基于單片機的電梯控制系統(tǒng).

1、畢業(yè)論文（設計）題目名稱：基于單片機的電梯控制系統(tǒng)題目類型：畢業(yè)設計學生姓名：院（系）:專業(yè)班級：班指導教師：輔導教師：時 間：至基于單片機電梯控制系統(tǒng)學 生：，電子信息學院指導老師：，電子信息學院【摘要】本文介紹了以80C51單片機為核心控制器件的電梯自動控制系統(tǒng)，包 括課題概述、方案論證、硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)調試等幾個部分。該系統(tǒng)采用單 片機作為控制核心，通過掃描內外按鍵按下與否引起的電平的改變，作為用戶請求信 息發(fā)送到單片機，控制電動機轉動，單片機根據(jù)樓層檢測結果控制電機停在目標樓層。 硬件部分主要由單片機最小系統(tǒng)模塊、樓層檢測模塊、層位數(shù)碼管顯示、電動機驅動 模塊、按鍵掃描模塊、報

2、警模塊、上下行呼叫指示電路等部分組成。樓層檢測使用光 電傳感器，電梯運行到相應樓層時，光電傳感器產生電平變化，送到單片機來確定樓 層數(shù)，電動機控制部分采用直流電機及 H橋驅動電路。軟件部分介紹了系統(tǒng)程序設計 思路、程序功能分析，著重介紹了主程序的邏輯結構，還分別介紹了報警、演示功能、 按鍵掃描、層位讀取、顯示、電梯控制邏輯等子程序的結構和功能。軟件部分使用C語言，利用中斷方式來檢測樓層的檢測信息， 并送到數(shù)碼管進行顯示。硬件設計簡單 可靠，結合軟件，基本實現(xiàn)了五層電梯運行的模擬。【關鍵詞】AT89S51;按鍵掃描；數(shù)碼管顯示；電梯控制；IElevater Control System Base

3、d On MCUStudent: Ma Wei , Institute of Electronics and InformationTutor: Gao XiuE, Institute of Electronics and InformationAbstractThis paper introduces the 80C51 microcontroller as the core control device of the elevator control system, including the issues outlined, program feasibility studies, ha

4、rdware desig n, software desig n, system debugg ing, and several other parts.The system uses a microc on troller as the con trol cen tre, Firstly, it is by sca nning the in ternal and external level change caused by keyboard to be a user requests information to the microco ntroller, The n ext is tha

5、t the si ngle chip con trols the motor based on test results floors stopped in the target floor. Hardware part mainly are made of the microc on troller, floor detection module, level digital display, electric motor drive module, key scan module, alarm module, circuit directions up and down the line

6、calls and other comp onen ts.Floor detect ion uses optical sen sors. Whe n elevator goes to the appropriate floor, Photoelectric sensors produce level changes sent to the microcontroller to determ ine the floor,.The part of motor con trol uses H Bridge type circuit to con trol the DC motor .Software

7、 components intorduce System programming design ideas, procedures, functional analysis . It is not only focusing on the logical design of the main structure but also separately in troduced the warni ng fun cti on, the dem on strati on fun ctio n, the pressed key sca nning, the positi on read, the de

8、m on strati on, the lift con trol logic small steelyard procedure structure and the function. Software components use C Ianguage. This realization way is the use of Interrupt mode to detect the information of the floor sent to the Digital tube . The hardware design of the system combined with the so

9、ftware is simple and reliable. So It is basically to achieve simulation of elevator running five floors.Key wordsAT89C51; DC motor; in frared sen sor; elevator con trol;前言基于單片機的電梯控制系統(tǒng)1前言隨著人們生活水平的不斷提高和國內經濟的迅速發(fā)展。 各大城市建筑物在不斷向 高層化發(fā)展。因此電梯在我們的生活中起著舉足輕重的作用。 電梯已不僅是一種生產 環(huán)節(jié)中的重要設備，更是一種人們頻繁乘用的交通運輸設備。2008年奧運會和20

10、10年世博會在中國的舉辦，將有力的帶動電梯革命的節(jié)能環(huán) ?；l(fā)展，電梯產業(yè)的前景和走勢也隨著社會的需求悄然發(fā)生著改變。市場對新一代的綠色電梯、節(jié)能電梯和智能電梯的需求越來越旺盛。國內外電梯企業(yè)順應市場需要， 加大研發(fā)投入，都準備在未來新概念電梯產業(yè)發(fā)展中占得先機。1.1 課題的提出及研究意義電梯是集機械原理應用、電氣控制技術、微處理技術、系統(tǒng)工程學等多科學和技 術分支于一體的機電設備，它是建筑中永久垂直交通工具。電梯作為生產生活的典型 運載工具使用已十分普及，其控制信號類型多，關系復雜，要求的控制性能特別高。 隨著經濟的發(fā)展高層建筑越來越多對電梯的運行速度和控制性能也提出了更高的要 求。而在我

11、國于八十年代初至九十年代初投入使用的電梯，其中絕大部分采用繼電器繼電器陣列結構該結構體積大、接線復雜、噪音大、觸點易磨損、故障率高、維護 工作量大，已無法滿足現(xiàn)代社會的需要。自上世紀80年代以來，微機控制系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，現(xiàn)已深人到我國工農 業(yè)生產的各個方方面面，隨著電力電子技術和微電子技術的發(fā)展，使得以微機為核心的控制系統(tǒng)得到廣泛應用。尤其是單片機的開發(fā)與應用，其深度和廣度越來越大。微 機應用于電梯控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的采用繼電接觸邏輯控制系統(tǒng)相比，具有很大優(yōu)越性， 一方面，它使整個系統(tǒng)的體積減小，可靠性提高，使用壽命延長；另一方面，它還簡 化了安裝調試和維護維修的工作量， 使整個電梯的運行

12、成本降低。更突出的優(yōu)點是微 機具有靈活的算術和邏輯運算功能，具有很強的通信和可擴展功能，實現(xiàn)更完善的自 動控制。常用的微機控制主要的有兩種技術： 基于PLC控制和基于單片機控制兩大技術。 可編程控制器，是微機技術與繼電器常規(guī)控制技術相結合的產物， 是在順序控制器和 微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機，它有良好的抗干擾性能，適應很多工業(yè)控制現(xiàn)場的惡劣環(huán)境， 所以現(xiàn) 在的電梯控制系統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。但是由于PLC的針對性較強，每一臺PLC都是根據(jù)一個設備而設計的，所以價格較昂貴。而單片機價格相當便宜， 也不像PLC那么有針對性，可以隨

13、著設備的更新而不斷修改完善，更完美的實現(xiàn)設 備的升級?；趩纹瑱C控制的電梯可以大大的降低成本而且運行也較可靠，采用單片機來實現(xiàn)老式電梯控制系統(tǒng)的改造無疑是最佳方案。由于單片機具有體積小、線路簡單、無噪音、可靠性高、維護方便，是一種少投入、高回報的方案。同時能方便實現(xiàn) 多臺電梯的群控，并通過通訊接口與樓宇自動化系統(tǒng)聯(lián)接，實施對電梯的監(jiān)控。1.2 國內外電梯系統(tǒng)技術的發(fā)展現(xiàn)狀在現(xiàn)代社會和經濟活動中，電梯已經成為城市物質文明的一種標志。 特別是在高 層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運輸工具。電梯作為垂直運輸?shù)纳翟O備，其特點是在高層建筑物中所占的面積很小， 同時 通過電氣或其它的控制方式可以將乘客或貨

14、物安全、合理、有效地送到不同的樓層。 基于這些優(yōu)點，在建筑業(yè)特別是高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進入了新的發(fā)展時期。電梯的存在，使得每幢大型高樓都可以成為一座垂直的城市。在紐約的前世界貿易中心大樓里，除每天有5萬人上班外，還有8萬人次的來訪和旅游，因此250臺電 梯和75臺自動扶梯的設置和正常運行，才使得合理調運人員、充分發(fā)揮大樓的功能 成為現(xiàn)實。中國第一高樓、坐落在上海浦東的金茂大廈，高度420.5m,主樓地上88層，建筑面積220000卅，集金融、商業(yè)、辦公和旅游為一體，其中60臺電梯、18臺扶梯的作用是顯而易見的。20世紀初，美國出現(xiàn)了曳引式電梯，其結構見圖 1。從圖中可見，鋼絲

15、繩懸掛在 曳引輪上，一端與轎廂連接，而另一端與對重連接，隨曳引輪的轉動，靠鋼絲繩與曳 引輪槽之間的摩擦力，使轎廂與對重作一生一降的相反運動。 顯然，鋼絲繩不用纏繞， 因此鋼絲繩的長度和股數(shù)均不受控制，當然轎廂的載重量以及提升的高度就得到了提 高，從而滿足了人們對電梯的使用需求。 因此，近一百年來，曳引電梯一直受到重視， 并發(fā)展沿用至今。圖1曳引式電梯示意圖1轎廂 2曳引輪 3對重在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統(tǒng)已經通過變換電動機級數(shù)的調速方 法來調整電梯運行速度的技術相繼研制成功，1933年，世界上第一臺運行速度為6 m/s 的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。第二次世界大戰(zhàn)后，建筑業(yè)的

16、發(fā)展促使電梯進入了高峰發(fā)展時期， 代表新技術的 電子技術被廣泛應用于電梯領域的同時，陸續(xù)出現(xiàn)了群控電梯、超高速電梯。隨著電力電子技術的發(fā)展，晶閘管變流裝置越來越多地用于電梯系統(tǒng)， 使電梯的 拖動系統(tǒng)簡化，性能提高。同時交流調壓調速系統(tǒng)的研制和開發(fā)， 使交流電梯的調速 性能有了明顯的改善。進入20世紀80年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率調 整電梯運行速度的調壓調頻技術研制成功，出現(xiàn)了交流變壓變頻（VVVF ）調速電梯， 開拓了電梯拖動的新領域。1993年，日本生產了 12.5m/s的世界最高速交流變壓變頻 調速電梯，結束了支流電梯獨占高速電梯領域的歷史。電梯發(fā)展到今天，在使用需求和新技術應

17、用方面都到了全面發(fā)展的時期。隨著智 能化、信息化建筑的興起與完善，要求電梯不只是完成垂直運輸?shù)幕竟δ?，還應以人為本，提高舒適度，特別從電梯運行的控制智能化角度考慮， 電梯的優(yōu)質服務不再 是單一的“時間最短”問題，而是采用模糊理論、神經網絡、專家系統(tǒng)等方法，以期 實現(xiàn)單梯與群控管理的最佳模式、 合理的配置與使用、遠程監(jiān)控與故障診斷、節(jié)能以 及減少環(huán)境污染等。第3頁（共40頁）基于單片機的電梯控制系統(tǒng)1.3 課題研究的內容隨著科技的發(fā)展，微型計算機領域的不斷進步，將使得將來電梯的體積大大減小， 功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件被機結 合在一個設備內，把儀表、電

18、子和計算機的功能綜合在一起。因此微型計算機控制技 術將會成為電梯運行中的關鍵技術。本次設計的主要內容是以單片機為主控制器的電梯控制系統(tǒng)。本來電梯系統(tǒng)是一 個相對復雜的系統(tǒng)，由于能力和經驗有限，所以只能實現(xiàn)基本的功能如：層站呼叫、 自動停層、轎廂命令響應等。通過單片機輸出電壓通過驅動電路然后控制電梯拖動。 在此，本文以五層電梯為研究對象，選用 51單機(該機芯片選為AT89S52乍為其控 制器，研究微機控制梯系統(tǒng)的設計方法。根據(jù)問題的提出、意義和文獻綜述，本課題 研究的具體內容包括以下四個方面：(1) 對電梯系統(tǒng)常用的控制方法的研究(2) 電梯控制系統(tǒng)硬件組成及其原理(3) 電梯的單片機系統(tǒng)軟件

19、設計(4) 電梯在信號傳輸中遇到的問題第4頁(共40頁)方案論證2方案論證2.1主控芯片選擇方案一：多片單片機控制方案。這種方案是使用多片單片機，其中一片是作為主 控制器，另外設置了轎廂控制系統(tǒng)，每層的控制系統(tǒng)分別由一個單片機控制， 然后通 過主控制器和副控制器之間的通訊，實現(xiàn)電梯系統(tǒng)的控制。這種方案的控制系統(tǒng)的結 構簡單明了，各個系統(tǒng)之間相互獨立便于維護和修檢。所以根據(jù)功能要求需要選用5片AT89C2051單片機就可以實現(xiàn)該電梯的功能。不過單片機之間的通訊較多，在目 前通訊是個難點，可能導致電梯運行過程不夠穩(wěn)定。方案二：采用CPLD器件作為控制中心，對整個系統(tǒng)的運作進行統(tǒng)一管理，但 這種方案

20、要求平時有很多的知識積累和較強的專業(yè)水平，實現(xiàn)起來比較困難且器件較 貴，不符合經濟要求，而且升降電機的控制，運行時間的測量、顯示等還需要單片機 的配合。方案三：一片單片機為主控制器的方案。MCU采用一個單片機控制所有的按鍵、 數(shù)碼管顯示、電動機的轉動、傳感器的輸出信號等，并對以上所有信號進行處理。這 種方案的控制系統(tǒng)相對復雜，只適用于較簡單的電梯控制系統(tǒng)，因為這次的設計的內 容是5層電梯控制系統(tǒng)，所以選用這種方案。單片機技術目前較為成熟，自身資源豐 富，硬件設計簡單，成本低，可靠性高，結合軟件完全可以實現(xiàn)電梯運行狀況的簡單 模擬。權衡以上方案的分析，采用方案三。2.2 定位平層模塊方案一：采用

21、金屬接近開關檢測電梯層數(shù)。 在轎廂安裝金屬片，并在豎井各個樓 層設置金屬接近開關，當轎廂運動到特定位置，豎井上的金屬接近開關探測到金屬片， 其輸出發(fā)生變化。單片機通過金屬接近開關輸出的變化知道電梯轎廂的位置。該方案安裝的金屬片會加重轎廂重量，并且金屬接近開關體積較大、安裝不便、成本較高。方案二：采用紅外發(fā)射對管檢測電梯層數(shù)。在豎井各個樓層設置紅外發(fā)射對管。當接通電源時，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當轎廂運動到特定位置（即樓層位置）， 紅外線接收頭接收到紅外線輸出發(fā)生變化，單片機通過紅外線接收頭輸出的變化知道 電梯轎廂的位置。該傳感器的響應時間為 2.5ms,且體積小、功耗低、容易安裝。基于上述

22、方案的分析，選擇方案二。2.3 樓層顯示模塊方案一：采用點陣式液晶顯示器（LCD）顯示各種相關數(shù)據(jù)以及信息。點陣式液 晶顯示器屬于低功耗器件，但其價格較貴。方案二：采用傳統(tǒng)的7段數(shù)碼管（LED ）顯示電梯實時所到的樓層。雖功耗大， 但其軟件驅動簡單，硬件電路調試方便，價格便宜，亮度大，能滿足本設計的要求。以上兩種方案中，選擇方案二。2.4 聲音提示模塊方案一：采用美國ISD公司的2590語音芯片，該語音芯片錄放時間為 90秒。 ISD2500系列具有抗斷電、音質好，使用方便等優(yōu)點。它的最大特點在于片內 E2PR0M容量為480K，所以錄放時間長；有10個地址輸入端，尋址能力可達1024位; 最

23、多能分600段；設有OVF （溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。方案二：采用蜂鳴提示音提示當轎箱到達所需的樓層時， 蜂鳴器響，提示乘客到 達了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時的報警提示信號，其軟件驅動、硬件電路 調試非常簡潔方便，而且價格便宜，能滿足本設計的要求。以上兩種方案中，選擇方案二。2.5 電動機模塊方案一：采用步進電機作為本設計的執(zhí)行元件， 步進電機在定位性能方面十分優(yōu) 越。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅動的形式，步進電機不需要A/D轉換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉化成為角位移。 常用的步進電機每轉一步，角度轉 1.8,在應用中，步進電機可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉矩，其

24、二是傳遞 信息，升降精度很高。方案二：采用直流電機作為本設計的執(zhí)行元件， 直流電機工作是讓線圈始終交替 地處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過兩個半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀態(tài)消 除掉。這樣，載流線圈在磁場中就會一直地轉動下去。直流電機在高起動轉矩、大轉 矩、低慣量的系統(tǒng)中經常使用到。此題目中電機要帶動的負載較大，對升降精度要求不是很，所以采用方案二。2.6電動機驅動模塊我們使用的是直流電機，比較以下兩種萬案實現(xiàn)對直流電機的驅動。方案一： 小功率驅動電路可以采用如圖2所示的H橋開關電路。UA和UB是 互補的雙極性或單極性驅動信號，TTL電平。開關晶體管的耐壓應大于 1.5倍Us以 上。當四個功

25、率開關全用 NPN晶體管時，需要解決兩個上橋臂晶體管（BG1和BG3） 的基極電平偏移問題。圖3中H橋開關電路利用兩個晶體管實現(xiàn)了上橋臂晶體管的 電平偏移。但電阻R上的損耗較大，所以也只能在小功率電機驅動中使用圖2H橋開關電路（）圖3 H橋開關電路（D）方案二：采用集成電機驅動控制芯片 L298，該芯片內部包含有兩個集成 H橋, 能同時驅動兩路5到24伏范圍電源的直流電機。由于本系統(tǒng)只有一路直流電機，且功率較小，所以采用方案一中圖 2方案。第7頁（共40頁）硬件設計圖4電梯模型效果圖3硬件設計3.1總體方案設計本次設計的基本思想是采用 AT89S52單片機作為核心，利用其豐富的I/O接口與 外

26、圍電路配合進行控制。采用8位LED靜態(tài)顯示來實時顯示電梯所在樓層，并用4511 來驅動LED顯示。采用行列式鍵盤矩陣作為外呼內選電路，由于是5層樓，故選用4X 4矩陣鍵盤，鍵盤矩陣共16個按鍵，其中8個按鍵是各層樓外呼按鍵，5個表示 電梯內部的選擇鍵，另外設有緊急停止按鍵，啟動按鍵和電梯演示按鍵。電梯狀態(tài)是 通過兩個發(fā)光二極管顯示的，左邊燈亮表示電梯在向上運行，右邊燈亮表示電梯在向 下運行，另設有一燈燈亮表示開門狀態(tài)，燈熄表示關門狀態(tài)。電梯的系統(tǒng)PCB圖見附錄二圖22、圖23。電梯間豎井部分由有機玻璃 粘成無上蓋板的六面體 ABCDEFGH，高度 AE 為 1.2m； 電梯橋廂模型J通過滑輪懸

27、掛并 由電動機M牽引，可在電梯間 豎井模型的空間內上下運動。 該 電梯間豎井模型每隔20cm自下 向上分成5層，其樓層編號如圖 所示。第15頁（共40頁）總體方框圖如圖5所示:電機驅動模塊_ 滑輪*直流電機位置檢測扌電梯模型單片機蜂鳴提示樓層顯示呼叫信號輸入、指示電路圖5總體方框圖3.2單片機最小系統(tǒng)單片機采用ATME公司的AT89S52最小系統(tǒng)包括復位電路和時鐘電路兩部分，其中復位電路采用按鍵手動復位和上電自動復位組合，電路如圖6 （左）所示：其中9腳為單片機的復位端，電容 C5按鍵RESET勾成上電復位和手動復位電路。時鐘電 路如圖3（右）所示：晶振采用的是12MHZ勺，C1、C2為30p

28、瓷片電容，XATL2和 XATL1 分別為單片機的18和19腳。5 vOHZ IXTAL 2C13 0pC23 0pXTAL時鐘電路圖6最小系統(tǒng)電路3.3各模塊設計3.3.1按鍵電路由于本電路所需按鍵較多，為了節(jié)省單片機的I/O 口，故選用行列式鍵盤矩陣。本電路采用的是4鍵盤矩陣。電路如圖7所示，P2.0-P2.3是接單片機的P2端口, 單片機采用行和列掃描法來判別這 16個按鍵中哪個鍵按下，然后可根據(jù)每個按鍵的 功能來通過單片機控制電梯的運行。鍵盤電路如圖7所示:-7圖7鍵盤電路各按鈕開關說明：按鈕開關1:轎廂內一樓呼叫開關；按鈕開關 2:轎廂內二樓呼叫開關;按鈕開關3:轎廂內三樓呼叫開關；

29、按鈕開關 4:轎廂內四樓呼叫開關;3.3.2顯示電路數(shù)碼管顯示，電梯的基本功能具備顯示電梯當前的樓層， 所以設計中在轎廂和每 個樓層中都設置了一個數(shù)碼顯示管，用來顯示當前電梯所在的層數(shù)，數(shù)碼管顯示電梯 所到達的樓層數(shù)。接線圖如圖8所示，圖中共有1個數(shù)碼管，通過對8根數(shù)據(jù)線進行 寫操作進行樓層顯示。圖8顯示部分接線圖1 1 I 1 11c J T pppppp 艮一R3.3.3電機正反轉指示在本次設計中電機正反轉用兩個發(fā)光管來表示，如圖 9所示：用單片機的P1 口 做輸出口來驅動發(fā)光管，其中 L1亮表示電機正轉、L2亮表示電機反轉、L3亮表示 電機停轉，同時電梯開門。L3滅表示電梯關門，L3亮表

30、示電梯開門，電梯運行時L1 和L2必須有一個亮，來表示電梯的上行和下行。3.3.4電源模塊本系統(tǒng)采用L7805穩(wěn)壓電路提供電壓+5V，對各部分電路供電，電源可以采用 USB接口的方式輸入，也可以采用標準的電源輸入頭輸入，另外電源可以直接通過 P13 口對電機進行供電。Power圖10電源模塊在降壓電路中應注意以下事項：1、輸入輸出壓差不能太大，太大則轉換效率急速降低，而且容易擊穿損壞；2、輸出電流不能太大，1.5A是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠 大，否則會導致高溫保護或熱擊穿；3、輸入輸出壓差也不能太小，太小效率很差3.3.5紅外發(fā)射接收電路在豎井各個樓層設置紅外發(fā)射接收管，在轎

31、廂上下運動的過程當中紅外線發(fā)射管 不斷發(fā)射紅外線，當轎廂運動到特定位置，豎井上的紅外線接收頭收到紅外線， 其輸出發(fā)生變化。單片機通過紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置LED圖12紅外對管電路圖圖11紅外發(fā)射對管圖11所示為反射式紅外線發(fā)射-接收器的示例。調整發(fā)射管的限流電阻（200 Q）, 可以調整靈敏度，但是注意不能讓電流超過50mA，以免燒毀發(fā)射管。輸出側的10k電阻是提供“ 0”電平時的接地電阻，如果電路里已經有信號輸入的接地電阻，則可 以省略本處的10kQ電阻。此電阻阻值不能太小，否則高電平輸出會達不到3.5V以上。 只要在紅外線發(fā)射-接收管前插入一件對紅外光有反射作用的物質，圖

32、示的輸出端口“OUT”的電平立即從低變成高。只要在紅外線發(fā)射-接收管前插入一件對紅外光有 無反射作用的物質，圖示的輸出端口“ OUT ”的電平立即從高變成低。如果該反射或 無反射物質是循環(huán)連續(xù)動作的話，就是一種非常好的無觸點信號源位置檢測。3.3.6 電機驅動電路電機驅動部分采用常用的H橋電路，如下圖所示。在 P2.4 口輸入PWM信號對 整個電路進行選通，通過調節(jié)PWM的占空比，實現(xiàn)電機運動過程的加速和減速的過 程，從而完成電機的停止、平層操作。P2.5 口為電機的正反轉控制，當 P2.5為高電平時，Q3、Q2管導通，并通過電機構成回路，實現(xiàn)電梯的反轉，當其為低電平時， Q1、Q4管導通，通

33、過電機構成了 H橋的另一邊反向回路，實現(xiàn)了電梯的正轉，從而 完成電機的正反轉控制。驅動電路 PCB圖見附件二圖24、圖25。仿真圖如圖13所示:圖13 H橋電路仿真圖3.3.7按鍵指示由于此部分只要求每層顯示上下標志，所以我們采用一般的發(fā)光二級管。此外， 由于一樓和五樓只能分別上和下，故我們在一樓和五樓都只安裝一個發(fā)光二級管。由 于單片機10 口資源有限，我們通過74HC573鎖存器實現(xiàn)電梯外部的八個發(fā)光二極管 與矩陣鍵盤的P3 口復用，通過P0.6選通，當需要對八個發(fā)光二極管進行操作時，需 要先將P0.6置1進行選通，改變P3 口數(shù)值，再置0對P3進行鎖存。圖14電梯外部按鍵指示復用電路3.

34、3.8緊急報警轎廂內設緊急報警按鈕，當電梯突然發(fā)生故障使轎箱內的人被困時，可以通過按下緊急停止按鈕，清除所有呼叫信號，并將電梯直接運行至一樓，并發(fā)出報警信號。 由于這個部分要求電梯的任何運行狀況下都要有效，為保險起見，我們將此作為一個獨立的模塊。軟件設計第25頁（共40頁）緊急停止求救信號.清除所有呼叫信號 電梯運行至一樓按鈕T發(fā)出報警信號7電人梯 口貝官J理清除警報L維修電梯解等待啟動|救被困人員圖15蜂鳴器報警原理圖4軟件設計本設計由于采用鍵盤矩陣來代替外呼內選按鈕， 而電梯的運行方向是根據(jù)這些呼 叫按鍵和選擇按鍵來決定的，所以單片機要不斷的掃描鍵盤來獲取各層呼叫狀態(tài)， 從 而控制電梯的運

35、行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設計的重要一部分，另外要把鍵盤掃描到的各層的按鍵信息存儲起來，然后和電梯的運行狀態(tài)比較，判斷是否響應各層 呼叫，當電梯到達目的樓層時電機停止，此時即可進、出乘客，乘客進入電梯之后可 選擇去哪一層，然后電梯根據(jù)乘客的選擇判斷去哪一層， 繼續(xù)運行。通過單片機控制 電梯在上升過程中只響應上升呼叫，下降過程中只響應下降呼叫。由于本設計采用單片機實現(xiàn)控制， 其中主程序部分主要完成系統(tǒng)的初始化， 如中 斷方式的設置，開中斷等。在中斷子程序中完成樓層檢測等，其它的如數(shù)碼管的顯示， 鍵盤的響應，轉動電機的控制，延時等均由相應的子程序來完成。軟件設計思想：采用模塊化的分層次設計方法

36、，將軟件系統(tǒng)功能由多個實現(xiàn)單一 功能的子程序實現(xiàn)。通過調用不同的子程序，實現(xiàn)了復雜功能控制。這樣便于調試、 修改。軟件編程是實現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關鍵。在本設計中，可以把程序 的各部分相互結合起來，達到完成各項設計的功能。4.1電梯主程序根據(jù)系統(tǒng)要求，電梯的程序應滿足以下要求：（1）初始化程序使數(shù)碼管顯示“ 1”表示電梯處在一樓，等待人進入電梯；（2）主程序主要包括： 判斷乘客進入電梯后選擇去哪一層， 根據(jù)判斷情況來控制電梯運行，到達目標 樓層后相應的呼叫指示燈熄滅； 電梯在運行過程中要不斷的掃描鍵盤， 從而來判斷各樓層有無呼叫請求，并點 亮相應的呼叫指示燈； 設置演示功能按鍵、緊急停

37、止按鍵、啟動按鍵； 實時顯示電梯所在位置及運行狀態(tài)（上行/下行）； 開關門有一定的延時來保證乘客走出/進入電梯；主程序流程圖如圖16所示。開始初始化樓層檢測演示子程序樓層、方向顯示電梯邏輯控制電動機轉動圖16主程序流程圖電梯的整個軟件設計包括一下幾部分：電梯邏輯控制模塊、電梯運行模塊、鍵盤 掃描模塊、樓層顯示模塊、指示燈關閉模塊、樓層檢測模塊、電梯功能演示模塊、電 梯緊急停止模塊。4.2電梯邏輯控制電梯控制中，單片機掃描樓層外呼內選信號，將樓層呼叫信號與當前樓層運行狀 態(tài)進行比較，確定電梯響應上升、下降隊列，然后電梯按照運行隊列進行電機控制。 而將呼叫信號轉化為響應隊列的程序模塊是電梯控制的核

38、心部分，其算法的嚴謹性， 決定了電梯的控制性能。其程序源代碼見附錄一1.1,邏輯框圖如圖17所示：中斷邏耕圖當前樓L：小于內部呼叫樓圧內部呼叫請求-外部呼叫請求內部呼叫ifi求力向問卜|埠制樓肚大F內部呼叫槎出匡ff方向向下WiArjj “,叫隊列5詒* 適廳方向向丄: 麻而了面|仏劌MU向上阻繃力前瞬I：肖前播肚人于吁叫樓出,5麗摟Li小1呼叫樓層filf|J lJ I：.播人聞 I：阻刊、肚必鍛家入F降潔求下腎詵求卜擠入向下呼叫此刊.h |.|777請求摟心小于赧扃溝蕊樓心：M接插人上斤尿列r*溝下1甫底fE屋大于山仙試求樓L：fit關請厳為上為就樓出人十呼叫樓圧川人諭求熱入向卜帆列-折入

39、問I；賦列f請求樓心大A址扁歸求樓N接描人下降限列當前樓層丈于 呼仙樓層 辭斥-r咿曲請扎向1加*|d. 1巾1 il卜;片伸血Ti砧苧冷電斷耐求対F與勢求一*r接抽扎*1當前摟底Iffff叫権層4播入向上隊列.放島訓求曉L：向上;* r抬播扎外 部 呼 叫 詵 求卜呼山.求呼叫J -址陽訓歡匸氏捲抽扎王冊臥列章昴調求為F4冠:lt：k |町叫再J呼叫楹靑人丹禹iTO 7Pf叫賤M小f ill侖Mri復犧A F降臥蚓卜降諸求時叫播圧小J品請求樓圧-|；下十皿樓匕小1吋叫FM：材入上升肚利上升請求一if I楹匚k J hl A Lil求；lf盤描人I:什隊列圖17中斷邏輯圖4.3電梯運行控制電梯

40、響應上升下降隊列時，要對相應的指示燈、上下行狀態(tài)，以及響應隊列做相 應的改變，而實現(xiàn)這一功能模塊的就是電梯運行函數(shù)。其程序源代碼見附錄一1.2,邏輯框圖如圖18所示：上升下降陸列為空；槨止運訐電梯運行函數(shù)4除去向下樓層隊列 電梯停轉到達樓層h關閉該厘捋示燈J卜降不為空；顯示開關門信號未到達樓層:向上運存，顯 示運行方向辻前樓層數(shù)匕升隊列不為空到達樓h早未到達樓層：向卜運杠t毅2（乃向片前樓出數(shù)I:升隊列為空判斷下降圖18電梯運行邏輯圖關閉該層指示燈 顯示開關門館號除去向I樓層隊列 電梯停轉F降隊列為空上升不為空匸判斷上升4.3 鍵盤掃描、樓層檢測鍵盤掃描采用行掃描法，行掃描法又稱為逐行掃描查詢

41、法，是一種最常用的按鍵 識別方法。首先判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線 丫0-丫3置低電平，然后檢測列 線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低 電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按 下。然后判斷閉合鍵所在的位置，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過 程。依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定 某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。 若某列為低，則該列線與 置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。在確定各閉合按鍵后，對于每一個 按鍵返回一個固定鍵值。當鍵盤返回鍵值后

42、，對不同的鍵值進行鍵碼處理，產生相應 的呼叫信號，并使相應的呼叫樓層指示燈燈點亮。程序源代碼見附錄一1.6。樓層檢測采用中斷掃描的方式，在中斷子程序里對P0.0-P0.4進行掃描，當某一管腳為高電平時表示電梯運行至該樓層。4.4 緊急停止、演示功能為了提高電梯安全性能，設置緊急停止功能，當緊急停止鍵按下， 所有呼叫信號 清空，呼叫指示信號燈熄滅，同時電梯向一樓方向運行，蜂鳴器報警，當電梯運行到 一樓，停止報警，等待電梯重新啟動信號。程序源代碼見附錄一1.3。作為電梯模型，為了更方便的展示電梯所具有的功能，在系統(tǒng)中設計了一個演 示功能按鍵，當電梯啟動后，第一次按下演示按鍵時，系統(tǒng)自動生成二樓、三

43、樓、四 樓的向上呼叫信號，以及五樓的向下呼叫信號，相應的指示燈點亮，系統(tǒng)按照此呼叫 隊列運行；第二次按下演示按鍵時，系統(tǒng)自動生成四樓、三樓、二樓向下呼叫信號， 以及一樓的向上呼叫信號，同時相應的指示燈點亮，系統(tǒng)按照此隊列運行。程序源代 碼見附錄一 1.4。4.5 程序中位操作問題分析由于系統(tǒng)顯示、控制信號較多，管腳多處復用，在程序里幾處需要對單片機的某 一個端口進行位操作，并且不能改變其他管腳的值，下面進行分別分析。樓層顯示部分：樓層顯示數(shù)碼管采用4511驅動，所連接的單片機的管腳為 P2.0-P2.3, P2 口剩下 四個管腳連接電機，所以需要對P2 口前四位進行操作顯示樓層信息，程序采用s

44、witch 語句，判斷所需要顯示樓層數(shù)，然后對 P2.0-P2.3進行相應的位操作，從而顯示樓層 信息。程序源代碼見附錄一 1.5。按鍵指示燈部分：電梯外部按鍵指示燈是利用74HC573鎖存后與矩陣鍵盤共同連接至單片機P3口，在掃描鍵盤時需要用 74HC573對八個指示燈進行鎖存，而對按鍵指示燈進行操 作時，要求對任意一個指示燈進行點亮、熄滅操作，而且不能改變其他位的狀態(tài)。這 就需要對八個指示燈當前狀態(tài)進行儲存，并將位賦值轉化為端口賦值的方式。 程序中定義變量trap用以保存當前P3 口值，當指示燈的某一位需要熄滅時，將此位與trap進行“或”操作形成新的trap賦給P3 口，當指示燈某一位需

45、要點亮時，將除了此位 其他位的高與trap進行“與”操作形成新的trap值賦給P3 口，從而完成位操作。系統(tǒng)測試5系統(tǒng)測試,仿真時先對完成整個系統(tǒng)由于所設計的基于單片機的電梯控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部份 軟件進行編譯，然后再將已編譯無誤的軟件結合硬件在一起進行仿真, 的仿真工作。5.1軟件編譯調試在軟件調試中，采用keil仿真軟件進行程序調試。首先分別調試各個功能程序， 再對整個程序進行調試，以便修改錯誤碼。具體的調試方法如下：首先在keil軟件中選擇AT89C51作為CPU,將晶振頻率設置為12MHZ,然后新 建一個.c文件，將各個功能程序錄入，先檢查程序有無明顯錯誤，保存過后編譯程序， 當

46、有錯誤時就根據(jù)提示加以修改，當各個功能程序編譯完成后，再對整個程序全速執(zhí) 行，查看程序有哪些地方出現(xiàn)錯誤，對應錯誤提示逐步調整程序，糾正錯誤直到程序正確無誤，調試結束后軟件調試界面如下:圖19軟件調試界面5.2硬件仿真硬件仿真使用的是Proteus7.5.SP3 Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的 工具，它可以仿真 51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD， RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件.）。然后右鍵 AT89C51再左鍵，出現(xiàn)“ Edit Comp on et” ,在Program File中單擊出 現(xiàn)文件瀏覽

47、對話框，找到test.hex文件，單擊確定.完成添加文件，單擊 0K退出。 單擊仿真按鈕，開始仿真，按下Start，系統(tǒng)開始工作，通過按F1 F5及各樓層按鍵， 電梯都能完成請求，基本實現(xiàn)了電梯運行的模擬。5.4系統(tǒng)測試5.4.1方向優(yōu)先測試電梯按某方向運行時，優(yōu)先響應該運行方向的按鈕；測試初始時，轎箱位于一樓，按下二樓，三樓的上下按呼叫，和四樓的向下呼叫 按鍵順序可隨意。測試結果：表1方向優(yōu)先測試停止樓層電梯方向顯示2上2樓上呼叫注銷3上3樓上呼叫注銷4上4樓下呼叫注銷3下3樓下呼叫注銷2下2樓下呼叫注銷結論：系統(tǒng)在向上運行時候，優(yōu)先相應各樓層的向上呼叫信號， 不響應向下的呼 叫信號，向下運

48、行時相反，符合設計要求。5.4.2距離優(yōu)先測試同一方向有多個按鈕呼叫時，優(yōu)先響應最近的樓層。測試初始時，電梯位于任一 層，如二樓。此時三樓和四樓分別向上呼叫。測試結果：先響應三樓呼叫，再響應四 樓呼叫。結論：電梯具有距離優(yōu)先響應的功能，當多層同方向呼叫，首先響應距離當前樓 層較近的呼叫，符合系統(tǒng)設計要求。各按鈕呼叫時指示燈顯示正常，電梯響應該按鈕的呼叫后，其指示燈應自動熄滅。5.4.3綜合測試測試條件：電梯位于1樓，進入三人，其中一人要到3樓，另兩人到4樓。電梯 運行后，3樓和4樓有人向上呼叫，3樓有人向下呼叫到1樓。測試結果：表3綜合測試停止樓層電梯方向顯示3上3樓內部和向上呼叫注銷，內部4

49、樓呼叫4上4樓向上呼叫注銷3下3樓向下呼叫注銷，內部1樓呼叫1下內部1樓呼叫注銷測試結論：系統(tǒng)具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先的功能，基本模擬了實際電梯運行，完 成題目設計指標。5.4.4演示測試測試條件：按下電梯啟動按鍵，然后按下演示按鍵，當電梯運行至五樓，第二次 按下演示按鍵。測試結果:表4演示測試停止樓層電梯方向顯示2上2樓向上注銷3上3樓向上注銷4上4樓向上注銷5下5樓向下注銷4下4樓向下注銷3下3樓向下注銷2下2樓向下注銷1上1樓向上注銷測試結論：該測試比較完整的演示了電梯具有的性能，實現(xiàn)了多層呼叫請求的排序, 對電梯進行運動控制，同時測試了樓層以及運行信息顯示，指示燈狀態(tài)信息的變化, 經測試

50、，電梯實現(xiàn)了系統(tǒng)要求。第23頁（共40頁）6小結與展望經過認真的選擇和設計，最終完成了一個可以實現(xiàn)大部分功能的電梯控制系統(tǒng)。 電梯系統(tǒng)為模擬實用客運電梯系統(tǒng)的模擬實驗裝置。它能實現(xiàn)實際客運電梯系統(tǒng)的絕 大部分功能，包括：門廳呼叫功能，轎廂內選層功能，樓層實時顯示，電梯自動開關 門功能，智能初始化功能，緊急停車功能，系統(tǒng)演示功能。通過這次課程設計，受益匪淺，對單片機在實物中應用的能力得到很大的提高， 首先是對整個電梯系統(tǒng)硬件的設計，在有限的io 口基礎上實現(xiàn)了諸多功能，對10口管腳復用有了更深入的了解，對于電機學的知識也有了進一步的鞏固和加深。單片機構成一個控制系統(tǒng)后它的外圍電路、 擴展電路以及

51、一些通訊都是至關重要的， 只有 完善單片機的外部電路才能保證單片機能正常有效的工作。其次完成了對單片機的軟 件設計，對矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示、電機控制、電梯邏輯控制有了更深入的了解，也 對調試代碼的方法積累了寶貴的經驗。 再次，而且在畢業(yè)設計過程中，不僅在學習上 有了很大的提高對于我的意志力也得到了很好的鍛煉。雖然本電梯控制系統(tǒng)已能滿足基本的電梯運行要求，但仍有許多需要改進的地方：（1）增加與微機通信的接口，實現(xiàn)聯(lián)網控制，多臺電梯綜合控制由微機完成。（2）優(yōu)化電梯選向功能，使之隨客流量的變化而改變，達到高效運送乘客的目 的。（3）需輸入密碼才能乘電梯到達特殊檔層功能，且響應改樓層呼叫時不響應其

52、他樓層呼叫。（4）完善電梯各個模塊功能，如門控電機模塊，重力檢測模塊，電機調速驅動 等系統(tǒng)，使電梯模型安全性更高，運行更加穩(wěn)定。我們相信，隨著科技的發(fā)展和更新，各種設備的控制器也在迅猛發(fā)展， 以前的很 多由PLC控制的工控設備已經逐漸被單片機控制的工控設備代替，單片機將能夠更 好的發(fā)揮其體積小，功能全、便于修改更新的優(yōu)點，成為將來電子控制器領域的魁首， 而作為微處理器的重要領域，電梯控制系統(tǒng)將會像價格便宜、控制方便的單片機方向 發(fā)展。參考文獻1 謝自美主編 電子線路設計實驗.測試（第二版）華中科技大學出版社 2002年2 李建忠編著單片機原理及運用西安電子科技大學出版社2001年3 馮建華趙亮

53、編著單片機應用系統(tǒng)設計與產品開發(fā)人民郵電出版社 2004年4 吳金戌 沈慶陽 郭庭吉8051單片機實踐與應用清華大學出版社，2002張齊杜群貴著，單片機應用系統(tǒng)設計技術，電力工業(yè)出版社，2007.7童詩白華成英主編，模擬電子技術基礎第三版，高等教育出版社，2006.127 閻石主編，數(shù)字電子技術基礎，高等教育出版社，2007.118 譚浩強著，C程序設計第三版，清華大學出版社，2006.69 李華主編，MCS-5系列單片機實用接口技術，北京航天航空出版社，2003.610 李惠昇，電梯控制技術，北京：機械工業(yè)出版社，2003第31頁（共40頁）致謝經過一個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾

54、聲，作為一個本科畢業(yè)生的 畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方， 如果沒有導師的督促指 導和一些老師、同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導師高老師， 高老師平日里工作繁多，但是對于我的畢業(yè) 設計一直嚴格督促。在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料，到設計草案，方案的 確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，設計的修改等整個過程中都給我悉心的指導。 我的設計較為復雜煩瑣，但是高老師給予我很多重要的指導意見， 并細心地為我指正 設計思想上的誤區(qū)、糾正原理圖中的錯誤。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精 益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在此謹向高老師致以誠摯的謝意和崇高 的敬意。其次要感謝的是實驗室的程南老師、余士求老師，程老師為我提供了實驗室場所， 使我能有一個較好的場所進行畢業(yè)設計的制作， 程序的調試工作。在設計過程中他們 在很多關鍵性問題上給我指導，讓我不僅在做畢業(yè)設計的過程中收益匪淺， 在將來的 工作和學習中都有著莫大的幫助。余老師在電機控制方面比較專長，在畢業(yè)設計的電 機控制方面給了很多建設性意見，給了我很大啟發(fā)，使我對電機控制部分更深入的認 識，進行了多方面的探索、研究。最后還要感謝我