Система управления лифтом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Разработать устройство «Система управления лифтом» для 9-этажного дома. Обеспечить выполнение требований безопасности. Элементная база - ТТЛ-совместимые микросхемы.

Аннотация

Данная работа посвящена вопросу проектирования устройства «система управления лифтом». Разрабатываемое устройство может найти применение в реальной жизни по своему прямому назначению. В работе приведен анализ поставленной задачи, показана схема алгоритма работы устройства. Основная часть работы представляет собой проектирование электрической принципиальной схемы устройства, ее пояснение с помощью временной диаграммы и расчет основных показателей полученной схемы.

1. Постановка задачи и метод решения

Процесс разработки предложенного устройства целесообразно начать с уточнения требований безопасности, предъявляемых к устройству.

В первую очередь, необходимо контролировать массу находящихся в кабине пассажиров, чтобы избежать возможной аварийной ситуации, связанной с перегрузом. В связи с этим, в устройстве производится анализ информации, поступающей от датчика силы. Предполагается, что датчик может выдавать информацию о трех состояниях кабины: лифт пуст, загрузка лифта находится в пределах нормы, загрузка лифта превышает норму.

Необходимо также контролировать состояние дверей, то есть разрешать движение кабины только при закрытых дверях. Соответственно, в устройстве производится анализ состояния дверей на основании сигнала, получаемого от устройства управления дверями.

Кроме того, с целью обеспечения личной безопасности пассажиров, устройство блокирует возможность вызова лифта в том случае, когда в кабине находятся пассажиры.

Процесс разработки предложенного устройства сводится к проектированию следующих функциональных блоков:

Счетчик, отсчитывающий текущий этаж

Регистр, хранящий значение заданного этажа

Схема обеспечения личной безопасности пассажира

Схема обеспечения транспортной безопасности

Схема управления двигателем

Схема управления дверями

Схема сравнения этажей

Схема начальной установки

В качестве счетчика, отсчитывающего текущий этаж, может быть выбран 4-х разрядный счетчик, построенный на основе ТТЛ-логики. Счетчик должен быть реверсивным, т.к. в процессе движения лифта значение этажа может как увеличиваться, так и уменьшаться. Кроме того, должна обеспечиваться возможность внешней установки значения счетчика для организации схемы начальной установки.

В качестве регистра, хранящего значение заданного этажа, может быть выбран 4-х разрядный регистр с параллельной загрузкой, построенный на основе ТТЛ-логики.

Схема обеспечения личной безопасности пассажира обеспечивает контроль наличия в кабине пассажиров и блокирует возможность вызова лифта до тех пор, пока кабина не освободится. Контроль основывается на анализе триггера наличия вызовов, который устанавливается в активное состояние при вызове кабины и при выборе этажа назначения.

Схема обеспечения транспортной безопасности контролирует вес находящихся в кабине пассажиров на основании сигналов с внешнего датчика силы, блокируя закрытие дверей в случае перегруза.

Схема управления двигателем формирует сигналы управления направлением вращения двигателя и сигнал остановки двигателя. Формирование того или иного сигнала производится в зависимости от результата сравнения значения текущего этажа и значения заданного этажа.

Схема управления дверями формирует унитарный код для открытия/закрытия дверей на заданном этаже. Унитарный код формируется на основе позиционного кода, хранящегося в регистре заданного этажа.

В качестве схемы сравнения этажей выбрана ТТЛ-совместимая микросхема, реализующая сравнение двух 4-х разрядных двоичных чисел в прямом коде. Преимущество этой микросхемы заключается в наличии выходов X>Y, X=Y, X<Y, что позволяет избежать необходимости сравнивать значения текущего и заданного этажей методом вычитания (т.е. введения в схему устройства сумматора).

Схема начальной установки требуется для настройки устройства управления непосредственно после установки лифта. Предполагается, что лифт находится на первом этаже дома, двери кабины закрыты, поэтому схема реализует загрузку в счетчик текущего этажа и триггер заданного этажа значения 0001 и сбрасывает триггер вызовов.

2. Общая схема алгоритма и описание закона функционирования

Работа устройства начинается с установки в начальное состояние: триггер вызовов устанавливается в 0, что соответствует отсутствию вызовов, в счетчик текущего этажа и регистр заданного этажа загружается значение 0001 (предполагается, что непосредственно после установки лифт находится на первом этаже). Затем начинается штатный цикл работы устройства. Осуществляется проверка триггера вызова, до тех пор, пока он не установится в 1 (появление вызова). После этого проверяется наличие в кабине пассажиров - в случае, если кабина не пуста, вызов блокируется в соответствии с требованием личной безопасности. В противном случае осуществляется проверка состояния дверей и, при необходимости, происходит их закрывание.

Затем в регистр заданного этажа загружается значение, соответствующее кнопке вызова (возвращается устройством управления дверями) и производится сравнение текущего значения этажа (Сч) и заданного (Рг). В случае несовпадения по соответствующему сигналу со схемы сравнения (Сч>Рг или Сч<Рг) осуществляется подача управляющего сигнала (на спуск или подъем соответственно) на схему управления двигателем до тех пор, пока не будет достигнут очередной этаж (сигнал с датчика этажа). После этого значение счетчика соответствующим образом изменяется (уменьшается или увеличивается на 1) и происходит следующее сравнение.

В случае совпадения текущего и заданного этажей двери открываются, и схема переходит в режим ожидания ввода этажа из кабины или с кнопки вызова, в случае, если кабина пустая. После ввода этажа (значение загружается в регистр заданного этажа) осуществляется проверка веса находящихся в кабине. В случае, если вес превышает норму, устройство возвращается в режим ожидания ввода этажа. В противном случае осуществляется выдача сигнала на закрытие дверей.

Далее производится сравнение текущего и заданного этажей. В случае их несовпадения действия, осуществляемые устройством, повторяют действия при вызове пустой кабины. В случае совпадения осуществляется выдача сигнала на открытие дверей и их удержание в открытом состоянии до тех пор, пока кабина не опустеет. После этого выдается сигнал на закрытие дверей, триггер вызова сбрасывается в 0 и начинается следующий штатный цикл работы устройства.



Рис.1. Схема алгоритма работы «Устройства управления лифтом»

алгоритм диаграмма схема функциональный

Структурная организация устройства

В соответствии с разработанным алгоритмом работы устройства, можно привести схему его структурной организации (рис.2).



Рис.2. Схема структурной организации «Устройства управления лифтом»

Выбор элементов

инверторов. Микросхема К155ЛН1 (2 микросхемы)

Выходное напряжение низкого уровня 0.4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2.4 В

Ток потребления23 мА

Задержка распространения. 18 нс

Тип корпусаDIP14

2 элемента 2И-НЕ. Микросхема К155ЛА3 (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления15 мА

Задержка распространения… 18 нс

Тип корпусаDIP14

2 элемента 4И-НЕ. Микросхема К155ЛА1 (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления8 мА

Задержка распространения. 19 нс

Тип корпусаDIP14

1 элемент 8И-НЕ. Микросхема К155ЛА2 (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления4 мА

Задержка распространения. 19 нс

Тип корпусаDIP14

2 элемента 2ИЛИ-НЕ. Микросхема К155ЛЕ1. (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления19 мА

Задержка распространения 30 нс

Тип корпусаDIP14

2 элемента 3ИЛИ-НЕ. Микросхема К155ЛЕ4. (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления21 мА

Задержка распространения……. 13 нс

Тип корпусаDIP14

4 элемента 2И. Микросхема К155ЛИ1. (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления28 мА

Задержка распространения……. 23 нс

Тип корпусаDIP14

3 элемента 4И. Микросхема К555ЛИ6. (2 микросхемы)

Выходное напряжение низкого уровня 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,7 В

Ток потребления3.5 мА

Задержка распространения……. 24 нс

Тип корпусаDIP14

1 элемент 3И-НЕ. Микросхема К155ЛА4. (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления11.5 мА

Задержка распространения…. 19 нс

Тип корпусаDIP14

1 элемент 2ИЛИ. Микросхема К155ЛЛ1. (1 микросхема)

Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления30 мА

Задержка распространения……. 19 нс

Тип корпусаDIP14

4-х битный регистр с трехстабильными выходами. Микросхема 74LS295A

Выходное напряжение низкого уровня 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

Ток потребления25 мА

Задержка смены содержимого регистра……. 30 нс

Тип корпусаDIP14

JK-триггер с синхронизацией по срезу синхроимпульса. Микросхема 74LS113A

Выходное напряжение низкого уровня 0,35 В

Выходное напряжение высокого уровня 3.4 В

Ток потребления75 мА

Задержка переключения20 нс

Тип корпусаDIP14

4-х разрядный синхронный реверсивный счетчик. Микросхема 74F169

Выходное напряжение низкого уровня 0,3 В

Выходное напряжение высокого уровня 3.4 В

Ток потребления105 мА

Задержка изменения содержимого счетчика.. 12 нс

Тип корпусаDIP16

Схема сравнения двух 4-х разрядных двоичных чисел. Микросхема 74LS85

Выходное напряжение низкого уровня 0,2 В

Выходное напряжение высокого уровня 3.4 В

Ток потребления65 мА

Задержка формирования результата.. 30 нс

Тип корпусаDIP16

Преобразователь 4-х разрядного позиционного кода (значения 0-9) в унитарный 10-и разрядный код с инверсными выходами. Микросхема 74LS145

Выходное напряжение низкого уровня 0,3 В

Выходное напряжение высокого уровня 2.7 В

Ток потребления45 мА

Задержка смены состояния выходов…. 50 нс

Тип корпусаDIP16

7. Синтез принципиальной электрической схемы

Принципиальная электрическая схема представлена в приложении 1.

Обозначения, принятые в разъемах:

X1:

- ДУ1-ДУ9 - унитарный код этажа, с которого осуществляется вызов; унитарный код этажа, выбранного пассажиром;

- ВЭ - сигнал выбора этажа;

- ДВ1, ДВ2 - младший и старший разряды кода датчика веса соответственно;

- ДЭ - сигнал датчика этажа (информация о том, находится лифт на каком-либо этаже или между этажами);

- СД - состояние дверей.

X3:

- ТД1-ТД9 - унитарный код этажа, предназначенный для управления дверями;

- ОД - сигнал на открытие дверей;

- ЗД - сигнал на закрытие дверей;

- ДВИГ1, ДВИГ2 - младший и старший разряды линии управления двигателем.

Для защиты устройства от помех питающего напряжения, необходимо включить в схему шунтирующие конденсаторы (0,047 мкФ на каждый корпус ИМС). Это связано с тем, что у ТТЛ микросхем информационная линия объединена с питающей.

3. Временные диаграммы работы устройства

Временные диаграммы работы устройства представлены на рисунках 3 и 4.

Диаграмма на рисунке 3 (временная диаграмма 1) составлена для варианта поездки пассажира с первого этажа на четвертый.

Диаграмма на рисунке 4 (временная диаграмма 2) составлена для варианта вызова лифта с пятого этажа на второй и последующей поездки вверх.

Рис.3. Временная диаграмма 1 работы устройства

Рис.4. Временная диаграмма 2 работы устройства



4. Оценка основных параметров схемы

Аппаратные затраты в эквивалентных корпусах:

18.5

Потребляемая мощность:

5В * (2*23мА+15мА+8мА+4мА+19мА+21мА+28мА+2*3.5мА+11.5мА+30мА+25мА+75мА+105мА+65мА+45мА) = 2.53 Вт

Максимальная задержка распространения сигнала:

- сигнал записи заданного этажа в регистр - 50 нс

- сигнал управления дверями - 114 нс

- сигнал управления триггером вызовов - 36 нс

- сигнал управления двигателем - 96 нс



Литература

1. Тарабрин Б.В. Интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и Связь, 1983.

2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и Связь, 1987.

3. Якубовский С.В. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и Связь, 1983.

4. Титце У. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982.

Размещено на Allbest.ru

...