毕业设计论文电梯楼层显示器的设计.doc

闽南理工学院毕业设计(论文)专用笺前言目前电梯的生产情况和使用数量成为一个国家现代化程度的标志之一。电梯是机电一体的高层建筑的复杂运输设备。它涉及机械工程、电子技术、电力电子技术、电机与拖动理论、自动控制理论等多个科学领域。电梯楼层显示器用于给出每一楼层的呼叫请求信息，并显示电梯当前运行情况。乘客可以通过显示器、按键等了解到电梯运行的大量信息。同时随着安全防护要求的不断提高，电梯监控也开始 被提上日程，电梯楼层显示器作为电梯监控系统的一 个主要控制设备，发挥着重要作用。它将电梯的上下 运行楼层及电梯标号等叠加在电梯摄像机的视频图像 上。因此，保安人员能准确地获知出人大楼的人员所 在楼层，以便及时处理各种情况。当大楼发生案件时，根据历史记录图像能够很好地分析进出人员的活动情 况，以帮助破案。电梯楼层显示将在小区高层电梯及 智能大楼电梯内获得广泛的应用。 本文设计的楼层显示器具有以下特点：   采用红外线传感器识别楼层，防止电梯内电磁 干扰，有更好的可靠性；   系统掉电后视频输人与视频输出直通，保证视 频连续输出；   没有视频输人时也能显示楼层相关信息，并会 给出提示；   能够显示1999楼层数，并可随意更改楼 层显示表，方便一些有夹层或者有漏层的大厦安装；   楼层显示数可附加字符，方便一些特殊楼层显；    字符镶边，无论背景亮暗均可清晰显示；   字符可全屏移动，大小可调，适用于分割器和 硬盘录像机；   无需接监视器，在安装现场即可独立调试系统状态，安装极为方便：支持新电梯监控系统安装和旧电梯监控系统进行改造；  可以设置112个字符的电梯名称；  自带国标一、二级汉字库。第一章 电梯楼层显示器的总体方案 电梯楼层显示器采用双AT89S52单片机作为主 要控制 芯片，与 MB90092、LM1881、AM29F080B、 AT24C64等芯片共同构成电梯楼层显示器的核心器 件。此系统从功能上可分为上位机、下位机。上位机 主要作用是运行视频叠加功能，根据控制面板输人控 制指令把相应的字符信息叠加到视频输人信号上，并 对视频输人信号具有监控和报警功能；下位机是一个 单片机系统，将控制面板的输人信息传到上位机，并用 LED显示相应的控制状态。上、下位机通过RS232实 现通信。本系统可以分为控制面板设置和楼梯显示两 大功能：  控制面板设置。开机后，操作人员通过设置控 制面板，把相应的楼层信息及功能代码发送到上位机， 并且上位机加以保存，以防止掉电丢失。  楼梯显示功能。显示单元是乘客与电梯之间人机交流的部分，它的作用是电梯门区等待电梯的乘客能够及时的了解电梯当前所在运行楼层，电梯当前运行方向以及当前本楼层的呼叫情况。本系统采用两个8段发光LED作为楼层显示器，采用两个带有上下箭头LED作为电梯上下运行的方向显示器，呼梯控制器通过与主控进行通信，获取当前电梯情况并显示出来。系统的总框图如图1所示。第二章 硬件设计 2.1下位机硬件设计  位机硬件以AT89S52单片机为核心，外接键显 电路、指示灯电路、电梯升降信号检测电路。硬件连接 如图2所示。 键显电路 包括按键灯、楼层、方向箭头和检修灯的显示。传统的电梯都是用七段码来显示方向箭头和楼层数,本系统采用5×7的LED点阵显示屏来显示,并且可以让箭头和楼层数在电梯运行的时候进行滚动显示。PIC通过TX口发送4个8位串行信号,发送顺序依次为箭头方向,十位楼层,个位楼层和行选中。将上一个串行转并行器件74HC164的并行输出端Q7与下一个74HC164的串行输入端A相连,构成4个74HC164的级连,最先发送的箭头方向信号就被传送到最后一个74HC164上,后3个74HC164的输出端Q0Q6分别连接3个点阵的列地址A1A7,第一个74HC164的 Q0Q4通过单向驱动器件MC1413连接3个点阵的行地址B1B5。点阵采用扫描的方式,软件中每隔1ms输出一行,因此5行只需要5ms的时间, 人眼不会感到闪烁;列信号每隔50ms移一位,因此可以产生箭头和楼层数的滚动效果。当电梯出现故障时,单片机通过I/O口输出高电平来点亮检修灯。点阵显示原理图如图1所示。图1 LED点阵显示屏硬件原理图 指示灯电路 该部分由l2个发光二级管组成，通过译码器 74LS154控制。不同的按键按下后，对应的发光二级 管点亮，指示进入相应功能的设置状态。   电梯升降信号检测电路 该部分采用红外线传感器识别楼层升降，上升与 下降信号分别与定时器中断0与定时器中断 1相连 接。当电梯每通过一层时障碍物对传感器产生遮挡， 此时传感器产生相应脉冲并输入单片机。由于传感器 采用红外线，可以防止电梯内电磁干扰，从而具有更好 的可靠性。 2.2上位机硬件设计  上位机硬件由OSD字符叠加电路、微处理电路、 频输入输出电路、行场同步分离电路、视频传输线 路检测电路等构成，结构如图3所示。 2.2.1 OSD字符叠加电路  OSD字符叠加电路的原理 。主要由字符叠加芯片MB90092和字库存储芯片 AM29F080B构成，作用是完成输入视频信号和内部字 符的叠加工作。字符数据在叠加显示之前，统一存储 在字库存储芯片中，只有当字符被显示的时候才能被 提取。 MB90092的内部结构主要由串行输入控制电路、 NTSCPAL信号发生器电路、显示存储器控制电路、显 示存储器VRAM、字库读操作控制电路、输出控制电 路、视频信号合成器及模拟开关组成。   OSD字符叠加控制电路 。OSD字符叠加电路的核心控制，就是对MB90092 的控制。MB90092只有CS、SCLK、SIN三条通信线与 AT89S52进行通信。由于AT89S52本身没有串行外设 接口，因此，在硬件设计中，AT89S52通过IO 线P 、 P 5、P 6与MB90092通信，其中P 4与MB90092的数 据线SIN相连，作为数据输入输出；P 与SCLK相 连，作为串行时钟；P 与CS相连作为片选信号。而 在软件设计中，利用89S52的普通IO口模拟串行通 信，利用软件实现模拟SPI方式进行通信，包括串行时 钟、数据输入输出及片选信号，总线只需三条线即可 实现。 2.2.2 微处理电路  它以AT89S52作为核心器件，功能有：接收下 位机传来的数据，并依据命令字，把相应的楼层显示信 息存入信息存储芯片，防止掉电丢失；根据接收的命 令字，把相应的楼层信息叠加到视频信号上；实时检 测视频传输线路，并做相应的处理。 2.2.3 视频输入输出电路   视频输入电路 视频输入电路(视频箝位电路)是视频输入信号 预处理模块。MB90092接收的复合视频信号电平为 57 2 Vpp，而且需要有1 V的直流偏置，因此，需要对摄像 头输出的1 Vpp视频信号电平进行箝位。在输人端的 视频信号上叠加1 V的直流偏置。   视频输出电路 由于MB90092输出的视频混合信号V 带负载能 力不强，并且需要恢复摄像头输出信号，所以加人一个 电压跟随器来提高视频混合信号V 负载能力，同时 加人一个电解电容。 2.2.4 行场同步分离电路  选用LM1881作为行场同步分离电路，该电路的 集成度高，只需少量外围电路就可有效地提取出视频 信号中的同步信号。原视频信号首先输人LM1881，在 进行场同步分离后，把行场同步信号与原视频信号一 起提供给OSD视频叠加单元。从而使视频叠加电路 的点时钟能够与输人的视频信号达到同步。 2.2.5 视频传输线路检测电路  视频传输线路检测的目的有两个：检测视频输 人信号的有无；视频自动恢复功能。其中，通过检测 是否有行同步来判断有无视频输人信号。正常情况 下，视频信号经LM1881同步分离后，把行同步信号接 人AT89S52的 (To)作为外部计数中断源，T 作为 定时器。也就是说：若在T，所规定的单位时间内，检 测不到 有行同步号，AT89S52就确认线路故障。 并把MB90092转为内同步来正常显示楼层信息，向监 控室发出报警视频信息。所谓的视频恢复功能是指： 当线路恢复正常工作状态，系统自动把内同步转为外 同步，即实现正常显示。 2.2.6 掉电数据信息保存电路  它以AT24C64作为核心器件，作用是防止当电梯 楼层显示器突然掉电或重启动时的相应楼层信息丢失 。 第三章  软件设计  从本项目的编程思想角度出发，把软件设计分为 下位机、通信和上位机三个模块。 3.1下位机模块  该部分程序主要由控制面板设置子程序与电梯升 降判断子程序两部分组成。在电梯停用时，前者主要 完成操作人员对电梯楼层显示器的相应设置，包括叠 加字符国标码、尺寸、位置以及系统复位等功能；在电 梯运行时，后者主要根据红外线传感器传来的信号来 判断电梯的升降情况。虽然采用红外线传感器识别楼 层，对电梯内干扰具有一定的抵抗性，但实际运行中效 果并不好，所以在电梯升降判断子程序中引进了“互 锁”软件抗干扰技术，达到了运行稳定的目的。程序 的流程如图4、图5所示。 3.2 通信模块 控制面板设置完毕或是电梯升降完毕后，下位机 都要向上位机发送相应信息，本部分通信协议如下：  下位机向上位机发送一条握手指令，请求会 ，即帧引导；   上位机收到会话请求后立即回复一条握手应 答指令；   如果下位机收到应答，即发出相应命令字、数 据与异或码；   上位机收到数据后自行计算异域码，然后与收 到的异或码进行比较，：确则发送确认指定，会话结 束；错误则发送报错指令，下位机重新发送先前数据。 由于上位机和下位机的数据通信信道，受工作环 境中的噪声干扰大，通信中的帧引导和命令字采用特 码字编写，提高了抗干扰，使得上位机正确接收命 令。其形式为：帧引导+命令字+数据信息+异或码。 3.3 上位机模块  该部分主要由上位机主程序、检测视频信号子程 序组成。前者的主要功能是接收下位机传送的各项设 置命令，完成视频与字符叠加或其它相应功能；后者则 用于检测是否有视频信号输人，如果没有则立即报警。 上位机主程序如图6所示。 结束语经实践证明，本文所设计的电梯楼层显示器操作 简单、系统稳定可靠，同时为了适应市场竞争，本设计 在现有的硬件基础上，可以进行二次开发以满足不同 用户的要求，如可以对多个楼显设备进行联网控制、显 示字符可以增多、显示字符可不同颜色显示等，从而具 备了良好的市场竞争能力。致 谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有辅导老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的辅导老师罗老师。她平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是罗老师仍然细心地纠正毕业设计中的错误。然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下电子专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢闽南理工学院三年来对我的大力栽培。参考文献1李锡瑞，吕建平基于MB90092型专用字符叠加电路的视频监 控系统的设计与实现EBOL20060908http：arti cleednchinacom2006 09200697l4308htm 2宋传明，陈宁，陈文芗基于字符叠加技术的车载视频系统 EBOL20040901http：wwwwanfangdatacomcn qikanperiodica1articleszgyqybzgyq200404 0904 0903htm 3李鑫，倪国强，方庆醅应用于图像融合的新型视频信号显示系 统J光电子激光，2001，12(10)：1004 1007 4孙泓波，顾红，苏为民视频字符叠加技术的发展及四种实现方 案J电子技术应用，2000，26(11)：4446 5魏熙乐，王江，许微基于upd6453下的新型高度集成化的视频 字符叠加系统的研究D天津：天津大学，2006 6张振昭，许锦标楼宇智能化技术M北京：机械工业出版 社，2001 7郭立新，范林，徐小艾深井探查装置专用字符叠加板的设计与 实现J计算机测量与控制，2003，11(4)：3053088马小军.建筑电器控制技术 .北京：机械工业出版社，1999， P325331  P2602719刘载文、李毫升、钟亚林.电梯控制技术北京：电子工业出版社1996 10吴明亮 蔡夕忠 可编程控制器实训教程.化学工业出版社， 2005.811