毕业设计-五层电梯模型试验系统的硬件设计.doc

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本科毕业设计说明书

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题 目：五层电梯模型实验系统的硬件设计
学生姓名：xx
学 院：xx
系 别:xx
专 业：xx
班 级:xx
指导教师：xx

二○○七年六月

摘 要
电梯是一种重要的垂直交通运输设备，又是比较复杂的机、电结合成一体的大型工业产品，既有完善的机械专用构造,又有复杂的电气控制部分。电梯自动控制系统是楼宇自动控制、工业过程控制的典型实例,也是人们研究的热点问题.根据实用电梯抽象而成的电梯模型，不仅和实用电梯的主要功能相当，而且结构简单、形象直观、演示效果好，可以验证各种控制策略，因此成为PLC、电气控制等课程实践教学的理想研究对象.
本文针对教学实验的要求,本着“功能完备、形象直观、结构简单、经济实用”的原则,设计了五层电梯模型。主要工作内容包括以下几方面：
⑴ 对设计的五层电梯模型从系统组成、实现功能、工作原理等方面进行了全面的分析；
⑵ 基于模块化思想，设计了用于内外呼梯、楼层检测、信息显示的信号综合及显示电路；
⑶ 综合考虑各种因素，采用H型PWM调速设计轿厢控制系统;
⑷ 设计了由步进电机控制电梯门工作的驱动电路;
⑸ 对电梯外观进行了初步设计。
尽管做了不少工作,但实验系统的实际应用还有许多工作要做,有待于今后进一步完善。
关键词：电梯模型;模块化设计；PWM调速;H型桥；门控；

Abstract
Elevator is a kind of important equipments which realizes vertical transportation,
as well as large industrial products which combines machine and electricity complexly。 It has perfect machine structure for special use and complexly electrical control components。 The elevator automatic control system is a classical example for industrial process and building automation control，also it is a hot issuse in explore. The elevator model,which is abstracted by practical elevator, it main function not only as practically elevator, but also has simple structure， visual image， good effect of demonstration, and can test many kinds of control strategies， so it has became the practice teaching course’s ideal study in the PLC、electrical control and so on 。文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途
The article against according to the requirement of the teaching experiment， based on the principle of completed functions， visual and simple, economical and practical. Design a five—story elevator model. Main tasks include the following port:
⑴ A five—story elevator model is designed， we comprehensive analysis it by the system comment, achieving functional and working principle.
⑵ Based on modular idea ,designed circuit for internal and external called for staircase， level detection, message signal integrated and display。
⑶ Considering various factors, designed the control system of elevator car by using speed regulation of H— shape PWM；
⑷ Designed the drive which undered stepper motor controlled elevator gate
⑸ Designed preliminary the elevator’ appearance.
Although a lot of research works have done， there is also much work to do in the experimental system of practical application， such as realizes specifically, achieve further consummation.
Keywords:Elevator Model; Modularization design； PWM speed regulation; H— bridge； Gate-controlled。

目 录
引 言 1
第一章 概 述 2
1.1 电梯的发展概况 2
1.2 电梯的发展趋势 3
1。3 课题来源及意义 4
1.4 本文主要工作 5
第二章 电梯模型的组成及工作原理 6
2.1系统组成 6
2.1.1 信号综合及显示电路 6
2.1.2 轿箱控制系统 7
2。1。3 门控电路 7
2.2 工作原理 8
第三章 电梯模型的电气系统硬件设计 9
3。1 信号综合及显示电路 9
3。1.1 呼叫电路 9
3.1.2 检测电路 10
3.1。3 显示电路 12
3.2 轿箱控制系统 14
3.1.1 主电路及保护电路设计 14
3.2.2 驱动电路设计 16
3.2.3 保护电路设计 18
3。2.4 控制电路设计 20
3。3 门控电路 27
3.3.1 门控及驱动电路 27
3.3。2 门控控制电路设计 30
3。4 稳压电源电路的设计 34
第四章 电梯模型的结构设计 37
4.1 总体结构的设计 37
4。2 曳引系统设计 39
4。3 门控系统 40
第五章 结论和展望 41
5.1 本文工作总结 41
5。2 展望 42
参考文献 43
附录 硬件原理图 45
A1 呼叫系统电路原理图 45
A2 楼层检测电路原理图 46
A3 信息显示电路原理图 47
A4 80C196KC单片机部分 48
A5 轿厢控制系统——主电路及驱动电路原理图 49
A6 门控系统控制电路原理图 50
谢 辞 52

图表目录
图2-1 电梯模型硬件系统组成 6
图3—1 呼叫电路原理图 9
图3-2 红外反射式开关内部结构 11
图3—3 红外开关产品实物图 11
图3—4 检测电路原理图 11
图3—5 显示电路原理图 12
图3—6 74LS373的引脚图 12
图3—7 74LS248引脚图 13
图3—8 双极式H型电路原理图 15
图3—9 MOSFET驱动电压的波形 15
图3-10 IR2110引脚排列 16
图3—11 IR2110内部功能框图 17
图3—12 IR2110驱动半桥的电路原理图 18
图3-13 阻容吸收保护电路 19
图3-14 过电流保护电路 20
图3-15 过电压保护电路 20
图3—16 80C196KC的结构封装图 21
图3—17 控制电路原理图 24
图3—18 保护信号输送电路 25
图3-19 看门狗保护电路 26
图3—20 MAX704引脚图 26
图3—21 L298外形图 27
图3-22 L298的内部结构 28
图3-23 L298的引脚排列 28
图3-24 门控驱动电路原理图 29
图3-25 L297外形图 31
图3—26 四相八拍、半步方式或称半阶段 31
图3-27 双四拍、整步方式或称全阶段 31
图3-28 单四拍、整步方式 32
图3-29 L297的引脚图 32
图3—30 三端稳压器 34
图3—31 三端稳压器的内部原理框图 35
图3-32 由W7824组成的稳压电路图 36
图3—33 电压产生原理图 36
图4-1 电梯模型控制系统的外型 37
图4—2 电梯模型结构示意图 38
图4—3 电梯呼叫面板 38
图4-4 曳引结构示意图 39
图4-5 电梯门构造示意图 40

表3.1 按键代码和功能 10
表3.2 楼层检测代码 11
表3.3 4线—七线译码/驱动器功能表 14

引 言
首次使用的乘客电梯出现于18 世纪90 年代后期.1889 年,Otis 公司在纽约成功安装了一台直接连接式升降机,这是以直流电动机为动力的世界上第一台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的乘客电梯。电梯驱动控制技术的发展经历了直流电机驱动控制、交流单速电机驱动控制、交流双速电机驱动控制、直流有齿轮和无齿轮调速驱动控制、交流调压调速驱动控制、交流变压变频调速驱动控制以及交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。
随着第一个半自动化电梯控制器在19世纪20年代的使用，原始的服务员执守工作方式已减少为一个开关门的操作.直到1950年，由电力机械继电器系统组成的全自动电梯控制器的应用取消了服务员执守。到20世纪70年代,基于微处理器的电梯控制器得到广泛应用,使得更为复杂的调度算法的实施成为可能,由此产生了电梯群控的概念.
电梯操纵控制方式经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯则出现了并联控制、智能群控等.随着智能控制技术在电梯群控系统中的广泛应用，电梯交通系统和其他设施融为一体，智能建筑的整体功能得以充分发挥［1]。
作为重要的垂直交通运输设备，本身是复杂的机电结合体,既有完善的机械专用构造,又有复杂的电气控制部分，并且运行过程直观、效果明了，是理想的工业控制研究对象。根据实用电梯抽象而成的电梯模型,不仅和实用电梯的主要功能相当,而且结构简单、形象直观、演示效果好，可以验证各种控制策略，已成为PLC电器控制的热点研究问题。

第一章 概 述
1。1 电梯的发展概况
在人类生产发展史上，电梯是随着生产的发展和生产力的提高而出现和发展的。名符其实的电梯,于1889年出现。在此之前，电梯经历了初期的绞车阶段和升降机阶段。电梯的发展大体上可分为如下五个阶段：
    （1）13世纪前的绞车阶段.在人类的远古时代就出现了绞车。文献记载，在公元前2600年左右，古代的埃及人使用绞车搬运石料建造金字塔。
    (2）19世纪前半叶的升降机阶段.这个时期,由于蒸气机的发明,人类进入了以发动机代替繁重体力劳动的新时期。使用人力的绞车被以蒸汽为动力的、具有简单机械装置的升降机代替了。英国首先于1835年出现了用蒸气机驱动的升降机。这个时期的升降机以液压或气压为动力,安全性和可靠性还无保障。
    (3)19世纪后半叶的升降机阶段。从1852年起到1889年前的这一阶段,突出代表是埃利沙·古利普斯·奥梯斯（Otis）本人和奥梯斯公司的工作。1852年,奥梯斯在总结前人经验的基础上制成了安全升降机；1853年成立奥梯斯兄弟公司。1885年，建筑家W·L·杰尼开始采用钢架结构，从此人类开始建造高层建筑物了。
    （4）1889年电梯出现之后的阶段。1889年12月,奥梯斯公司研制出用电力拖动的升降机——真正的电梯,安装在纽约市Demarest大楼中,运行速度0。5m/s。该升降机已初步具有现代电梯的基本传动构造，成为现代电梯的鼻祖。以后出现了大量的、一系列的电梯技术.这一阶段一直持续到20世纪70年代中期。
    （5）现代电梯阶段。从1975年开始的新的电梯阶段，以计算机、群控和集成块为特征，配合超高层建筑的需要，向高速、双层轿厢、无机房等多方面的新技术方向迅猛发展，电梯交通系统成为楼宇自动化的一个重要子系统了。本文为互联网收集,请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络
电梯控制技术的发展经历了手柄开关控制、安钮控制、微驱动平层控制、集选控制、交流双速控制、直流变压调速控制、交流调速控制和计算机控制诸阶段。在我国，电梯所用原器件在1965年以前，控制装置以电磁元件为主。从1975年起，大力推广晶体管和晶闸管技术。1980年以后,代替电磁继电器元件的是计算机、功率电子学和各种传感技术元件.控制手段的变化则经历了从用模拟量作控制量，到用数字量作控制量,又到变成全数字量的速度控制系统［2]。
电梯控制技术将向高性能方向发展，即向可控硅供电直流高速电梯、交流调速电梯、VVVF控制的交流高速电梯、计算机控制的电梯及无机房电梯方面发展。
1。2 电梯的发展趋势
向高性能的电梯技术方向发展，是电梯控制技术今后发展的方向[3］。高性能的电梯技术主要有：可控硅供电的直流高速电梯、交流调速电梯、VVVF控制的交流高速电梯、电脑控制电梯。
①可控硅供电的直流高速电梯
此种梯形的发展趋势如下：
1）电动机—发电机组供电 可控硅供电 可控硅供电与变磁场系统；
2)直流有齿轮传动 直流无齿轮传动。
对于可控硅供电的直流高速电梯，由于节能,晶闸管供电的直流可逆传动系统在电梯上将得到进一步的完善和推广使用。
②VVVF控制的交流电梯
VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）即变频变压控制的电梯，首部VVVF控制的交流电梯由日本三菱电梯株式会社于1982年9月研制成功,安装在东京GotandaNN大楼里，速度为4m/s。它具有下述特点.
1)VVVF调速方式比可控硅供电方式能耗少5％~10％,而功率因数可提高20％左右。
2)建筑物电源设备的容量降低。
3）电梯机房的负荷减轻。
4）噪声降低。
因此,VVVF供电方式强于可控硅供电方式，是电梯界的新潮流.
③DS交流调速电梯
瑞士迅达有限公司推出的Dynatran-S(简称DS)交流调速电梯是一种低、中速梯，平层精度mm,调好后可达mm.利用能耗制动，但无需飞轮.与VVVF控制相比,用的部件少，减少了连续的能量损耗。
④微机控制电梯
三菱公司的SP－VF系统，用在多微机控制上。

⑤液压梯
其有优点是：机房不用建在房顶,位置可自由选择。液压元件价格下跌,液压机房价格便宜。
⑥无机房电梯
是近年来兴起的一项电梯新技术，有曳引驱动、液压驱动、螺母螺杆驱动、齿轮齿条驱动、皮带驱动、直线电动机驱动等方式。
⑦电梯的智能化
电梯一旦应用智能控制技术，就发展到了现代电梯阶段.智能化电梯要和智能大厦中的所有自动化信息系统联网，如与消防、保安、楼宇设备控制等系统交互联系，使电梯成为安全、舒适、高效、优质的服务工具。为此，在控制程序中采用了先进的调度原则，使群控管理具有最优的派梯模式。现在的群控算法已不是单一地依赖“乘客候梯时间最短"为目标了,而是采用模糊规则、神经网络、专家系统的方法，将候梯时间、舒适度等因素（专家知识)综合考虑并吸收到群控系统中去[3］.
⑧高速电梯和超高层建筑
现在世界上高速电梯的最大额定速度达到了1010m/min。
1.3 课题来源及意义
电梯作为现代生产、生活重要的运输和交通工具,是比较复杂的机、电结合成一体的大型工业产品，既有完善的机械专用构造，又有复杂的电气控制部分。电梯自动控制系统是楼宇自动控制、工业过程控制的典型实例，也是PLC、电气控制等课程实践教学的理想研究对象。
PLC作为机电一体化专业本科学生的一门重要的专业课程，日益受到人们的重视。研制一个五层楼电梯模型可以让学生熟悉PLC的应用，在高等工科学校实验中的广泛应用具有重要意义.该模型可以模拟电梯基本功能，作为教学装置，供学生进行PLC综合实验和编程模拟，增强对机电一体化的感性认识，培养学生的实际动手能力[2]。
但用于教学的电梯模型，往往结构过于简单、功能不够完备.设计一套结构简单、形象直观、功能齐全、性价比高的电梯模型可以较好地满足教学和科研的需要。
1。4 本文主要工作
本文着眼于PLC控制实验的需要,基于模块化的设计思想，设计一套经济实用、功能完备、配备灵活的具有典型对象特性的电梯模型实验系统，所做工作具有重要意义。
本文共分五章,各章的主要工作如下：
第一章简要介绍了电梯的发展历史和发展趋势。并对课题的来源和意义，进行阐述。
第二章根据实验系统的应用要求,从系统的组成、工作原理等方面对所要实现的电梯模型实验系统（装置)进行了分析和构思.
第三章基于系统结构特点和功能描述，从电梯模型实验系统的要求对电路设计及工作原理进行了系统的阐述，并对所选用器件作相应的介绍。
第四章设计电梯模型实验系统的外观、尺寸以及各个器件选取的规格，并设计出曳引系统和门控传动的实际样图。
第五章全面系统地总结了本文的全部工作,并指出有待进一步开展的工作。

第二章 电梯模型的组成及工作原理
2.1系统组成
本文设计的五层电梯模型系统组成如图2—1所示。

图2—1 电梯模型硬件系统组成
电梯模型实验系统主要由信号综合及显示系统、轿箱控制系统、门控系统三部分组成。信号综合及显示电路分呼叫电路、检测电路和显示电路三部分;轿箱控制系统包括主电路、驱动电路、控制电路和保护电路四部分；门控系统分为门控驱动电路和门控控制电路两部分。
2。1。1 信号综合及显示电路
1. 呼叫电路
本文设计的呼叫系统主要用于电梯外部楼层呼叫信号和轿厢内部楼层呼叫信号、门控制信号及消防维修信号的产生和传递。因为楼层和轿箱的呼叫是随机的, 所以系统控制应采用随机逻辑控制.采用简单的按键和门电路就可搭建成满足要求的电路，并且信号生成快、输送稳定。
2. 检测电路
检测电路主要用于对电梯位置进行实时检测，其检测电路采用红外反射式开关搭建而成。采用红外反射式开关对轿厢进行位置检测,大大提高了检测精度。当轿箱经过或停在某一层时，红外开关产生输入信号，并迅速把此信号以数字信号的形式传送给PLC，使PLC能够准确的判断出电梯轿厢位置,并执行相应程序。
3. 显示电路
显示电路主要用于对轿厢所在楼层位置的显示，其通过对检测电路输出信号的译码,并将其转换为半导体数码管的驱动信号，达到对轿厢实时位置的显示。每层都有半导体数码管显示,模拟了电梯运行的真实情况.
2.1.2 轿箱控制系统
轿厢控制系统主要用来实现轿箱上下位置移动和移动速度的控制。它包含双极性PWM直流调速控制电路，可实现电机的调速与转向控制。是整个电梯模型实验系统运动重要组成部分
1. 主电路
轿厢控制的主电路采用H桥双极性PWM控制技术，通过调节占空比来实现对直流电动机的调速和正/反转向的控制。
2。 驱动电路
主要用来产生H桥的驱动信号。
3。 控制电路
主要用来接收处理PLC的控制信号，产生双极性PWM信号控制驱动电路。并对保护和复位信号进行处理.
4. 保护电路
主要包括过流保护、过压保护、看门狗保护和阻容吸收保护电路.它们是维护电路安全，防止元器件损坏的必要措施。
2.1.3 门控电路
门控电路主要实现电梯轿厢门和厅门的开启/关闭功能.它主要是应用步进电机来控制电梯门传动装置，从而实现对电梯门的准确控制.
1。 门控驱动电路
门控驱动电路主要受控制电路控制,用来驱动步进电机转动。该电路由L298芯片构成,它具有双H桥驱动器,可同时驱动两台单极性步进电机.可实现步进电机的正/反转向调换功能，并具有良好的
2。 门控控制电路
该电路采用L297构成，其主要将来自80C196KC的各项控制信号转化成对L298的驱动信号，采用斩波调制技术控制电机电枢中的电流值，使其不超过最大允许范围。
2.2 工作原理
本实验系统采用OMRON公司出品的CJ1M系列PLC作为电梯的主控系统，其通过I/O口与电梯模型实验系统相连接，从而实现了PLC对电梯模型实验系统的信息处理和实时控制.
当电梯模型上有按键被按下时,呼叫系统随即产生相应信号传送给PLC，经PLC的I/O口送到CPU中处理,CPU处理后产生相应指令，执行相应程序。并通过I/O数据总线给电梯模型单片机80C196KC输送控制信号.
80C196KC接到PLC送来的控制信号后,通过其自身处理后,决定运行轿厢上升、下降，电梯门的开启或关闭，并通过输出端输送给相应器件，执行相应命令.从而实现了PLC对电梯模型实验系统的控制。
例如，轿厢在一楼,这时，三楼有按键被按下，随即产生三楼按键的信号代码。该信号迅速被送入PLC的I/O输入口中。PLC接到此信号后,立即送入CPU处理.CPU处理后执行轿厢上升程序，产生控制信号经I/O输出口传送给80C196KC.80C196KC收到信号后，经其内部CPU处理后,控制其输出端向轿厢的电机驱动电路送出双极性PWM控制信号,使电机正转，轿厢开始上升.当轿厢到达三层时，位置检测开关产生轿厢在三楼的位置信号，将其输送给PLC，PLC马上给80C196KC下达停止命令,80C196KC停止向电机驱动电路输送PWM波,则电机停转。

第三章 电梯模型的电气系统硬件设计
3.1 信号综合及显示电路
3。1.1 呼叫电路
图3—1 呼叫电路原理图
呼叫电路是信号综合电路的重要组成部分，主要用于实现电梯内、外呼梯信号的生成。它主要由按键、两片8线—3线优先编码器74LS148、一片四2输入与非门74LS00和电子锁组成.按键分内呼按键和外呼按键两部分。电路中共用15个按键，其中Y0～Y7为轿箱外呼按键，Y8～Y14为轿箱内呼及门控按键,Y15为消防维修电子锁。其各个功能如表3。1所示。74LS148和74LS00的作用是把各按键所入信号编辑为四位二进制编码，并将其送入PLC的数据I/O端口（1～4）中。各键按下时的代码如表3。1所示。例如,当Y2按下时，与其连接的74LS148的一端由高电平变为低电平，经过74LS148和74LS00转换，由74LS00输出代码0010，经数据总线送入PLC的数据接受I/O端口，由PLC处理并执行相应程序。图3-1为呼叫电路原理图。
电路中还设置了两组上拉电阻，其作用在于在没有输入信号时,使74LS148输入端维持在高电平。当有输入信号时，相应的端口变为低电平,74LS148输出相应代码。
表3。1 按键代码和功能
外 呼
内呼及维护
名称
代码
功能
名称
代码
功能
Y0
0000
五层向下
Y8
1000
呼叫一层
Y1
0001
四层向上
Y9
1001
呼叫二层
Y2
0010
四层向下
Y10
1010
呼叫三层
Y3
0011
三层向上
Y11
1011
呼叫四层
Y4
0100
三层向下
Y12
1100
呼叫五层
Y5
0101
二层向上
Y13
1101
呼叫开门
Y6
0110
二层向下
Y14
1110
呼叫关门
Y7
0111
一层向上
电子锁
1111
消防维护

3.1.2 检测电路
检测电路由十个红外反射式光电开关、两片四2输入或门74LS32,一片8线-3线优先编码器74LS148和上拉电阻组成。其主要作用是对电梯轿箱位置的实时检测，以确保电梯到达相应位置时，PLC能做出正确判断,并执行对应程序,控制相应器件进行动作。
红外反射式光电开关[4]的内部结构见图3-2。红外开关的红外发射管和接收管位于同一侧，光敏三极管只能接收反射回的红外光。当轿厢不经过开关时,红外光未被反射回接收管，光敏三极管接收到的红外光不能使光敏三极管导通，光电开关输出高电平；反之，当轿厢经过开关时，红外发射管发射的光经其反射后，被接收管接受，光电开关输出低电平。

图3—2 红外反射式开关内部结构 图3—3 红外开关产品实物图
如图3—4，每一层各安有上下两个红外反射光电开关（以下简称红外开关），它们能确保电梯在到达某一楼层后,准确的向PLC输送这一楼层的信号。当轿厢上、下端正好与某一楼层上、下端对齐时，这一层的两个开关都导通时，74LS32输出低电平。这一信号被送入74LS148，并产生相应代码.再由其输出端输送给PLC的数据I/O口（5～7）中。PLC可根据输送来的信号准确的判断出轿箱所在位置，并做出相应处理。电路图3-4所示。检测各楼层所用的代码如表3。2所示。
表3.2 楼层检测代码
楼层
检测代码
楼层
检测代码
一层
000
四层
011
二层
001
五层
100
三层
010

图3—4 检测电路原理图
上拉电阻的作用与呼叫电路中的作用相同，在此就不加累述了。
3。1.3 显示电路
显示电路主要用于显示电梯所在楼层号。其电路主要由一片八位锁存器74LS373、一片4线－七段译码/驱动器74LS248、一个共阴极VLED半导体数码管BS201和下拉电阻组成。
显示信号来自检测电路中的74LS32输出信号。当74LS32输出信号来到时，它被送入74LS373中锁存，并由其输送给74LS248的四个输入端，通过其译码并驱动半导体数码管BS201显示楼层号码。电路图如图3—5所示。

图3—5 显示电路原理图
下拉电阻的作用是在没有输入时使74LS248输入端保持低电平，从而使数码管不显示。
1。 八位锁存器（74LS373）
图3-6 74LS373的引脚图
八位锁存器（74LS373)的引脚排列如图3—6所示。其主要功能为将输入信号锁存,并持续向外输出被锁存的信号，直到有新的信号到来将原有信号冲刷掉。之后，输出端持续向外输出新的锁存信号，如此循环.图中管脚所代表的含义为：~为输入端，～为输出端。为工作电源，为接地端。为锁存允许端，当它为高电平时,随数据（）而改变；当它为低电平时，被锁存在已建立的数据电平。为三态允许控制端。当它为低电平时，～8 为正常逻辑状态可用赖驱动负载或总线。当它为高电平时，～呈高阻态，既不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响［5］。
2. 4线—七线译码/驱动器(74LS248）
图3—7 74LS248引脚图
4线-七线译码/驱动器（74LS248）的引脚排列如图3-7所示。其功能为把输入信号译成数码管所需的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示输入信号所代表的数值。图中管脚所代表的含义为：为译码地址输入端；为段输出端，高电平有效;为消隐输入(低点平有效)/脉冲消隐输出（低电平有效)；为灯测试输入端（低电平有效）；为脉冲消隐输入端（低电平有效）.
当要求输出0~15时,消隐输入（）应为高电平或开路,对于输出0时还要求脉冲消隐输入（）为高电平或开路。当为低电平时，不管其它输入端状态如何，均为低电平。
当和地址（）均为低电平,并且灯测试（）为高电平时，为低电平脉冲消隐输出（）也变为低电平。当为高电平或开路时，的低电平可使均为高电平.
在本次设计中所用到的功能如表3。3所示.
表3。3 4线—七线译码/驱动器功能表
数字
输 入

输 出
A3 A2 A1 A0
Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg
1
H X L L L H
H
L H H L L L L
2
H X L L H L
H
H H L H H L H
3
H X L L H H
H
H H H H L L H
4
H X L H L L
H
L H H L L H H
5
H X L H L H
H
H L H H L H H
3。2 轿箱控制系统
3.1.1 主电路及保护电路设计
轿厢控制系统实质上是一个调速系统。通过对驱动电梯模型的电动机的转速和转向的控制来满足轿厢按要求运行的目的。
本设计中选用60ZY105－2420直流伺服电机,该电机体积小、工作稳定、容易控制，额定电压（＋24V）、额定转速（1550r/min）、输出功率（20W）都满足设计要求.电机转速与电压的关系为:
(3-1）
考虑到PWM控制具有电路简单、低速性能好、稳速精度高等优点。轿厢控制系统的主电路采用双极性H型PWM变换电路。
图3-8为本设计中使用的双极性PWM变换的电路原理图.其中的功率开关采用2SK1389MOSFET。它允许通过的最大电流为50,最大允许电压为60V。它的特点是:1)开关速度高、开关损耗小；2）热稳定性好，安全工作区宽；3）电压控制器件输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单[6]。
4个MOSFET的栅极驱动电压分为两组.和同时导通和关联，其驱动电压；和同时动作，其驱动电压。它们的波形如图3—9所示。
在一个开关周期内，当时，和为正，MOSFET管和导通；而和为负，和截止.此时，+24加在电枢两端，,电枢电流沿1流通,此时电机正转，驱动轿厢上升。当时，和变负，和截止；和变正，但、并不立即导通，因为在电枢电感释放储能的作用下，电流沿回路2经、续流，在、上的压降使和极承受反压，这时，.在 一个周期内正负相间，只要调节占空比,即可实现轿厢驱动电机的速度和方向[7]。
图3-8 双极式H型电路原理图

图3-9 MOSFET驱动电压的波形
3.2。2 驱动电路设计
1. IR2110
由于用IR2110构成功率驱动电路时具有结构简单、驱动能力强、响应速度快、成本低、体积小，功耗低的优点,本设计的驱动电路中采用IR2110作为主电路的功率驱动模块。
IR2110 驱动器是美国IR公司生产的。它兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种[8]。
IR2110 采用高压和闩锁抗干扰制造工艺，脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路,其高端工作电压可达500，=±50，15下静态功耗仅116;输出的电源端（脚3，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20;逻辑电源电压范围（脚9）5~15,可方便地与，电平相匹配,而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5 的偏移量;工作频率高,可达500；开通、关断延迟小，分别为120和94;输入管脚可以承受2以上的反向电流。
图3—10 IR2110引脚排列
IR2110的引脚排列如图3-10所示，功能如下：
引脚1：,低端通道输出；
引脚2：，公共端;
引脚3：，低端固定电源电压；
引脚5：，高端浮置电源偏移电压；
引脚6：，高端浮置电源绝对电压；
引脚7：，高端输出;
引脚9:，逻辑电路电源电压；
引脚13:，逻辑电路偏移电路;
引脚10：，引脚11：，引脚12:,均是逻辑输入;
引脚4、引脚8、引脚14均为空脚。
IR2110 的内部功能框图如图3-11所示。由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱动电源的数目，三相桥式变换器,仅用一组电源即可。

图3-11 IR2110内部功能框图
2. 功率驱动原理
IR2110 驱动半桥的电路原理图如图3-12所示。图中、分别为自举电容和二极管，为的滤波电容。假定在关断期间已充到足够的电压（≈）。当为高电平时开通，关断,加到的门极和发射极之间，通过，和门极栅极电容放电，被充电。此时可等效为一个电压源。当为低电平时,开通，断开,栅电荷经、迅速释放，关断。经短暂的死区时间(）之后，为高电平，开通,经，给充电,迅速为补充能量.如此循环反复。
3。 自举元器件的分析与设计
如图3-12所示，自举二极管(）和电容()是IR2110在PWM应用时需要严格挑选和设计的元器件，应根据一定的规则进行计算分析。在电路实验时进行一些调整,使电路工作在最佳状态。
(1）自举电容的设计
MOSFET开通时，需要在极短的时间内向门极提供足够的栅电荷。在器件开通后，自举电容两端电压比器件充分导通所需要的电压（20）要高;设在自举电容充电路径上有1。5的压降(包括的正向压降）；设有1/2 的栅电压（栅极门槛电压VTH 通常3～5）因泄漏电流引起电压降.综合上述条件,此时对应的自举电容可用下式表示：
(3-2）
工程应用则取。
本设计中选用2SK1389 50/600MOSFET 充分导通时所需要的栅电荷=150(可由特性曲线查得）,=24，那么
=2×150×/(24－20－1。5）=1.2×
可取=0。22，且耐压大于35 的钽电容。
（2）自举二极管的选择
自举二极管是一个重要的自举器件，它应能阻断直流电路上的高压，二极管承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的快恢复二极管。
图3-12 IR2110驱动半桥的电路原理图
3。2。3 保护电路设计
1。 缓冲电路
MOSFET的漏极和源极之间连接上一个阻容吸收电路[9],其原理图如图3—13所示。其作用为：当电流切断的瞬间，利用电容器电压不能突变的特点,把尖峰电压电流吸收。减少对MOSFET的冲击.使关MOSFET断过电压能得到有效的抑制并减少关断损耗。器件选择可根据公式
（3—3)
（3-4）
其中： =24V ，=50 ,I=1。6 , =0.944，=T=0。001s。
经计算，得： =0.031,取电容＝0。33；的取值范围在(0.5～8。33)，