(fā)過程，主要完成課題中設計。首先介紹了運行狀態(tài)監(jiān)控系統的硬件框圖。其次，介紹了每一部分的電路圖的功能和電路圖。另外，本文還介紹了STM32F107VCT6對于采集的數據進行實時采集、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸。本文最后提出了設計中的一些不足之處和對今

2、后的一些要求。關鍵詞：電梯運行狀態(tài)監(jiān)控，數據采集器，STM32F107VCT6攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） ABSTRACTABSTRACTThe goal of the elevator is to design a data collector of remote elevator monitor system, enable it to transmit data through different methods. This topic is based on the scientific research project “remote elevator monitor syste

3、m ", using sensors to get data, then send them toto analyze, transmit data through , Ethernet, wireless . Users could use these data to evaluate the quality of the elevator.This thesis introduces the hardware design of wireless remote elevator monitor system with the background of measuring emb

4、edded system; mainly complete the design of hard ware design in the subject. Firstly introduces the current development of remote elevator monitor system. Secondly, this thesis introduces the overview of the data collector and the detail of each part. Then, introduced the method of using STM32F107VC

5、T6 to analyze, store, display and transmit real-time data.At the end of this thesis, some suggestions and improvements are stated.Key word： The elevato runingstatus monitoring，Sdata collector，STM32F107VCT6攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄目錄摘要IABSTRACTII目錄31 緒論511 課題研究的背景與意義51.1.1 電梯的發(fā)展51.1.2 研究意義61.2 研究現狀與發(fā)展趨勢713

6、研究目標及內容82 電梯相關知識與傳感器選擇921 電梯主要部件及原理92.1.1 電梯的分類92.1.2 電梯的基本結構92.1.3 電梯的四大空間112.1.4 電梯基本工作原理1122 傳感器的選擇122.2.1 轎廂加速度傳感器122.2.2 電流電壓傳感器122.2.3 轉矩傳感器142.2.4 振動傳感器142.2.5 溫度傳感器153 電梯監(jiān)控系統設計173.1 系統結構框圖和原理圖設計173.2 系統硬件183.2.1 CPU模塊183.2.2 PL2303USB模塊203.2.3 模數轉換模塊213.2.4 CAN總線模塊213.2.5 EEPROM與JTAG模塊223.2.

7、6電源模塊233.2.7液晶顯示模塊244 電梯監(jiān)控系統軟件設計254.1 系統軟件總體結構254.2 系統子程序流程274.2.1 系統初始化程序274.2.2 I/O數據采集子程序284.2.2 PL2303USB子程序294.2.3模數轉換子程序31結論34參 考 文 獻35附錄1：系統電路原理圖37致 謝3839攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論1 緒論11 課題研究的背景與意義1.1.1 電梯的發(fā)展電梯進入人們的生活已經一百多年了。1854年，世界博覽會在紐約水晶宮上舉行，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯首次向人們展示了他所發(fā)明得升降機。他站在裝滿貨物的升降梯

8、平臺上，命令助手將平臺拉升到觀眾都能看得到的高度，然后發(fā)出信號，令助手用利斧砍斷了升降梯的提拉纜繩。令人驚訝的是，升降梯并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中奧的斯先生發(fā)明的升降梯安全裝置發(fā)揮了作用。“一切安全，先生們。”站在升降梯平臺上的奧的斯先生向周圍觀看的人們揮手致意。誰也不會想到，這就是人類歷史上第一部安全升降梯。這項發(fā)明徹底改寫了人類對使用升降工具的認識。從那以后， “勇敢者的游戲” 不在包括搭乘升降梯了，在世界范圍內廣泛應用到升降梯。1889年12月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它的動力采用直流電動機，卷筒上纏繞的繩索被蝸輪減速器帶動，懸掛并升降轎廂。1892年，美國奧的

9、斯公司開始采用按鈕操縱裝置，傳統的轎廂內拉動繩索的操縱方式被取代，為操縱方式現代化打開了歷史之門。時代在改變、科學技術在發(fā)展、電梯也在不停進步，一百多年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，尤其是操縱控制上更是不斷更新信號控制、手柄開關操縱、集選控制、人機對話、按鈕控制等等，并聯控制還出現在多臺電梯上了，智能群控-雙層轎廂電梯向人們展示出節(jié)省井道空間的方式，使運輸能力不斷提升的優(yōu)勢；為變節(jié)省了行人的時間變速式自動人行道扶梯也開始出現；不同形狀半圓形、三角形、整圓形、扇形、半菱形的觀光電梯則徹底改變身處其中的乘客的視覺感受。目前，以美國奧的斯公司為代表的各大著名電梯公司各自展自己獨特的風

10、姿，電梯新品的研發(fā)仍在不停地進行，并將維修和保養(yǎng)服務系統不斷完善。主機節(jié)能、調頻門控、復合鋼帶環(huán)保、智能遠程監(jiān)控、控制柜低噪音耐用每一款都集納了人類在光學電子、機械等領域最新科研成果，各種新型花樣電梯不斷問世，冰冷的建筑也從此開始散射出不一樣的人性的光輝，使人們的生活從此不在單調。據統計，我國在用電梯34.6多萬臺，每年還以約5萬6萬臺的速度增長。電梯服務中國已有100多年歷史，而我國在用電梯數量的快速增長卻發(fā)生在改革。開放以后，目前我國電梯技術水平已與世界同步。100多年來，中國電梯行業(yè)的發(fā)展經歷了以下幾個階段：對進口電梯的維保、安裝、銷售階段(19001949年)，這一階段我國電梯擁有量僅

11、約1100多臺；獨立自主，生產階段、艱苦研制（19501979年），這一階段我國共生產、安裝電梯約1萬臺；行業(yè)快速發(fā)展階段（自1980年至今），這一階段我國共生產、安裝電梯約40萬臺。目前，我國已成為世界最大電梯生產的市場和最大的新裝電梯國。1.1.2 研究意義科學技術的不斷發(fā)展，國家標準的不斷完善，迅速提高我國電梯安全水平。近年來，我國因電梯事故造成的人員傷亡穩(wěn)中有降，萬臺電梯死亡率、萬臺電梯事故發(fā)生率持續(xù)下降，但電梯事故仍然經常發(fā)生。目前，全國平均每年發(fā)生的電梯事故大約有40多起。安全形勢仍不容樂觀。今后為了使電梯安全水平提高，需要電梯行業(yè)與質檢系統共同努力不斷進步，保駕護航我國經濟社會快

12、速發(fā)展，為社會經濟做出貢獻。然而，電梯的迅速增長帶來了各種壓力，電梯的安全使用及管理，直接關系到人民的生命財產安全，因此，對電梯的安裝和使用實現規(guī)范化、科學化管理迫在眉睫。針對電梯這一現代化交通工具的性能和特點，還要實行科學化管理。一些發(fā)達國家在十幾年前就開發(fā)應用了智能化電梯安全遠程監(jiān)控系統。所謂智能化電梯運行狀態(tài)監(jiān)控系統，集計算機控制、地理信息和遠程通訊技術于一體，通過提前安裝的傳感器和信息網絡系統，將分布在各處的故障信息和電梯運行狀況及時傳遞并顯示到監(jiān)控中心的液晶顯示上，從而實現對各處電梯運行狀態(tài)監(jiān)視和控制。國內一些企業(yè)已開發(fā)出了多款具有遠程監(jiān)控系統，未來電梯肯定會普及該系統的應用。這些系

13、統大部分基于GPRS/GSM或3G等無線網絡基礎，未來實際應用中傳輸方式會趨于多樣化，多元化，價格更低，數據更快更可靠?，F在的數據采集功能簡單，無數據庫管理功能，只能進行簡單的電梯運行狀態(tài)監(jiān)控、無維保質量管理監(jiān)控功能，不能進行電梯故障的早期預警并且系統兼容性差只能針對少數梯種進行布控，且不能精確地對電梯故障進行分析、判斷，無法準確給出電梯具體故障部位。因此電梯運行狀態(tài)監(jiān)控系統還有很大的發(fā)展空間。1.2 研究現狀與發(fā)展趨勢隨著國民經濟的快速發(fā)展和城市化進程步伐的不斷加快，我國電梯的擁有量與日俱增，已成為全球最大的電梯市場。 電梯是一種非常繁忙垂直交通工具，在現代生產生活中發(fā)揮著不可替代的作用。但

14、在高效服務的同時，難免遇到電梯運行中關人、夾人、蹲底、沖頂等一系列突如其來的問題，對乘客的人身安全造成極大的威脅。電梯運行的安全性越來越成為廣大群眾關注的熱點問題。如何保證每臺電梯都能夠安全、可靠、舒適的運行？一方面要通過改進設計、提高制造、安裝質量來解決，而另一方面已越來越需要依靠完善的維修保養(yǎng)體系和先進的監(jiān)控手段來解決，電梯遠程監(jiān)控系統就是在這種需求下應運而生3。目前國內有一些企業(yè)已開發(fā)出了多款具有中國特色的遠程監(jiān)控系統，但由于這些系統均是基于GPRS/GSM或3G等無線網絡基礎，因此普遍存在著以下缺點：（1）由于中國電話網絡的信號傳輸質量和帶寬制約了電梯信息量傳輸，無法實時傳輸所需的電梯

15、轎廂、機房等所需音視頻信號。（2）系統采集的電梯實施運行信息是通過移動、聯通或電信等無線通訊網絡實現傳輸，故數據流量相當大，加之無線網絡運營商的收費是按流量收費，使這種電梯遠程監(jiān)控系統的運營成本高居高不下（運營費是按照手機通話時間和網絡流量計費），無法實現24小時不間斷監(jiān)控。（3）功能簡單，無數據庫管理功能，只能進行簡單的電梯運行狀態(tài)監(jiān)控，無維保質量管理監(jiān)控功能，不能進行電梯故障的早期預警。（4）系統兼容性差，只能針對少數梯種進行布控，且不能精確地對電梯故障進行分析、判斷，無法準確給出電梯具體故障部位4。而其發(fā)展可能會有以下兩個趨勢：（1）最高運行速度可變：根據載重量，自決定運行速度和加速度，

16、以提高效率。（2）預選式群控：在乘客上電梯前，就根據乘客需要去的目的樓層分配電梯并告知乘客應乘坐哪臺電臺，這樣可以大幅提高電梯群運行效率，大幅節(jié)能。13 研究目標及內容本課題的研究目標即是通過對電梯運行數據的分析，對電梯即將出現的故障做出預估并解決到來的故障和對已經出現的故障進行診斷和維修。論文對以下幾方面做了研究工作。（1）針對當前民用電梯大幅增加，為彌補在傳統的人工定檢方式檢驗電梯時的不足，本系統提運行狀態(tài)監(jiān)測系統目前只適用于居民住宅小區(qū)的電梯設備。將長期在線檢測與傳統的電梯離線檢測方式相結合，在管理檢測、維修服務、小區(qū)監(jiān)控三方數據共享的基礎上，使運行狀態(tài)監(jiān)控理念在社會上發(fā)揮作用，從而實現

17、對電梯運行狀態(tài)監(jiān)測、故障預估的有效管理，保障居民在使用電梯是的的安全。同時，通過對所監(jiān)測到的數據作出分析，對電梯日常運行狀態(tài)做出評估，從而制定有效的檢修方案，在保證電梯安全運行的基礎上，節(jié)約特檢部門工作的人力、物力、財力，提高工作效率。（2）確定電梯運行狀態(tài)的數據有哪些，以傳感器為主設計出一套動態(tài)智能檢測系統，用于實現居民住宅小區(qū)電梯設備運行狀態(tài)檢測的長期在線檢測任務。實現電梯機房、轎廂數據的同步采集，通過對運營電梯的檢測及信息存儲，積累了大量檢測數據，為電梯的狀態(tài)分析提供數據基礎；通過對本校電梯的觀察與分析，并根據相關資料得出主要檢測數據如下：a轉矩b加速度c水平振動幅值d振動頻率e溫度f電

18、源電壓g電源電流h運行狀態(tài)信息（3）電梯運行所監(jiān)測到的數據實行A/D轉換，獲得數字信號用液晶顯示器顯示，并記錄保存在存儲器中，設置數據達到一定時間自動刪除，并提供計算機接口，方便獲得所記錄數據。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 電梯相關知識與傳感器選擇2 電梯相關知識與傳感器選擇21 電梯主要部件及原理2.1.1 電梯的分類 1、按用途分類乘客電梯、載貨電梯、客用電梯、貨用電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、船用電梯、觀光電梯、車輛電梯和其他等。 2、按速度分類（1）超高速電梯（速度在3m/s10m/s,或更高，主要用于超高層建筑）；（2）高度電梯（速度在2m/s3m/s，主要用于16層以上

19、的建筑）；（3）快速電梯（速度在1m/s2m/s，主要用于10層以上的建筑）；（4）低速電梯（速度在1m/s以下，主要用于10層以上的建筑）。3、按拖動方式分類交流電梯、直流電梯、螺桿式電梯、齒輪齒條電梯、液壓電梯直線電機驅動電梯2.1.2 電梯的基本結構一、曳引系統它的主要功能使為電梯提供輸送與傳遞動力，從而使電梯運行。主要由曳引機、曳引機鋼絲繩、導向輪和反繩輪等組成。二、導向系統他的主要功能是限制對重和轎廂的活動自由度，使對重和轎廂只沿著各自的預定導軌進行升降運動，使兩者在運行中平穩(wěn)，不會偏擺。導向系統的組成和位置：不論是轎廂導向還是對重導向均由導軌、導靴和導軌架組成。轎廂以兩根導軌和對重

20、以兩根導軌限定了轎廂和對重在井道中的位置，導軌架作為導軌的支撐件，被固定在井道壁上，導靴安裝在轎廂和對重架的兩側，導靴里的靴襯與導軌配合工作，使轎廂和對重分別沿著各自的導軌作上下運行。三、轎廂它是用以運送乘客和（或）貨物的容器。由轎廂體和轎廂架組成。轎廂架是承重結構件，是一個框形金屬構架，由上、下、直梁和拉桿組成，在上下梁上裝有安裝導靴和安全鉗的座板，在直梁上裝有轎廂平層感應器及撞弓。轎廂由轎底、轎壁、轎頂和轎門等組成，轎壁和轎頂需要承受一定的載荷，為了檢修時，在轎頂上操作人員的安全，還必須在轎頂設防護欄，有時，根據設計要求設置安全窗，轎頂有些設裝飾頂，有照明和通風的功能。另外，為防止電梯超載

21、運行，還會在轎廂上設超載保護裝置，有些電梯裝在轎底，有些裝在轎頂上。4、 門系統由層門、轎箱門、門鎖裝置、開關門組成。為防止人員和貨物墜入井道或轎廂內乘客和物品與井道相撞而發(fā)生危險封住層站入口和轎廂入口，是電梯運行系統的重要組成部分。保證其安全運行，對于電梯正常運行和開關門都有重要作用。五、重量平衡系統功能：使對重和轎廂能達到相對的平衡，在電梯工作中能夠使轎廂與對重間的重量差保持在某一個限額之內，保證電梯的曳引傳動平穩(wěn)、正常。組成：由對重裝置和重量補償裝置組成。對重裝置起到相對平衡轎廂重量的作用，它與轎廂相對懸掛在曳引鋼絲繩的另一端。補償裝置的作用是：當電梯的提升高度超過30m以上時，由于曳引

22、鋼絲繩和控制電纜的自重，使得曳引輪的曳引力和電動機的負載發(fā)生變化，補償裝置可彌補轎廂兩側重量不平衡。這就是保證轎廂側與對重側重量比在電梯運行過程中不變。6、 安全保護系統電梯的安全性除了在結構的可靠性、合理性、電氣控制和拖動的可靠性方面充分考慮外，還針對各種可能發(fā)生的危險，設置專門的安全裝置。它能防超越行程的保護、防電梯超速和斷繩的保護、防人員剪切墜落的保護，更是報警裝置、救援裝置、緩沖裝置、停止開關和檢修運行裝置，具有電氣安全保護功能、防機械傷害的功能、消防功能。七、電力推動系統和電氣控制系統1、電力推動系統提供動力，對電梯實行速度控制。對電梯的啟動加速、穩(wěn)速運行、制動減速起著控制作用。由曳

23、引機、供電系統、速度反饋裝置、電動機調速裝置等組成。2、電氣控制系統操縱和控制電梯的運行。通過電路控制電力推動系統工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。由電梯限速器、安全鉗、夾繩器、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關裝置組成。2.1.3 電梯的四大空間一部電梯總體組成有機房、井道、轎廂、層站。以下是各個空間中包含的零部件：（1）機房控制柜、導向輪、限速器、電源總開關、承重梁、曳引機、急停開關、繩頭組合、繩頭板等。（2）井道導軌支架、對重導軌、轎廂導軌、接導板、線槽、對重架、曳引機鋼絲繩、限速器鋼絲繩、平層感應裝置、限速器鋼絲繩漲緊裝置、隨行電纜、電纜

24、支架、緩沖器、補償裝置、轎廂、中間接線盒、底坑檢修箱等。（3）轎廂轎頂輪、轎架、轎底、轎壁、轎頂、轎門、門機、光電保護防夾裝置、操縱箱、轎頂檢修箱、照明裝置、平層感應器、護腳板、導靴、安全鉗、配重塊、轎廂導軌用油杯、急停開關、安全窗、超載保護裝置、五方通話等。（4）層站層樓顯示器、層門裝置、手動鑰匙開關、層門、門鎖、門套、層門地坎、呼梯盒等2.1.4 電梯基本工作原理減速箱、制動器等組成的曳引機通過安裝在機房的電動機，使曳引鋼絲繩通過曳引輪，轎廂和對重分別連在曳引繩的兩端，纏繞在導向輪和曳引輪上，曳引輪通過曳引電動機減速器變速后的力被帶動轉動，使曳引輪與曳引繩摩擦產生的牽引力，從而使對重和轎廂

25、作出升降運動，達到運輸目的。22 傳感器的選擇傳感器是本系統獲得電梯運行數據傳媒，所以對傳感器的選擇十分重要。轎廂檢測部分所需要對傳感器做出選擇的包括：振動傳感器、垂直方向(Z向)加速度傳感器。機房檢測部分需要選擇的傳感器有：溫度傳感器、電流電壓傳感器、轉矩傳感器。2.2.1 轎廂加速度傳感器按照本系統對轎廂加減速度的需求，轎廂加速度的測量包含一個垂直方向及兩個水平方向。（一）垂直方向加速度傳感器根據需求此傳感器選取LE0710加速度傳感器，進行垂直加速度的測量。此傳感器的響應頻率為OlOHz，測量范圍為159，精度為847mVg(5HzO259)，”O(jiān)”g輸出為2522V。加速度的測量：在大

26、于03Hz時，利用壓電加速度傳感器電荷放大器測量系統或內裝IC壓電加速度傳感器都可以進行理想的測量。在小于O3Hz時，通常使用應變加速度傳感器應變儀測量系統，但由于零漂和噪聲都較大，特別在測量4,2n速度時，很難得到理想的測量結果。LE0710型內裝IC應變式加速度傳感器很好的解決了這一難題。該傳感器不同于傳統的應變橋結構，它是在硅片上同時集成了42個對加速度敏感的可變電容單元，同時解決了零漂、噪聲、精度三大難題。（二）水平方向加速度傳感器水平方向加速度傳感器選取LC0121型內裝IC壓電加速度傳感器，此傳感器的量程為O59，靈敏度為，X向：1003Vg，Y向：1002Vg(靈敏度測試條件：2

27、l，80Hz，039)；諧振頻率為2kHz，頻率范圍為O1150Hz，抗沖擊為509。LC0121內裝IC壓電加速度傳感器是內裝微型IC放大器的壓電加速度傳感 器，它將電荷放大器與傳統的壓電加速度傳感器集于一體，能直接與顯示、記錄 和采集傳感器連接，簡化了測試系統，提高了可靠性和測試精度。廣泛用于航空航天，車船，機械等領域。而且具有抗干擾，低阻抗輸出，噪聲小，能夠進行長電纜傳輸；性價比高，安裝方便，尤其適用于多點測量；穩(wěn)定可靠，抗潮濕，抗粉塵，抗有害氣體等優(yōu)點。2.2.2 電流電壓傳感器目前市場上最流行的電流電壓傳感器是霍爾電流傳感器變送器。霍爾電流電壓傳感器變送器是一種響應快、寬頻響、過載能

28、力強、高可靠的、電檢測元件。它綜合了分流器和互感器的共同優(yōu)點，同時又克服了互感器只適用于交流正弦波信號測量和分流器無法進行隔離測量的不足?；魻栯娏麟妷簜鞲衅髯兯推鞑粌H可以檢測交流，還可以檢測直流。其結構由聚磁環(huán)、原邊電路、放大電路、次級線圈和霍爾器件等組成，分磁平衡式和直測式兩種工作方式。磁平衡式與直測式的區(qū)別在于其鐵磁體上另加一平衡繞組，霍爾器件僅檢測被測電流和平衡繞組中電流在鐵磁體中所產生的磁電勢的平衡狀態(tài)。直測式則是將霍爾器件置于具有線圈繞組或直穿母線的環(huán)型鐵磁體氣隙中，測出氣隙里的磁壓降，即為被測電流。電流電壓傳感器使用注意事項：（1）電流傳感器必須根據被測電流的額定有效值適當選用不同

29、的規(guī)格的產品。被測電流長時間超額，會損壞末極功放管（指磁補償式），一般情況下，2倍的過載電流持續(xù)時間不得超過1分鐘。（2）電壓傳感器必須按產品說明在原邊串入一個限流電阻R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下，2倍的過壓持續(xù)時間不得超過1分鐘。（3）電流電壓傳感器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當被測電流高于電流傳感器的額定值時，應選用相應大的傳感器；當被測電壓高于電壓傳感器的額定值時，應重新調整限流電阻。當被測電流低于額定值1/2以下時，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數的辦法。（4）絕緣耐壓為3KV的傳感器可以長期正常工作在1KV及以下交流系統和1.5KV及以下直流系統中，6KV

30、的傳感器可以長期正常工作在2KV及以下交流系統和2.5KV及以下直流系統中，注意不要超壓使用。（5）在要求得到良好動態(tài)特性的裝置上使用時，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數，均會影響動態(tài)特性。（6）在大電流直流系統中使用時，因某種原因造成工作電源開路或故障，則鐵心產生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減小其值。（7）傳感器抗外磁場能力為：距離傳感器510cm一個超過傳感器原邊電流值2倍的電流，所產生的磁場干擾可以抵抗。三相大電流布線時，相間距離應大于510cm。（8）為了使傳感器工作在最佳測量狀態(tài)，應使用圖110介紹的簡易典型穩(wěn)

31、壓電源。（9）傳感器的磁飽和點和電路飽和點，使其有很強的過載能力，但過載能力是有時間限制的，試驗過載能力時，2倍以上的過載電流不得超過1分鐘。（10）原邊電流母線溫度不得超過85，這是ABS工程塑料的特性決定的，用戶有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。2.2.3 轉矩傳感器轉矩傳感器又稱為扭矩傳感器，扭矩傳感器在旋轉動力系統中最頻繁涉及到的參數，傳統中使用較多的是扭轉角相位差式傳感器為了檢測旋轉扭矩，這種方法是將安裝著兩組形狀、安裝角度及齒數完全相同的齒輪在彈性軸的兩端，將兩只接近(磁或光)傳感器安裝在齒輪的各自外側。在彈性軸發(fā)生旋轉時，相應的兩組脈沖波就這兩組傳感器就可以測量出，對這兩組脈沖波的

32、前后沿的相位差比較就可以直接計算出該彈性軸所承受的扭矩量。轉矩傳感器采用應變片電測技術，在彈性軸上組成應變橋,向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應變信號放大后，經過壓/頻轉換，變成與扭應變成正比的頻率信號。他的性能指標：扭矩示值誤差：<±0.5%F·S靈敏度：1±0.2mv/V非線性：<±0.25%F·S重復性：<±0.2%F·S回差：<0.2%F·S零飄（24小時）：<0.5%F·S零點溫飄：<0.5%F·S/10輸出阻抗：1K±3

33、絕緣阻抗：>500M 靜態(tài)超載：120%斷裂負載：200%使用溫度：060儲存溫度：2070電源電壓：+15V±5%,-15V±5%總消耗電流：<130mA 頻率信號輸出：5KHz15KHz負額定扭矩：5KHz±10Hz零扭矩：10KHz±10Hz正額定扭矩：15KHz±10Hz信號占空比：（50±10）%非接觸式是非接觸扭矩傳感器工作方式，因而可靠性高、壽命長，不易受到磨損、受軸的偏轉和軸向偏移的影響更小、有更小的延時。因此非接觸式扭矩傳感器十分適合本系統。2.2.4 振動傳感器振動傳感器在本系統中是十分重要之一，它的作

34、用主要是將機械量接收下來，并轉換為與之成比例的電量。由于它也是一種機電轉換裝置。所以我們有時也稱它為換能器、拾振器等。振動傳感器并不是直接將原始要測的機械量轉變?yōu)殡娏?，而振動傳感器的輸入量才是原始要測的機械量，然后被機械接收部分接收，形成另一個適合于變換的機械量，最后被機電變換部分變換為電量。因此機械接收部分和機電變換部分來決定一個傳感器的工作性能。相對式電動傳感器從機械接收原理來說，是一個位移傳感器，由于在機電變換原理中應用的是電磁感應電律，其產生的電動勢同被測振動速度成正比，所以它實際上是一個速度傳感器。由于機械運動是物質運動的最簡單的形式，因此人們最先想到的是用機械方法測量振動，從而制造

35、出了機械式測振儀（如蓋格爾測振儀等）。傳感器的機械接收原理就是建立在此基礎上的。相對式測振儀的工作接收原理就是，在測量時，把儀器固定在不動的支架上，使被測物體與觸桿的振動方向一致，并借被測物體表面與彈簧的彈性力相接觸，物體振動，觸桿就跟隨被測物體一起運動，并且振動物體的位移隨時間的變化曲線隨推動記錄筆桿在紙帶上的移動被描繪出，移的大小及頻率等參數就可以根據這個記錄曲線可以計算出位。因此本系統采用相對式電動傳感器。2.2.5 溫度傳感器本系統中需要測量四個部位的溫度，即：主機電動機溫度、主機齒輪箱溫度、制動器線圈溫度、機房溫度。溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）

36、和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數字輸出兩種類型。原則上說，以上任何一種傳感器都可以用在本系統對電機的測溫中。溫度傳感器中最常用的溫度測量是熱電偶。其最主要好處是適應各種大氣環(huán)境寬和溫度范圍，而且便宜、結實、無需供電。在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構成熱電偶，當熱電偶一端受熱時，就在熱電偶電路中產生電勢差。從而就可用測量出來的電勢差來計算溫度。不過，溫度和電壓之間是非線性關系，因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量，并利用測試設備硬件或軟件在儀器內部處理電壓-溫度變換，以最終獲得熱偶溫度(Tx)。Agilent34970A和34980A數據采集器均有內置的測量

37、了運算能力。半導體材料是熱敏電阻的主要材料，負溫度系數占絕大多數，即阻值隨溫度降低而增加。阻值會隨溫度變化而造成大的改變，因此這種溫度傳感器是最靈敏的溫度傳感器。但由于線性度在熱敏電阻中極差，并且與生產工藝有很大關系。標準化的熱敏電阻曲線在制造商給不出來。由于熱敏電阻體積非常小使得溫度變化的響應也非?？?。所以小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感，不過但熱敏電阻需要使用電流源。通過參考其他廠家的資料，結合本系統設計的需求，最后定為DSl8B20集成溫度傳感器。DSl8B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁

38、鐵吸附式，封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。DS18B20具有特點：(1)具有獨特的單線接口方式，為實現微處理器與DS18B20的雙向通訊在DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可。(2)測溫范圍:55125，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）0.5。(3)多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，但最多只能并聯8個，實現多點測溫，但是數量過多，會使供電電源電壓過低，以至于造成信號傳輸的不穩(wěn)定。(4)工作電源:35V/DC（可以數據線寄生電源）(5)在使用中不需要任何外圍元件(6)測量結果以912位數字量方式

39、串行傳送(7)不銹鋼保護管直徑6(8)適用于DN1525,DN40DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫(9)標準安裝螺紋 M10X1,M12X1.5,G1/2”任選(10)PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。因此，DS18B20十分適合在本系統中應用。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 電梯監(jiān)控系統設計3 電梯監(jiān)控系統設計本系統中設計方案使用STM32F107VCT6芯片，采用STM32系統芯片的庫函數，采集現場信息，對信息進行處理，分類。用戶通過232總線或者485總線，與電梯控制器通訊，獲得電梯運行信息。當電梯發(fā)生故障時，安裝在電梯控制柜里的數據采集器產

40、生聯動，發(fā)出報警信號，同時上報給服務器，現場工作人員及遠程控制室就可以及時知道哪部電梯發(fā)生了故障，什么時候發(fā)生了故障，以便及時采取措施。3.1 系統結構框圖和原理圖設計電源模塊A/D轉換模塊JTAG模塊傳感器模塊CAN總線模塊液晶顯示模塊報警及應急開關EEPROM模塊STM32F107PL2303USB轉換模塊3.2 系統硬件 本設計基于硬件電路設計編寫相應的軟件代碼，故在此僅介紹相關的引腳接法。各主要模塊引腳具體分配如下：3.2.1 CPU模塊CPU使用STM32F107VCT6芯片，是意法半導體為ARM M3內核出的用于自動控制領域的微處理器。F107是互聯型接口和內部資源較多，F103是

41、增強型。相比103，F107加入IEEE以太網接口,2個I2S音頻接口（做音頻解碼用），全部64kB的SRAM緩存。STM32系列專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計，采用Cortex-M3內核。72MHz 是STM32F107達到的時鐘頻率，是同類產品中性能最高的產品。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產品，相當于0.5mA/MHz。STM32系列使用來自于意法公司具有突破性Cortex-M3內核，為了方便用戶方便地訪問STM32的各個標準外設，并使用它們的所有特性，ST公司提供了免費的軟件包。使用外設驅動：這時應用程序開發(fā)基于外

42、設驅動的API（應用編程接口）。只需要配置文件“stm32f10x_conf.h”，并使用相應的文件。不使用外設驅動，這時應用程序開發(fā)基于外設的寄存器結構和未定義文件。則需要使用標準外設庫。根據各模塊需要分配引腳，主要模塊引腳具體分配如下：25號PA2引腳（USB_TXD），26號PA3引腳（USB_RXD）：用于USB模塊。29號PA4引腳（DAC_OUT1），30號PA5引腳（DAC_OUT2），35號PB0引腳（ADC_IN1），36號PB1引腳（ADC_IN2）：數模轉換模塊。68號PA9引腳（USART1_TX），69號PA10引腳（USART1_RX），7號PC13引腳（USART

43、2），83號PD2引腳（USART2_RX）：串口轉GPRS通訊模塊。78號PC10引腳（485_TX2），79號PC11引腳（485_RX2），85號PD4引腳（485_DIR2），86號PD5引腳（485_TX1），87號PD6引腳（485_RX1），88號PD7引腳（485_DIR1）:485通訊模塊55 號PD8引腳（MII_RX DV/RMII_CRSDV），56號PD9引腳（MII_RXD0），57號PD10引腳（MII_RXD1）：以太網模塊圖中0歐電阻可以當跳線使，也可以當熔斷電阻用，也可以當電感用，也可以作為電路的隔離點，根據布板的需要而設定，在原理圖上意義就是導線。如果使用

44、內部RC振蕩器而不使用外部晶振，則可以：1）對于100腳或144腳的產品，OSC_IN應接地，OSC_OUT應懸空。2）對于少于100腳的產品，可以采用OSC_IN和OSC_OUT分別通過10K電阻接地。此方法可提高EMC性能。或者分別重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1為推挽輸出并輸出'0'。此方法可以減小功耗并(相對上面2.1)節(jié)省2個外部電阻。圖3-1 STM32F107模塊電路原理圖 PC14與OSC32_IN公用一個引腳，PC15與OSC32_OUT公用一個引腳，它們的使用方法如下：當LSE（低速外部時鐘信號）開啟時，這兩個公用管腳

45、的功能是OSC32_IN和OSC32_OUT。當LSE（低速外部時鐘信號）關閉時這兩個公用管腳的功能是PC14和PC15。備用區(qū)域控制寄存器(RCC_BDCR)的LSEON用于控制LSE的開啟或關閉。本設計中共有5個LED燈，LED導通發(fā)光時的正向壓降V=1.21.7V，高亮LED正常亮度對應電流f=13mA，取f=2mA，Vf=1.6V，則相應的限流電阻R值會直接影響LED的亮度。因為LED僅作為指示用，對R的誤差值無要求?？紤]到市場最常見的是±5%的電阻，故可選1.6k或1.8k的電阻。3.2.2 PL2303USB模塊PL2303是由RS232-USB接口轉換器高度集成的，可提

46、供USB功能接口與一個RS232全雙工異步串行通信裝置便利聯接的解決方案。該器件內置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器，并且?guī)в腥空{制解調器控制信號的UART，實現RS232信號與USB信號的轉換只需外接幾只電容即可。該器件作為RS232/USB雙向轉換器，一方面從主機接收USB數據并將其轉換為RS232信息流格式發(fā)送給外設；另一方面從RS232外設接收數據轉換為USB數據格式傳送回主機。 PL2303的1號引腳TXD接（USBRXD）。5號引腳RXD接（USB_TXD），通過220K上拉電阻連到4號引腳VDD_325，再通過7號引腳GND接地。27號OSC2和28號OSC1引腳連接12

47、M晶振，與26、25、24、23、22、21號引腳并聯接地。圖3-2 PL2303USB模塊引腳接線圖3.2.3 模數轉換模塊模數轉換部分采用ADC0804芯片。ADC0804是8位全MO中速A/D轉換器，它是逐次逼近式A/D 轉換器，有三態(tài)數據輸出鎖存器在片內，可以直接和單片機接口。單通道輸入時轉換時間大約為100us。ADC0804轉換時序是：可進行A/D 轉換是當CS0時。A/D開始轉換是在WR由低到高時，轉換一次一共需要6673個時鐘周期。WR與CS同時有效時啟動A/D轉換，INTR信號在轉換結束產生（低電平有效），可中斷信號或者提供查詢。圖3-3 模數轉換模塊引腳接線圖3.2.4 C

48、AN總線模塊81號PD0引腳接（CAN1_RX），81號PD1引腳接（CAN1_TX），91號PB5引腳接（CAN2_RX），92號PB6引腳接（CAN2_TX）。圖3-5 CAN總線模塊引腳接線圖3.2.5 EEPROM與JTAG模塊圖3-6 EEPROM模塊電路圖 24LC02B芯片可對存儲信息長時間保存，關閉電源，所存信息也不會丟失，是一種8*8bit串行可擦除EEPROM存儲器。功耗低、可編程。存儲器由輸入/輸出邏輯控制電路，存儲控制電路，HV發(fā)生電路，X譯碼器，存儲矩陣電路，高速緩存存儲器，Y譯碼器及讀出放大器，讀/寫控制電路等組成。I2C總線數據輸入/輸出5號腳（SDA）和I2C總

49、線時鐘數據輸入6號腳（SCL）工作電壓為4.9V，在路電阻為7.2k，所以可以直接接到CPU上，不需限流電阻，通過上拉電阻和8號引腳(VCC)相連。引腳1,2,3都為地址線，負責芯片選擇，而本設計中不需要選擇，4號引腳為接地端，7號腳一般空置不用，所以這幾個引腳接地。JTAG芯片中，9號引腳TCK：測試時鐘輸入；5號引腳TDI：測試數據輸入，數據通過TDI輸入JTAG口；13號引腳TDO：測試數據輸出，數據通過TDO從JTAG口輸出；7號引腳TMS：測試模式選擇，TMS用來設置JTAG口處于某種特定的測試模式?？蛇x3號引腳TRST：測試復位，輸入引腳，低電平有效。3.2.6電源模塊直流電中的脈

50、動成分的大小用脈動系數來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。圖3-7 電源模塊電路圖脈動系數(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值輸出電壓的直流分量（3-1）交流干擾信號大部分將被電感阻止吸收變成磁感和熱能,剩下的大部分被電容旁路到地,這就可以抑制干擾信號的作用,在輸出端就獲得比較純凈的直流電流。整流后由于濾波用的電容器容量較大，故必須使用電解電容。濾波電容用于功率放大器時，其值應為10000F以上，用于前置放大器時，容量為1000F左右即可。當電源濾波電路直接供給放大器工作時，其容量越大音質越好。但大容量的電容將使阻抗從10KHz附近開始上升。這時應采取幾個稍小電容并聯成大電容同時也應并聯

51、幾個薄膜電容，在大電容旁以抑制高頻阻抗的上升。3.2.7液晶顯示模塊1602字符型液晶是1602液晶的別稱，它是一種專門用來顯示符號、數字、字母等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個字符在每個點陣字符位都可以顯示，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。16X2是1602LCD所指顯示的內容,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。它的特點有：3.3V或5V工作電壓，內含復位電路，對比度可調，提供各種控制命令,如：光標閃爍、顯示移位、字符

52、閃爍、清屏等多種功能，顯示數據存儲器DDRAM有80字節(jié)，內建字符發(fā)生器CGROM有192個5X7點陣的字型，8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。圖3-8液晶顯示電路圖攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 電梯監(jiān)控系統軟件設計4 電梯監(jiān)控系統軟件設計4.1 系統軟件總體結構系統軟件總體結構如圖4-1所示，整個程序是圍繞STM32F107VCT6單片機設計的，軟件程序采用模塊化設計，更容易理解和調試。整個程序除主程序之外還有4個部分：系統初始化子程序、RS232通訊子程序、I/O數據采集子程序和RS485通訊子程序。主程序I/O口數據采集子程序模數轉換子程序PL2303USB訊子程序

53、系統初始化子程序圖4-1 軟件結構圖主程序流程圖如圖4-2所示。系統運行后進入主程序，首先對系統硬件進行初始化，而后再對網絡進行初始化，然后檢查網絡連接是否正常，連接正常則進行周期運行顯示，不正常則重新進行連接。其主要程序代碼和注釋如下：int main(void)System_Setup(); /系統的時鐘、以太網、I/O口、中斷和外設設置LwIP_Init(); /網絡初始化IP地址分配Check_ETH_PHY(); /檢查以太網連接while (1)System_Periodic_Handle() ; /系統周期運行顯示處理圖4-2 主程序流程圖4.2 系統子程序流程4.2.1 系統初

54、始化程序系統進入初始化部分后，先進行時鐘設置，然后再對需要用到的中斷、CAN總線，232總線、DMA、A/D、I/O口鍵盤等進行相應的設置。其主要程序代碼和注釋如下：void System_Setup(void)RCC_ClocksTypeDef RCC_Clocks;/定義結構體SystemInit();/各部分時鐘設置RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_ETH_MAC|RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Tx|RCC_AHBPeriph_E

55、TH_MAC_Rx, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOARCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIODRCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1RCC_APB1Periph_CAN2, ENABLE); NVIC_Configuration(); / 網絡中斷配置