全方位移動電梯技術探索

高松　郁偉　李小綿　高東旭

摘要

本文提出了一種可以上下左右全方位移動的電梯，該電梯采用懸磁浮技術，用線性馬達作為動力 用單片機控制實現電梯在特定設計的電磁軌道上做上下和水平方向上移動 。本文首先介紹了上下左右全方位移動電梯的工作原理， 以及電梯軌道框型結構設計，然后主要介紹了單片機對該上下左右全方位移動電梯控制的硬件及軟件設計。該電梯設計的優點在于只需要建造一條梯道，可以同時移動多部轎廂，有利于快速運送，提高效率，節省大樓空間。將是高樓電梯技術發展的一個趨勢。

關鍵詞：單片機 ？磁懸浮技術 ？全方位移動電梯？？？電梯軌道

中圖分類號：TH789 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1.引言

在當今社會人民的生活水平在不斷提高，尤其我國現在住房緊張，樓層也越來越高，電梯已經是人民生活中不可缺少的部分了，我們對電梯的安全性能，舒適性的要求也在不斷的提高。

鋼索牽引所設計的電梯是現在電梯的主要設計，隨著大樓高度的不斷增加所需的電梯鋼索長度將會不斷增，重量也會不斷的增加，所以，在今后的電梯設計中，我們應該設計出更完美的電梯，以滿足社會的需要。

隨著懸磁浮列出技術的成熟及普遍應用，科學技術人員提出一種將懸磁浮技術應用到很多的高層住宅和商業樓中，改變了原來依靠的鋼索牽引才能運行的傳統電梯，相對于傳統電梯速度更加的快， 所能達到的高度不在受到影響，在方向上的移動也增加了左右，因此 ，在很大幅度上減少了乘客因為趕時間而等不上電梯的麻煩，安全性能也提升了，也節省了能耗。

2.上下左右全方位移動電梯

上下左右全方位移動電梯采用懸磁浮技術，用線性馬達作為動力，可以上下左右全方位運動。因為他增加了傳統電梯所不能左右方向，那么他的軌道也不能向傳統電梯一樣，得在拐彎處將導軌設計成弧狀的，這樣就可以讓兩個以上的電梯箱同時工作。大大減小等待乘坐電梯的時間，運載能力也能提高50%。另外，由于不需要鋼纜，所以不需要太大的空間。為此比一般電梯節省了一半的電梯安裝空間，大大提高了高層建筑的設計自由度，而且電梯廂和電梯門是用碳復合材料等輕型材料，因此電梯重量也減少了一半。這將是高樓電梯技術發展的一個趨勢。

2.1磁懸浮工作原理

磁懸浮技術之所以能運用到實際生活中，而且能使機械設備能夠自由的移動，是因為磁懸浮技術結合了磁鐵的基本性質屬性和當代高科技的技術，首先，磁鐵的屬性為磁懸浮技術提供了基礎的理論，但是要想磁懸浮技術能夠運用到生活里，光有理論基礎是遠遠不行的，他必須與不斷進步的當代高科技技術結合，現在生活中已經有許多的磁懸浮技術的應用，例如，高鐵列車、地鐵。下面我以高鐵列車為例，來分析磁懸浮在高鐵列車中的工作原理：

高鐵列車之所以能夠懸浮在列車所行駛的軌道的上面，并保持一定的距離，可見高鐵列車的車上和列車行駛軌道上都需要磁場才能滿足磁懸浮，那么，如何在高鐵列車上和列車所行駛的軌道上產生磁場，是我們主要研究的問題，首先，我們需要在列車上安裝電磁鐵，其次，列車行駛的軌道肯定會有線圈，那么，安裝在高鐵列車上的電磁鐵所產生的磁場就需要與列車行駛軌道上的線圈所生成的磁場所屬的極性必須得相反，這樣的話，高鐵列車就可以懸浮在列車所行駛軌道的上面了。因為列車上安裝的電磁鐵他的磁場極性是不變的，所以，要想列車向前行駛，在列車行駛的導軌線圈上產生的電磁會在列車的車頭前面的S極和車頭前面的磁場吸引，同理，在車頭后面的一點，也會產生與車頭的電磁鐵產生磁極所相反的N極，這樣列車就能行駛了。由于列車已經開始向前行駛，那么安裝在列車行駛反向的導軌上的線圈的磁場極性與原來的極性所相反了。所以，列車在行駛過程中所行駛的列車導軌的磁極屬性也不斷變化，列車就能夠實現不斷的向前行駛了。

當然，當列車在向前行駛時，他的穩定性能和安全性能也是我們必須考慮的，那么，列車在運行時必須安裝一個導向系統，這個導向系統的應用也必須用一種導向電磁鐵來完成。如果列車在行駛時，發生與原線路偏移移動時，導向軌道就會和安裝在列車上的導向磁鐵相互產生排斥力，這樣列車因為受到力的作用，就可以回到原來的行駛線路上。當列車在行駛的過程中遇到拐彎和上坡時，這時，列車運行時的控制系統控制列車的導向磁鐵中的電流，從而實現對列車的控制。

本文上下左右全方位移動電梯采用懸磁浮技術而設計，電梯轎箱的運行相當于“豎起來”的懸磁浮列車。

2.2 電梯軌道框型設計

為了解決電梯爬升高層的動力 及安全問題，電梯軌道設計成框型結構，如圖2-1所示 ，使用框型磁浮軌道可以省下許多空間，在摩天大樓里面可以讓多臺電梯行走在單一個通道中，，預估使用者只要等15至30秒，就有一班電梯可搭。

本次設計內容為上下左右全方位移動電梯的控制系統，通關查閱相關資料，綜合分析，為了能達到我們所預期的效果，能控制電梯上下左右同時運轉，我們決定整個系統的控制選擇單片機來完成，本次全方位移動電梯選擇89C52芯片的單片機。通過上圖分析，我們可以了解到，要想讓電梯運行，首先，安裝單片機，因為最基礎的電梯運行的控制系統需要單片機原理技術來完成，然后，還得安裝直線電機驅動模塊，因為，電梯要想運行必須要有力的作用，直線電機驅動模塊可以在單片機的控制下，可以實現電梯的全方位的移動運行，最后，需要安裝一個檢測模塊，因為在電梯的運行中控制系統需要檢測電梯廂在運行到下一個呼梯時的所處位置信息，和通往下一個呼梯時的運行速度，以及運行到下一個呼梯時所需要的間隙，傳達給單片機的控制系統，然后通過單片機的控制系統作用于直線電機驅動模塊才能完成全方位移動電梯的運行。因此本次設計的控制主要是運用單片機來完成，所以我們注重分析單片機的工作原理。

3.結論與展望

隨著當今社會人們的生活水平越來越高，全方位移動電梯在今后的日子里面肯定會在我們的生活中得到廣泛的應用，當今社會的主題是綠色和環保，人們也逐漸的認識到了環保對我生活的影響，因為全方位電梯，節能，方便，環保，噪聲低，控制系統穩定。我相信有那么一天，隨著科技的逐步發展，全方位移動電梯肯定會充斥在我們的生活中，他會我們帶來更多的方便。未來電梯的發展可能會有以下的發展：電梯群控系統會更加智能；超高速的電梯；電梯產業的網絡化、信息化；乘著電梯去往太空。

參考文獻

[1] 王田苗.嵌入式系統設計與實例開發.北京：清華大學出版社，2005

[2] 張友德.單片微型機原理應用與實驗.上海：復旦大學出版社，1996

[3] 萬長建.用單片機實現高層電梯運行自動控制.實驗技術與管理.2007，5

[4] 張婭莉.單片機在電梯自動控制中的應用.工業控制計算機.2003，2