基于AVR的自動扶梯

第一部分? 總體概述

1.1? 研究背景

自動扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機(jī)場、地鐵、賓館等場合，大多數(shù)扶梯在客流量大的時候，工作于額定的運行狀態(tài)，在沒有乘客時仍以額定速度運行，具有耗能大、機(jī)械磨損嚴(yán)重、使用壽命低、運行不夠安全等缺點，為此我們設(shè)計了利用ATmega128開發(fā)板和EVK1100與變頻控制相結(jié)合的節(jié)能及安全監(jiān)控系統(tǒng)以改善扶梯以往的缺點，我們期望通過本項目的設(shè)計與實施，來掌握利用ATMEL UC3A0512和ATmega128芯片完成項目，使ATMEL芯片在中國應(yīng)用得更加廣泛。

1.2? 自動扶梯使用現(xiàn)狀分析

隨著自動扶梯的擁有量不斷的上升和前段時間各地頻發(fā)的自動扶梯運行事故，扶梯節(jié)能降耗和安全運行的研究已引起社會各界的關(guān)注，研究扶梯的節(jié)能降耗方法和加強(qiáng)扶梯的安全性能已經(jīng)是大勢所趨。

1.3? 節(jié)能原理及運行監(jiān)控分析

節(jié)能原理：大多數(shù)自動扶梯驅(qū)動系統(tǒng)的核心是一個交流(AC)感應(yīng)電機(jī)。盡管交流感應(yīng)電機(jī)是可靠的動力源，許多"終端用戶"卻不知交流電機(jī)在載荷較輕時，其效率很低。 由于大多數(shù)交流電機(jī)固有的設(shè)計，交流電機(jī)20% ～40%做的是無用功，這部分能量常常以熱量的形式白白被浪費掉，在談節(jié)能方式之前，首先對自動扶梯的電機(jī)能耗進(jìn)行分析。

圖1-1? 電機(jī)的功率流向圖

從圖1-1中可以看出，電動機(jī)在正常運行狀態(tài)下的功率損耗主要有3個部分:即定子銅耗定子鐵耗和轉(zhuǎn)子銅耗。由于轉(zhuǎn)子中的電流頻率很低， 因此轉(zhuǎn)子的鐵耗較小，可以忽略不計，另外，機(jī)械損耗和附加損耗也是較小的將可其忽略。而定子銅耗和轉(zhuǎn)子銅耗分別與定子和轉(zhuǎn)子中的電流的平方成正比，因此，減小電流將顯著降低這兩種損耗。至于定子中的鐵耗，包括磁滯損耗和渦流損耗， 兩者都近似地與電源頻率成正比， 與鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比由此可見，減小頻率和降低鐵芯磁通密度將會顯著降低定子鐵耗。

根據(jù)電機(jī)學(xué)原理可知：

輸入功率=定子銅耗+鐵耗+轉(zhuǎn)子銅耗+機(jī)械損耗+附加損耗+輸出功率= (定子銅耗+轉(zhuǎn)子銅耗) + (鐵耗+機(jī)械損耗+附加損耗) +輸出功率=可變損耗+損耗+輸出=損耗+輸出功率從以上分析可知，要想使自動扶梯電機(jī)節(jié)能，就必須從減少電機(jī)損耗和減少輸出功率兩方面進(jìn)行。

1)減少損耗：減少損耗也就是提高電機(jī)的工作效率。通常電機(jī)的工作效率在75% ～80%額定負(fù)載時效率最高。 在輕載時可調(diào)整輸入電壓來減少損耗，當(dāng)可變損耗等于不變損耗時，異步電機(jī)的效率達(dá)到最大值。

2)減少輸出功率：電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，采用變頻調(diào)速可線性減少自動扶梯的輸出功率，而達(dá)到節(jié)能的目的。微機(jī)變頻調(diào)速是通過調(diào)節(jié)電源的頻率來改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在自動扶梯無人空載時可降低扶梯的轉(zhuǎn)速(如20%或50%額定轉(zhuǎn)速) ，進(jìn)行節(jié)能，在扶梯檢測到需要載人時再事前恢復(fù)到正常速度， 變頻器在輕載時，可自行調(diào)整輸入電壓來降低損耗。

根據(jù)異步電機(jī)的等效電路可以計算電機(jī)的各種運行性能，也可以通過空載試驗和短路試驗做出異步電機(jī)的“圓圖”，進(jìn)而得到電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩M2、效率η、轉(zhuǎn)差率s、定子電流I1、功率因數(shù)cosθ等參數(shù)與電機(jī)輸出功率P2 的關(guān)系曲線，典型異步電機(jī)的運行性能，如圖所示。

圖1-2 運行特性曲線