一种基于四层电梯模型的控制电路

1.本发明涉及电梯控制技术领域，更具体的说是涉及一种基于四层电梯模型的控制电路。


背景技术：

2.在电梯教学中，使用实际电梯写控制程序有很多问题难以解决，所以设计了一种四层电梯模型，四层电梯模型需要使用一个易于使用、成本不高、方便使用c语言编程开发、体积不大的控制系统，同时满足这些要求是一个难点。传统的plc控制系统通常不能使用c语言编写复杂算法，个人计算机控制系统体积偏大、成本偏高，而单片机电路板可以满足这些要求。如何设计一个单片机电路板对四层电梯模型进行控制，是一个难点。有了这样一个控制系统，就容易在此基础上根据机械和电路情况编写控制算法。
3.因此，如何设计一种基于此四层电梯模型的单片机控制电路，简化接线，并且能够实时监控电梯模型运行状态以及控制电梯模型运行，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于四层电梯模型的控制电路，实现了对四层电梯模型的信号检测和控制；可以对外输出程序运行速度的指示，并且可以简化多机通信接线，节约了观察方的串口数量。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于四层电梯模型的控制电路，包括单片机电路和信号转换电路；
7.所述信号转换电路用于接收电梯检测信号并做电平转换后发送给单片机电路，接收单片机控制信号并进行转换后发送给四层电梯模型；
8.所述单片机电路用于接收经所述信号转换电路转换后的电平信号以及向所述信号转换电路发送控制信号。
9.进一步的，所述单片机电路的主控芯片为stm32f103rbt6芯片，其中，所述stm32f103rbt6芯片的引脚3和引脚4之间设置有8mhz的晶振x1，用于为所述stm32f103rbt6芯片提供8mhz的稳定主频。
10.进一步的，所述stm32f103rbt6芯片还包括频率输出插针j2，所述频率输出插针j2，用于外部检测电梯控制程序的运行速度。
11.进一步的，所述stm32f103rbt6芯片还包括逻辑电平串行通信插针j5，用于对外建立通讯。j5插针可以实现多机通信，其作为从口使用，多个stm32f103rbt6芯片的j5连接在一起与外部主逻辑电平串口通信，通过外部主逻辑电平串口实现对多个四层电梯模型的观察和控制。
12.进一步的，所述信号转换电路包括电梯端针接口和逻辑电平转换电路，所述逻辑电平转换电路包括多个74hc245芯片；所述电梯端针接口通过所述多个74hc245进行逻辑电平转换；所述74hc245芯片用于提高负载能力，提高抗干扰能力和增加电梯接口电缆长度。
13.进一步的，所述信号转换电路还包括电源部分，所述电源部分上设置有二极管，用于避免与所述单片机电路同时供电和防止电源正负极接反。
14.进一步的，所述信号转换电路还包括对单片机板的孔接口，用于插接单片机电路。
15.进一步的，单片机电路的复位电路包括用于程序运行故障时重启的复位开关。
16.进一步的，所述电梯端针接口包括信号输入端和信号输出端，所述输入信号端用于接收四层电梯模型信号；所述输出信号用于将所述控制信号输出至所述四层电梯模型；所述信号输出端有下拉电阻，用于在不插接单片机电路或单片机电路程序没有启动运行时，对四层电梯模型输出低电平，防止电梯模型误动作。
17.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于四层电梯模型的控制电路，实现了对四层电梯模型的信号检测和控制；stm32f103rbt6电路板有频率输出插针，可以用于外部检测电梯控制程序的运行速度；控制程序每运行一个循环周期，可以翻转对外输出的电平，通过检测此引脚的频率，可以测算程序运行的速度；stm32f103rbt6电路板采用8mhz的晶振，从而获得了稳定可靠的运行主频；多个stm32f103控制板的逻辑电平串行通信接口可以作为从口连接在一起，与一个外部观察用的主逻辑电平串行通信接口接在一起，这样外部主逻辑电平串行通信接口可以监测所有的四层电梯模型的控制板的工作状态，简化了通信接线，节约了观察串口数量；74hc245的印刷电路板元件的设计可以兼容宽体和窄体两种尺寸的芯片。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
19.图1附图为本发明提供一种基于四层电梯模型的控制电路的结构示意图；
20.图2附图为本发明单片机电路板的核心电路结构示意图；
21.图3附图为本发明中多个从串口通信接口与一个外部作为主串口通信接口连接示意图；
22.图4附图为本发明中信号转换板的电梯端针插口与三态驱动芯片部分的示意图；
23.图5附图为本发明中单片机电路和信号转换电路相连接的信号转换电路的孔插口定义示意图，单片机电路的针插口定义与此类似；
24.图6附图为本发明中所用到的四层电梯模型输入输出接口定义示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明实施例公开了一种基于四层电梯模型的控制电路，包括单片机电路和信号转换电路；
27.信号转换电路用于接收电梯检测信号并做逻辑电平转换后发送给单片机电路，接收单片机控制信号并进行转换后发送给四层电梯模型；
28.单片机电路用于接收经信号转换电路转换后的电平信号以及向信号转换电路发送控制信号。
29.为了进一步实施上述技术方案，单片机电路的主控芯片为stm32f103rbt6芯片，其中，stm32f103rbt6芯片的引脚3和引脚4之间设置有8mhz的晶振x1，用于为stm32f103rbt6芯片提供8mhz的稳定主频。
30.为了进一步实施上述技术方案，stm32f103rbt6芯片还包括频率输出插针j2，用于外部检测电梯控制程序的运行速度。
31.为了进一步实施上述技术方案，stm32f103rbt6芯片还包括逻辑电平串行通信插针j5，用于对外建立通讯，其既可以实现一对一通信，又可以实现一对多通信。
32.下面结合图2和图3对本发明中的主控芯片进一步说明：
33.在stm32f103rbt6电路板中，u1为stm32f103rbt6芯片由3.3v电源供电，在stm32f103rbt6芯片中，引脚3还通过30pf的电容c29接地，引脚4通过30pf电容c28接地；
34.u2为复位芯片，用于对单片机提供可靠的低电平上电复位信号，复位芯片由3.3v电源供电，复位芯片的输出端通过10r的电阻r1与stm32f103rbt6芯片的引脚7连接；
35.u3为lm1117-3.3v电源稳压芯片，其输入电压为5v，输出电压为3.3v，输入端和输出端都需要对地连接电容；
36.发光二极管d4用于监测电源是否供电，3.3v电源通过1千欧姆的电阻r3连接发光二极管d4，电源供电时，发光二极管d4亮；电源不供电，发光二极管d4灭；d3在编程时可以设定为每秒钟亮灭一次，可以用于观察单片机程序是否启动并运行，3.3v电源通过1千欧姆的电阻r2通过发光二极管d3连接到stm32f103rbt6的引脚21。
37.j1插针用于以swd方式下载程序。j2插针对外提供程序运行速度指示，可以在编程时设定为程序每运行一个周期，此插针的第二脚的输出电平高低翻转一次，如果外接频率计，可以检测出程序运行速度；j2插针与stm32f103rbt6芯片的pc13引脚连接。j6连接件用于外接5v直流电源。
38.j5插针可以实现多机通信，其作为从口使用，多个stm32f103rbt6电路板的j5连接在一起与一个外部的主逻辑电平串口通信，实现对多个四层电梯模型的观察和控制；具体连接方式如图3，其中，a.j5和b.j5为两个不同stm32f103rbt6电路板上的串口通信插针，两个电路板分别记为a板和b板，m.j5为主串口通信接口；在主串口通信接口的接收引脚连接有100千欧姆的上拉电阻；发送引脚不发送数据时，其为高电平；如果某个控制板比如a板的串口发送引脚对外输出低电平，通过二极管，主逻辑电平串口接收端变为低电平，其它控制板比如b板的发送引脚连接的二极管不导通，从而保护了其输出引脚。通过分时通信，主逻辑电平串口可以实现与任何一个控制板通信。如果a和b串口发送引脚输出高电平，主逻辑电平串口接收引脚通过上拉电阻也变为高电平。通过本发明，可以有效地节约主逻辑电平通信接口数量。
39.为了进一步实施上述技术方案，信号转换电路包括电梯端针接口和逻辑电平转换电路，电梯端针接口与四层电梯模型信号的输入输出接口通过多芯电缆相连接；逻辑电平转换电路采用的是多个74hc245三态驱动芯片，其响应速度快，可以提高输出负载能力，增
强抗噪声干扰能力，增加电梯接口电缆长度。
40.在本实施例中，信号转换电路还包括控制端孔接口，用于将单片机板插接在信号转换电路板上；
41.其中，控制端针接口集成于stm32f103rbt6电路板上，单片机电路和信号转换电路是共地的；单片机电路可以通过控制端针接口接入电源，对整个电路进行供电；也可以通过内部的j6电源接口接入电源对信号转换板供电；为了避免单片机电路板的j6接口和信号转换电路板的j4接口同时供电，信号转换电路板电源部分上设置有二极管，此二极管也可以避免j4接口的电源正负极接反。
42.信号转换电路中扩充了一个pa9、pa10引脚的usart1，作为第二个串行通信口使用，并且在pa10引脚上做了指示灯，用于显示通信状态。信号转换电路上焊接了复位开关，在程序遇到问题时，按下复位开关，起到重启程序的作用。
43.为了进一步实施上述技术方案，电梯端针接口包括输入信号和输出信号，输入信号用于接收电梯信号；输出信号用于控制四层电梯模型；
44.多个74hc245三态驱动芯片中，包括用于接收电梯信号的第一类74hc245三态驱动芯片，还包括用于发送控制信号的第二类74hc245三态驱动芯片。
45.第一类74hc245三态驱动芯片的具体的连接方式包括：电梯端针接口的信号输入引脚连接74hc245芯片的输入引脚，74hc245芯片的输出引脚用于连接stm32f103rbt6电路板的输入引脚。
46.第二类74hc245三态驱动芯片的具体的连接方式包括：stm32f103rbt6电路板的输出引脚连接到第二类74hc245芯片的输入引脚，第二类74hc245芯片的输出引脚连接到电梯端针接口的输出引脚。
47.下面结合图4、图5和图6对本发明进一步进行说明：
48.图4中的j3为电梯端针接口，其引脚分布与图6中的电梯引脚接口相对应；u1、u2、u3和u4均为74hc245三态驱动芯片，且三态驱动芯片和电梯端针接口均由5v电源进行供电，其作用用于将3.3v电源下的逻辑电平信号转换为5v电源下的逻辑电平信号，起到提高负载能力，增强输出，提高抗干扰能力，增加电梯接口电缆长度的作用。经过实测，0.5米的40芯电缆连接电梯与信号转换板可以正常工作。其中，芯片u3和芯片u4的外围电路中的电阻r6、r7、r8、r9、r18、r19、r20、r4、r12、r13、r16、r14、r15为下拉电阻，用于提供一个低电平，如果没有插接stm32f103rbt6电路板，或者单片机没有启动工作，对四层电梯模型输出低电平，保证安全，电机不启动，防止电梯模型误动作。d3用于观察通讯串口1口接收状态，d5用于观察发送状态；j4用于接入5v直流电源，如果此处不接电源，也可以用stm32f103rbt6电路板中的j6接入电源。
49.图5中j1和j2为单片机电路和信号转换电路相连接的信号转换电路的孔插口定义接口，在stm32f103rbt6电路板中有与j1、j2相同结构的针接口，通过插接的方式，将其与j1、j2相互连接，能将stm32f103rbt6电路板的插针电信号传递给信号转换电路。
50.图6为四层电梯模型的对外接口定义。接口的第1、2引脚是接收外部输入电源，作为内部光耦的电源使用，可以连接直流5v电源。接口的第3、5、7、9分别是轿厢内的“去1、2、3、4层”轻触开关状态输出引脚，接口的第11脚是第一层外部的上轻触开关状态输出，第13、15引脚分别是第二层外部上、下轻触开关状态输出，第17、4引脚分别是第三层外部上、下轻
触开关状态输出，第6引脚是第四层外部下轻触开关状态输出，轻触开关按下对外输出高电平，轻触开关弹起对外输出低电平，平时轻触开关是弹起状态。接口的第8、10、12、14引脚分别是电梯轿厢到达第一、二、三、四层的传感器输出，当轿厢到达相应的楼层，传感器输出高电平，当轿厢离开此楼层，则相应的传感器输出低电平。接口的第16、18引脚是轿厢内的开门、关门轻触开关状态输出。接口的第19、20、39、40引脚是电源地输入。接口的23、25引脚是轿厢上下行电机的输入控制，当其输入信号分别是低低、低高、高高、高低电平时，轿厢上下行电机分别控制轿厢处于静止、下行、上行、静止状态。接口的27、29引脚是门电机的输入控制，当其输入信号分别是低低、低高、高高、高低电平时，门电机分别控制电梯门处于静止、关门、开门、静止状态。接口的31、33、35、37、24、26引脚分别是“1层上”、“2层上”、“2层下”、“3层上”、“3层下”、“4层下”开关的背景灯，当外部输入高电平时，背景灯点亮，输入低电平时，背景灯熄灭。接口的28、30引脚分别是开门到位、关门到位传感器状态输出，当门处于打开状态时，开门到位传感器输出高电平，关门到位传感器输出低电平；当门处于关闭状态时，开门到位传感器输出低电平，关门到位传感器输出高电平。接口的32、34、36引脚接收外部高低电平组合信号，点亮楼层显示八段码显示器，详细情况见表1。
51.表1.八段显示器显示内容和控制信号之间的关系
[0052][0053][0054]
stm32f103控制板插在转换板上后，可以通过40针插针连接电缆接在四层电梯模型40针接口上，实现stm32f103rbt6单片机对四层电梯模型的信号检测和电梯运行的控制，单片机gpio口和电梯的各功能组件引脚的对应关系见表2。
[0055]
表2.stm32f103rbt6芯片各引脚功能
[0056]
[0057][0058]
本发明通过基于stm32f103rbt6芯片，实现了对四层电梯的信号检测和控制。
[0059]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0060]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。