基于 Arduino 的电梯设计

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基于 Arduino 的电梯设计

发布时间：2021-10-27

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基于 Arduino 的电梯设计

发布时间：2021-10-27

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你有没有想过开发一个项目并能够将机械、电子、传感器和编程结合起来？

在本文中，我们将教您如何使用Arduino创建电梯项目以及如何使用屏蔽板连接和控制项目中的所有设备。

您想知道如何创建上述所有结构并开发自己的电梯制造商吗？看过这篇文章，相信你可以学习到如何使用 Arduino 完成完整的电梯时间表。

为什么要使用 Arduino 开发电梯？
在许多地方，电梯用于允许建筑物的用户在不同楼层之间移动。

电梯是通过在其结构中使用多个传感器而具有高度安全性的设备。

除了用于运送人员之外，一些地方还使用电梯作为建筑工地、餐厅、接收产品交付等的货物处理平台。

学习如何建造自己的电梯将帮助您了解：

电梯是如何工作的

电梯中使用的传感元件有哪些？
电梯的工作机制。
传感器工作原理；
用于连接电梯设备的控制板

有很多经验可以帮助您构建自己的电梯结构。

此外，您将开发编程逻辑，这是任何电子和自动化专业人士的基本点。

Arduino电梯结构
下图显示了项目的完整结构。电梯由4层楼和一个控制接口组成。

控制界面由 4 个按钮和一个 20x4 的 LCD 组成。用户将能够通过每个按钮控制电梯位置，并在结构的显示屏上接收系统信息。

控制箱连接到电梯的后部。见下图。

电线进入这个背面区域并与负责处理编程逻辑的 Arduino 连接。

此外，电梯结构的创建是为了方便其编程，并允许用户在编程过程中不要移除 Arduino。

下面是电梯结构中 Arduino 的图像。如您所见，可以访问 Arduino 的 USB 端口和用于电源的插孔连接器。

所有电子设备都通过使用此扩展板连接到 Arduino。如下图所示。

为什么在 Arduino UNO 上使用 Shield
如果您在项目中不使用屏蔽，将会出现两个大问题：焊料连接错误以及缺少传感器和其他设备的电源端子。

让我们了解如何解决这两个问题？

例如，看看项目的传感器。我们有 4 个传感器来检测电梯的位置。见下图。

总共有 4 个 GND 和 4 根电线用于 +5V 连接。不幸的是，我们知道 Arduino 只有 2 个 GND 端子和 1 个 +5V 的连接引脚。

这迫使我们将这些电线焊接在一起并连接到这些端子。

但是，在某些情况下，会出现焊接连接问题，并且项目中的设备无法正常工作。这需要时间并阻止您继续前进。

为了防止出现此问题并扩展电源引脚以更轻松地连接所有设备，我们为 Arduino UNO 创建了 Shield。

您可以使用 Arduino UNO 将其应用于任何项目。

接下来，我们将找出项目中的哪些电子设备将连接到 Arduino 的 Shield 电路板。

项目电子设备与 Shield Arduino 的连接
该项目由几个电子设备组成。其中，我们重点介绍了 L293D 驱动器和直流电机。

L293D 驱动器和直流电机

Arduino 将发送命令来激活 L293D 驱动器并转动直流电机以移动电梯箱。

我们将在电机轴和电梯箱上放置一条尼龙线以进行牵引。

在旋转过程中，线会缠绕在电机轴架上。见下图。

这样我们就可以上下移动电梯。但是，我们有一个问题：我们怎么知道电梯是否到达了4层的每个位置？

这就是为什么我们应该使用簧片开关传感器。它们将使我们能够在电梯移动时检测到它的位置。

用于检测电梯位置的簧片开关传感器

在下图中，我们展示了 4 个簧片开关传感器。

它们在检测到附近存在磁场时触发，并将向 Arduino 的数字引脚发送高逻辑电平信号。

我们将使用连接到电梯井后部的磁铁在每个传感器移动时触发它。

在下图中，我们有一层电梯井的结构。

可以看出，在电梯结构中实现了直线导轨。它们旨在提高电梯运动的稳定性并防止其运动过程中的振动。

因此，这改进了传感器对电梯位置的检测。

下面我们有另一个线性导轨结构的图像。

电梯位置由项目控制界面上的按钮选择。接下来，我们将介绍控制界面的结构。

Arduino电梯控制接口

这种结构是为了方便电梯控制而开发的。它由一个 20x4 的 LCD 和 4 个按钮组成。

按钮用于请求电梯到所需位置。

LCD 旨在允许系统和用户之间交换数据。通过它，我们将能够呈现各种信息：

电梯的运动方向
电梯在什么位置
用户要求发言
项目的电池电量

所使用的 LCD 具有 SERIAL-I2C 转换器，以减少导线数量和与屏蔽板电气连接的复杂性。

现在，我们将看看如何创建编程逻辑来控制我们的 JLCPCB Arduino 电梯的运动。

Arduino电梯控制逻辑
现在您了解了电梯结构是如何构建的，让我们了解如何使用编程逻辑来控制它。

有多种方法可以创建编程逻辑来控制电梯的运动。我们的逻辑将如下所示工作。

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

//Inicializa o display no endereco 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);

//Variavel para controlar a entrada no loop
bool controle = 0;
bool not_pos = 0;

//Variaveis de controle para iteracao nos lacos for
int i = 0, j = 0;

//Variaveis utilizadas para armazenar a atual posicao do elevador e a posicao desejada pelo usuario
int actual_pos = 0, des_pos = 0;

//Vetores para armazenar as posicoes do elevador (sensor) e a posicao desejada pelo usuario (pedido)
int sensor[4];
int pedido[4];

//Inicio da funcao void setup
void setup()
{

// Initialization of 20x4 LCD
lcd.begin (20,4); //Inicializa o Display de LCD

// Initializing the 20x4 LCD
lcd.init();

//LCD Backlight Activation
lcd.backlight();

// Activating the cursor to the 0.0 position of the 20x4 LCD
lcd.setCursor(0,0);

//Configurando os pinos dos botoes como entrada e pull up
for(int i = 2; i <= 5; i++)
{
pinMode(i, INPUT_PULLUP);
}

//Configurando os pinos dos botoes como entrada e pull up
for(int i = 6; i <= 10; i++)
{
pinMode(i, INPUT);
}

for(int i = 0; i<4; i++)
{
pedido[i] = 1;
}

//Configuracao dos pinos de controle dos motores como saidas digitais
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);

//Comandos para que o motor fique parado
digitalWrite(10, LOW);
digitalWrite(11, LOW);
}

void loop()
{

//Leitura dos botoes selecionados pelo usuario do elevador
for(int botao = 2; botao < 6; botao++)
{
//Armazena o estado de cada botao no vetor pedido
pedido[botao-2] = digitalRead(botao);

//Verifica qual o andar desejado para o elevador subir
if(pedido[botao-2] == 0)
{
des_pos = botao - 1;
controle = 0;
}

}

//Verifica se um dos botoes foi pressionado e se a variavel de controle possui valor igual a 0
if((pedido[0] == 0 || pedido[1] == 0 || pedido[2] == 0 || pedido[3] == 0) && controle == 0)
{

//Set a value of 1 to the control variable to allow the code stream to enter the condition only once
controle = 1;

//Execute the loop commands while the control variable is equal to 1


//Reading of all sensors to determine the current position of the elevator
for(int sens = 6; sens < 10; sens++)
{
sensor[sens-6] = digitalRead(sens);
}

//Comparing the current elevator position with the desired position
for(i = 0; i<4; i++)
{

if(sensor[i] == 1)
{
break;
}

}

for(j = 0; j<4; j++)
{

if(pedido[j] == 0)
{
break;
}

}

if(j == i)
{
digitalWrite(10, HIGH);
digitalWrite(11, HIGH);
}

if(j < i)
{
digitalWrite(10, LOW);
digitalWrite(11, HIGH);
}

if(j > i) //2 > 0
{
digitalWrite(10, HIGH);
digitalWrite(11, LOW);
}

controle = 0;
not_pos = 0;

while(not_pos != 1)
{

//Determinando a posicao atual do elevador
for(int sens = 6; sens < 10; sens++)
{
bool s = digitalRead(sens);

if(s == 1)
{
actual_pos = sens - 5;
}
}

if(actual_pos == des_pos)
{

digitalWrite(10, HIGH);
digitalWrite(11, HIGH);
not_pos = 1;

for(int i = 0; i<4; i++)
{
pedido[i] = 1;
sensor[i] = 0;
}

break;
}
}

}

}

接下来，我们将解释该项目的编程逻辑。

最初，我们插入了库来处理 LCD 功能、I2C 通信，并创建了 LCD 对象。

LCD 已配置为 20x4，I2C 通信地址为 0x27。

声明项目中使用的所有变量和向量。

之后，我们有设置功能。执行设置功能以初始化 LCD 并将数字引脚配置为输入和输出以控制项目的设备。

例如，在这些设备中，我们有直流电机、簧片开关传感器和控制按钮。

//Start of void setup function
void setup()
{

// Initialization of 20x4 LCD
lcd.begin (20,4); //Inicializa o Display de LCD

// Initializing the 20x4 LCD
lcd.init();

//LCD Backlight Activation
lcd.backlight();

// Activating the cursor to the 0.0 position of the 20x4 LCD
lcd.setCursor(0,0);

//Configuring button pins as input and pull up for the buttons
for(int i = 2; i <= 5; i++)
{
pinMode(i, INPUT_PULLUP);
}

//Configuring button pins as input for the sensors
for(int i = 6; i <= 10; i++)
{
pinMode(i, INPUT);
}

for(int i = 0; i<4; i++)
{
pedido[i] = 1;
}

//Configuration of motor control pins as digital outputs
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);

//Commands for the engine to stop
digitalWrite(10, LOW);
digitalWrite(11, LOW);

}

现在让我们讨论循环函数。我们实现了电梯控制的完整逻辑。

void loop()
{

//Verifica se um dos botoes foi pressionado e se a variavel de controle possui valor igual a 0
if((pedido[0] == 0 || pedido[1] == 0 || pedido[2] == 0 || pedido[3] == 0) && controle == 0)
{

//Set a value of 1 to the control variable to allow the code stream to enter the condition only once
controle = 1;

//Reading of all sensors to determine the current position of the elevator
for(int sens = 6; sens < 10; sens++)
{
sensor[sens-6] = digitalRead(sens);
}

//Comparing the current elevator position with the desired position
for(i = 0; i<4; i++)
{
if(sensor[i] == 1)
{
break;
}
}