随着电梯行业的快速发展，目前电梯的最快速度已达到18 m/s，因此保障电梯安全运行成为重要的研究课题。电梯限速器是保障电梯安全运行的重要保护装置，它可以随时监测、控制轿厢的上限速度。当电梯运行速度达到限速器超速开关动作值时，限速器产生机械动作，切断供电电路，使曳引机制动；如果电梯制动无效，达到其额定速度的115%时，安装在轿厢底部的安全钳动作，将轿厢强制制停在导轨上，从而避免发生人员伤亡及设备损坏事故。限速器是指令发出者，而安全钳是执行者，两者协同作用以确保搭乘电梯人员的安全。因此对限速器的动作速度进行定期测试尤为重要，它是搭乘电梯安全时最可靠最关键的保护措施。

　  受某特检院的委托，本系统以单片机为核心，设计了专门的硬件电路及相应的辅助电路，结合各种控制程序的功能块，使限速器测试仪的测量范围广、精度高，满足电梯的安全运行要求，出色地解决了降低控制成本和提高控制可靠性的矛盾。本设计既适用于质量技术监督局、商检局、电梯安装部门等单位对电梯限速器的现场检测，同时又适用于电梯及限速器生产厂家的在线检测，对限速器动作速度的检测具有深远的意义及应用前景。

　  1 总体设计
　 本设计主要是测试安全钳的机械动作速度，在测试过程中滑轮与安全钳直接接触，故滑轮与安全钳的线速度相等，而滑轮的最大速度即为安全钳的动作速度。通过旋转编码器测得滑轮的线速度，通过测试旋转编码器产生的频率f就可以测得限速器转动的速度，限速器动作的速度即为频率的最大值。

　其中V为限速器速度，单位为m/s；f为旋转编码器输出频率，单位为Hz；n为旋转编码器每转脉冲数；D为滑轮直径，单位为m。
　本设计由硬件电路和软件编程两部分组成。
　硬件部分主要包括单片机、输入模块、显示模块、信号采集模块、通信模块及电源等。通过输入模块可以进行数据的浏览、编号的设置和单位的切换以及数据的测试和保存。显示模块主要由LCD1602组成，主要显示测试数据和历史保存的数据。信号采集模块主要完成对旋转编码器产生的频率进行滤波和转换。通信模块主要是完成采集数据的上传，使采集的数据能及时地传入数据库保存。
　软件部分采用查询和中断相结合的方式，主要完成键盘输入的设置、对采集数据的计算、控制存储及与上位机通信等功能。
2 硬件设计
　本设计的硬件部分主要由旋转编码器，单片机、液晶显示器、键盘、电源和通信接口组成，系统框图如图1所示。

 　本系统的核心采用STC89C58RD+单片机，该MCU是STC公司生产的一款新型增强型单片机，它不仅兼容89C51单片机，还增加了许多功能，包括其内部1 280 KB RAM，32 KB 的Flash供用户存储程序，还有16 KB 的EEPROM可以存储大量的关键数据并且内部还集成了看门狗复位电路[6]，可有效地克服干扰引起的死机，提高可靠性。这不仅简化了下位机系统结构还降低了成本。
　为了提高采集精度，旋转编码器采用每转脉冲数为1 024的光电编码器[4]。实际检测中，滑轮的直径为0.35 cm，因此产生的误差为3.14×0.35/1 024=0.00 107 cm。液晶显示器选择通用的LCD1602，主要用来显示测试数据，亦可浏览已保存的数据。键盘选用最常用的按钮，为了使得系统更为精巧，成本更低，总共只设计了六个按键，采用按键复用，使其具有长按和短按两种方式。通信接口采用串行的232接口[3]和USB接口相结合，方便测试完毕后向上位计算机传送信息。电源选用可充电锂电池，充电部分主要由LM317[5]组成的恒流源充电，提高电池的使用寿命和充电量，符合便携式仪器体积小的要求。
2.1 滤波电路
　该部分主要为了解决输入信号稳定的问题，提高系统的抗干扰能力，输入信号为高速脉冲信号，但是该信号具有毛刺，不是标准的脉冲信号。为了使脉冲下降沿更陡和滤除毛刺，加入施密特滤波电路完全可以解决问题。在本设计中直接接入带有施密特触发器的反相器74LS14，其接线图如图2所示，处理效果如图3所示。

2.2 通信电路
　为了使数据能及时入库，需要将采集的数据及时传入计算机，在本系统中，采用232接口+USB接口方法，使得本测试仪更灵活更方便。尤其对于没有COM口的计算机，更具有优越性。在本部分中主要使用PL2303和MAX232，其中PL2303是ProlifIC公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换。其具有以下特征：完全兼容USB1.1协议；可调节的3～5 V输出电压，满足3 V、3.3 V和5 V不同应用需求；支持完整的RS232接口，可编程设置的波特率：75 b/s～6 Mb/s，并为外部串行接口提供电源；512 B可调的双向数据缓存；支持默认的ROM和外部EEPROM存储设备配置信息，具有I2C总线接口，支持从外部Modem信号远程唤醒；支持Windows98、Windows2000、WindowsXP等操作系统；28引脚的SOIC封装。应用电路如图4所示。

3 软件设计
　软件设计主要完成与上位机通信、键盘输入、显示输出和对输入脉冲信号的频率进行采集以及计算。
3.1 串口通信程序
　在进行数据处理时，若要将信息上传到上位机的数据库，则采用串口中断设计，其流程图如图5所示。

3.2 主程序
　主程序主要解决按键处理、显示和参数的设置。在进行按键处理时需注意：(1)采用软件消抖[1]的方法，使得按键更加可靠。(2)区分本次按键是属于长按还是单点，最简单的方法是判断键盘按下的时间，长按的时间一般在2 s以上，因此2 s内为单点，2 s外为长按。(3)在键盘处理完后首先需要判断键盘是否还原到初始状态，尤其是对于长按，要求有判断键盘弹起的程序，否则会出现误处理的现象。(4)按键处理总共涉及到了两级菜单功能。一级菜单实现数据浏览、设置单位、删除数据等功能，二级菜单实现电梯编号的设置和测试以及对测试的数据进行保存删除等功能。其处理流程图如图6所示。

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