STC12C5A60S2-351单片机的电梯防坠梯液压系统设计

现代化进程加快，越来越多的改成建筑拔地而起，电梯成了人们主要的上楼代步工具，电梯安全就尤为重要，我们应该重视电梯安全来有效保障我们的生命财产安全。目前我们的电梯上配备的保护装置有限速系统、行程极限系统、缓冲器系统、制动器系统。

文章是通过加速度传感器和红外测距传感器，计算和测量出电梯的加速度和速度，通过两个指标监测电梯的运行状态，在发生故障时通过电机控制液压系统使电梯制动，有效保障乘客的生命财产安全。

系统的总体框图如图1所示，系统以STC12C5A60S2-351单片机作为控制器，红外测距传感器和加速传感器将测得数据发送到单片机中，红外测距传感器测量电梯的速度，通过单片机进行AD转换后，根据时间差算出电梯此时的速度，加速度传感器可以测量电梯此时的重力加速度，单片机判断轿厢加速度和速度是否超过预设值，假设超过预设值，单片机会通过L9110电机模块来控制电机的正反转，从而控制液压系统转达到制动效果。

图1  系统总体框图

1.1、STC12C5A60S2-351单片机

STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。其工作电压为工作电压5.5-3.5V，STC12C5A60S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250kHz（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。因为其内部具有AD转换可以满足系统的需求，直接代替AD转换元件，红外测距传感器可直接连入单片机，在单片机上进行AD转换。

1.2、加速度传感器

MPU-6050集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP。MPU-60X0对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。MPU-6050可支持的电源为3.3V±5%。加速度传感器测量轿厢的垂直加速度，如图2所示，加速度传感器MPU-6050的SCL和SDA分别与单片机STC12C5A60S2的P2.0和P2.1口相连，分别为IIC串行时钟和IIC串行数据。IIC总线可靠的双向二线制串行数据传输结构总线，该总线使各电路分割成各种功能的模块，并进行软件化设计，各个功能模块电路内都有集成一个IIC总线接口电路，因此都可以挂接在总线上，很好地解决了众多功能IC与CPU之间的输入输出接口，使其连接方式变得十分简单。

图2  加速度传感器连接图

1.3、红外测距传感器

夏普GP2Y0A21型距离测量传感器是基于PSD的微距传感器，其有效的测量距离在10-80cm，输出的信号为模拟电压，反应时间约为5ms，并且对背景光及温度的适应性强。工作电压在4.5-5.5V。将红外测距传感器置于轿厢下部，通过测量轿厢底部到地面的距离。如图3所示，输出信号端与单片机P1.0相连，因为输出的是模拟电压，所以需要通过单片机的AD转换，得到此时轿厢距离地面的距离，记录两次位置的距离，用他们的差值除以两次的反应时间，可以将轿厢的实时速度测算出来。

图3 红外测距传感器连接图

1.4、电机模块

如图4所示，L9110直流步进电机驱动板，模块供电电压：2.5-12V，电机工作电压2.5-12V之间，最大工作电流0.8A。电机模块与单片机相连，当发生故障时，电机开始正转制动轿厢，当故障排除后，按下按钮，电机反转，液压系统动作，释放轿厢。