1.引言

現(xiàn)代生活使人們的生活高層化，高層建筑為人們提供方便快捷的同時(shí)也給人們的安全帶來隱患。緩降器可以將處于高層建筑物上的受困人員快速解救下來。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的緩降器，有的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用中需要電源。

當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，高層建筑通常都會(huì)斷電，使用電源的緩降器無法運(yùn)行；結(jié)構(gòu)復(fù)雜的緩降器，長期放置，非常容易出現(xiàn)故障。還有的緩降器使用操作復(fù)雜，對(duì)于非專業(yè)人員，往往不便使用。發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，尤其是老人或小孩，容易驚慌，復(fù)雜的操作會(huì)減慢脫險(xiǎn)速度，如果操作失誤，反而會(huì)發(fā)生新的險(xiǎn)情。

2.系統(tǒng)主要硬件

本文設(shè)計(jì)的緩降器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，防止斷電造成意外，裝置具備自身發(fā)電。儲(chǔ)能作為能源，做到了真正意義低碳，并能夠適應(yīng)出險(xiǎn)時(shí)順利脫險(xiǎn)。它包括：一個(gè)帶滑動(dòng)支架的框架機(jī)構(gòu)，一個(gè)線繩卷筒。一臺(tái)發(fā)電機(jī)。一臺(tái)減速電機(jī)。一臺(tái)復(fù)位電動(dòng)機(jī)。一個(gè)線繩卷筒減速機(jī)構(gòu)。一個(gè)載人裝置和一個(gè)控制裝置。如圖1所示。他們之間通過一條柔軟的鋼絲繩連接，為了增加鋼絲繩與發(fā)電機(jī)的摩擦力，可以將鋼絲繩在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上多繞幾周。當(dāng)有重物（或者是人）放（站）在載物盤（人）上，載物盤受到重力加速度的作用，越來越快的下降，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生更多的電能；電能經(jīng)過充電器給蓄電池充電；蓄電池經(jīng)過電源管理模塊再為控制器。傳感器。減速電機(jī)。復(fù)位電機(jī)等設(shè)備提供電源。由于重力加速度產(chǎn)生的電能很大（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1說明）。根據(jù)能量守恒公式得出重物做功為W1=F*s=G*h，得到的電能為W2=U*I*t;相對(duì)來說機(jī)械效率為η=W2/W1*100%;η越大說明自己供電的風(fēng)險(xiǎn)越高，反之，自己供電安全系數(shù)越大，η很小。而控制器。傳感器使用低功耗元件，電流都是毫安級(jí)，幾乎可以忽略。減速電機(jī)只有下降速度超限時(shí)才發(fā)揮作用，所以說用電時(shí)間。用電量都可以滿足要求。

3.系統(tǒng)控制原理

3.1 控制原理

控制原理如圖2所示，當(dāng)有重物（或者是人）放（站）在載物盤（人）上，載物盤受到重力加速度作用，越來越快的下降，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生電能；電能通過充電器給蓄電池充電；蓄電池經(jīng)過電源管理模塊再為控制器。傳感器。減速電機(jī)復(fù)位電機(jī)提供電源。當(dāng)載物盤下降速度超過設(shè)定上限時(shí)，發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸也快速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸外有一圈均勻的分割的小葉片，在小葉片的外側(cè)裝有對(duì)射的光電式傳感器，轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)越快，對(duì)射式的光電傳感器被遮擋的頻率越高，產(chǎn)生的脈沖越多；因此測出載物盤與脈沖成正比，可以根據(jù)測得脈沖數(shù)控制減速電機(jī)的正反。快慢。減速電機(jī)的正反。快慢又影響到絲杠。摩擦片與摩擦盤之間的位置關(guān)系，從而可以控制緩降器的下降速度。因?yàn)榘l(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，緩降器將發(fā)生多次作用，當(dāng)緩降器下到最低部，就要考慮載物盤的復(fù)位問題，如何識(shí)別緩降器已經(jīng)到底部，緩降器載物盤上沒有人了，當(dāng)緩降器到底部時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不再轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)增設(shè)幾秒鐘的延時(shí)，作為下來時(shí)間就可以了。復(fù)位電機(jī)是空載，轉(zhuǎn)速可以恒速控制，而且要快。以避免緩降器在非正式使用時(shí)，載人裝置不會(huì)意外降下。該限位卡具有一定的強(qiáng)度，當(dāng)意外地有小孩拉動(dòng)或坐上載人裝置時(shí)，該限位卡可以卡住載人裝置不使其下降。當(dāng)要使用時(shí)，載人裝置上乘坐人的重量超過限位卡的極限強(qiáng)度，被拉斷，則載人裝置即可下降。

3.2 單片機(jī)的選用

單片機(jī)模塊在控制系統(tǒng)處于核心的位置，從硬件設(shè)計(jì)的角度來說，首先要保證其供電穩(wěn)定，其次要對(duì)其部分功能模塊如PWM通道，定時(shí)器通道的進(jìn)行編程，寫入驅(qū)動(dòng)程序，使其工作.MC9S12系列單片機(jī)是以速度更快的CPU12內(nèi)核為核心的單片機(jī)系列，總線速度為8MHZ，MC9S12 DG128開發(fā)板實(shí)際上是單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng)。板上有構(gòu)成最小系統(tǒng)需要的復(fù)位電路。晶體振蕩器及時(shí)鐘電路，驅(qū)動(dòng)電路，+5V電源插座。單片機(jī)的所有I/O端口都通過2個(gè)64芯的歐式插頭引出。由于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和緩 降器的下降時(shí)刻變化。存在傳感器測量滯后。灰分測量值存在檢測滯后等原因，在實(shí)際的起降操作不能簡單的按照傳統(tǒng)的PID控制，采用模糊控制效果更加理想，本文提供的單片機(jī)完全滿足緩降器控制系統(tǒng)的要求。

3.3 傳感器工作原理

發(fā)光二極管在使用約15mA發(fā)射電流。沒有強(qiáng)烈外部光線干擾時(shí)，探測距離達(dá)到20mm，由于傳感器與轉(zhuǎn)輪距離很近，大約只有5mm，所以這樣的探測距離完全可以滿足需要。紅外傳感器的電路有多種形式，在這里為了安裝調(diào)試方便，我們采用了圖3的電路形式。圖3中LM324為四個(gè)運(yùn)算放大器所組成的IC芯片，將LM324連接成為一個(gè)電壓比較器，其反相輸入端由電位器分壓后接入，同相輸入端接收三極管的集電極，這樣設(shè)計(jì)的電路非常的直觀，且輸出端為數(shù)字信號(hào)“0”或者“1”，可直接與單片機(jī)的I/O端口相連。

3.4 電源模塊

單片機(jī)。傳感器及其信號(hào)采集電路需要+5V電源，采用低壓降電源管理芯片LM2576產(chǎn)生，LM2576，價(jià)格低廉，電路成熟，但是考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)瞬間會(huì)引起電壓瞬間下降的現(xiàn)象，所以電源管理系統(tǒng)中采用了低壓降的電壓調(diào)節(jié)器LM2576來產(chǎn)生5V電壓。如圖4所示。

4.軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的緩降器，通過放繩索下降而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，再通過發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)線繩卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，減速機(jī)構(gòu)阻止放繩索下降的速度，使得緩降器能夠基本上勻速地下降，既快捷。又安全，老人。孩子使用也很方便。軟件流程如圖5所示。

5.實(shí)驗(yàn)測試

實(shí)驗(yàn)實(shí)物如圖6所示。為了驗(yàn)證緩降器的有效性，對(duì)實(shí)物進(jìn)行安裝與調(diào)試，為了計(jì)算方便，對(duì)在重量和高度專門設(shè)計(jì)，載重量為5.0Kg.10.0Kg，高度3.0m.6.0m，測控?cái)?shù)據(jù)為選擇關(guān)鍵的參數(shù)：發(fā)電機(jī)電壓。電流，載物盤的下降時(shí)間。發(fā)電機(jī)電壓。電流是考量其產(chǎn)生電量的參數(shù)，它關(guān)系到自供電的成敗。下降時(shí)間是測量下降速度的參數(shù)。需要說明的是有無控制器作用載物盤的下降速度方式是不一樣的，有控制器作用載物盤做的是勻速運(yùn)動(dòng)，無控制器作用載物盤做的是勻加速運(yùn)動(dòng)。通過表1的相關(guān)數(shù)據(jù)能說明這一點(diǎn)。勻速運(yùn)動(dòng)0.5~0.6m/s;變化幅度10~20%勻加速運(yùn)動(dòng)1.1~2.6m/s2，變化幅度最大150%.

表1數(shù)據(jù)除重量。高度外其它為3次的平均值。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為普通實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

6.結(jié)束語

本文提供的緩降器具有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單。部件銜接緊湊，便于安裝；質(zhì)量可靠；考慮到了能源環(huán)保。防止意外等情況的發(fā)生。為了克服這些問題在裝置設(shè)計(jì)上具有自身發(fā)電。儲(chǔ)能等功能，做到了真正意義低碳，并能夠適應(yīng)出險(xiǎn)時(shí)可能斷電的情況。因此，它特別適合于高層建筑，尤其高校的居住公寓。辦公樓，用于應(yīng)備突發(fā)事件。通過實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果.