《基于單片機(jī)的電梯轎廂顯示屏優(yōu)化路徑研究》5500字（論文）

基于單片機(jī)的電梯轎廂顯示屏優(yōu)化路徑研究摘要:隨著城市化進(jìn)程的加快，人們對電梯的依賴性也與日俱增。電梯是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊环N交通工具，它的安全性和可靠性是不容忽視的?，F(xiàn)在的電梯在安全性上已經(jīng)達(dá)到了登峰造極的地步，所以才會更加的人性化。電梯顯示屏是一部電梯的重要組成部分，它是一種很好的表現(xiàn)形式，它會影響到乘客的情緒。本文設(shè)計(jì)一種當(dāng)旅客抵達(dá)指定的樓層時(shí)，會有聲音和燈光警告，以通知旅客立即離開，以提高電梯的運(yùn)輸效率。設(shè)計(jì)中所選擇的元器件具有經(jīng)濟(jì)、費(fèi)用低廉、容易購置、便于日后更換、維修等。該電路結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：電梯；單片機(jī)；點(diǎn)陣屏目錄TOC\o"1-3"\h\u269641、緒論 1101552、電梯轎廂顯示方案優(yōu)化 1220342.1方案設(shè)計(jì) 153222.2方案選擇 2103173、電梯轎廂顯示硬件電路優(yōu)化 3139413.1單片機(jī)介紹 3191603.2樓層顯示模塊設(shè)計(jì) 3179953.3聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 426983.4按鍵檢測模塊設(shè)計(jì) 4145184、電梯轎廂顯示軟件程序優(yōu)化設(shè)計(jì) 485534.1樓層顯示屏主程序設(shè)計(jì) 486654.2樓層按鍵檢測模塊設(shè)計(jì) 5297884.3樓層顯示模塊設(shè)計(jì) 6140945、電梯轎廂顯示屏實(shí)現(xiàn) 7243755.1一樓狀態(tài) 7310235.2上行狀態(tài) 726545.3下行狀態(tài) 813883總結(jié) 824151參考文獻(xiàn) 101、緒論如今，電梯不但為人們的生活帶來了巨大的便利，也為我們國家的現(xiàn)代化建設(shè)提供了強(qiáng)有力的保障。電梯是一種安全、可靠的垂直起重運(yùn)輸方法，對提高工人的勞動環(huán)境、降低勞動強(qiáng)度起到了很大的作用。在傳統(tǒng)電梯顯示系統(tǒng)中，繼電器是一項(xiàng)重要的工作。繼電器在使用繼電器進(jìn)行控制時(shí)，由于繼電器的不斷吸油，會導(dǎo)致繼電器失效。另外，在以后的維護(hù)和替換中，也是一件很麻煩的事情。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：材料費(fèi)用低廉、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長。本課題旨在開發(fā)一種以單片機(jī)為核心的電梯轎廂顯示系統(tǒng)。本系統(tǒng)可方便、直觀、直觀、聲音報(bào)警，有效地解決了由于工作人員的注意力不集中造成的電梯運(yùn)行效率下降的問題。而從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中，還沒有太多的可供選擇的方案，因此在現(xiàn)階段，開發(fā)一款新型的電梯顯示器并不是一件簡單的事，由于沒有具體的技術(shù)指標(biāo)，也沒有可供參考的對象，因此筆者決定使用單片機(jī)。19世紀(jì)，美國人奧的斯發(fā)明了第一臺電梯，自此以后，高樓就不再是一個(gè)可怕的靶子。從最初的疑惑，到現(xiàn)在的依賴。為了適應(yīng)人類的需求，開發(fā)了各種用途的電梯，如防爆電梯、觀光電梯、汽車電梯、別墅電梯等。地面監(jiān)視器是任何一種電梯都無法脫離的設(shè)備，它是機(jī)組人員與電梯交互的一種重要工具，同時(shí)也是引導(dǎo)乘客使用電梯的一種重要工具。電梯上的顯示屏可以清晰的顯示出他們所處的樓層，當(dāng)有人到達(dá)的時(shí)候，就會發(fā)出提示，提醒旅客們盡快撤離，這樣既能確保工作效率，又能保障空姐的安全。全文共分為六章：第一章，闡述了電梯展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義，國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及今后的工作。第二章著重于電梯顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和顯示方式的選擇。第三章重點(diǎn)闡述了電梯顯示系統(tǒng)的硬件選型和各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。第四章對各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的程序設(shè)計(jì)。第五章主要是對電梯顯示系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試。第六章，對論文的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，并提出了存在的問題，并提出了今后的發(fā)展趨勢。2、電梯轎廂顯示方案優(yōu)化2.1方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由AT89C52單片機(jī)、按鍵檢測、樓層顯示、聲光報(bào)警四個(gè)部分組成，當(dāng)按鍵檢測電路檢測到有低電平觸發(fā)器時(shí)，由單片機(jī)判斷是否上、下，再利用位移緩沖器在點(diǎn)陣上顯示控制要求。當(dāng)乘客抵達(dá)指定樓層時(shí)，會發(fā)出響聲及燈光提示。圖2-1所示為一個(gè)整體的框架。按鍵檢測電路按鍵檢測電路位移緩存器單片機(jī)聲光報(bào)警樓層顯示圖2-1AT89C52按鍵檢測結(jié)構(gòu)框圖這個(gè)按鍵相當(dāng)于我們?nèi)粘５碾娖骺刂崎_關(guān)，可以看到它是一種電子開關(guān)，這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們將采用一個(gè)獨(dú)立的按鈕，當(dāng)它使用時(shí)，它可以打開與它相連的電路，當(dāng)它松開時(shí)，它會自動彈起。它的主要目的是通過開關(guān)來對由單片機(jī)接收的信號進(jìn)行控制。然后，由微處理器根據(jù)信號來控制相關(guān)的執(zhí)行元件的工作。而在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)閮H有三個(gè)鍵，所以不用考慮界面的問題，就直接選擇了一個(gè)單獨(dú)的按鍵，單獨(dú)的按鍵分為3種，這里就不多說了，另外，我們還要考慮到其他一些客觀因素，如經(jīng)濟(jì)、費(fèi)用等，所以，我們將使用機(jī)械觸控鍵，即輕觸開關(guān)。2.2方案選擇本設(shè)計(jì)中，所涉及到的方案選擇，以地面顯示模塊為重點(diǎn)。目前主要有三種類型：數(shù)字管顯示，液晶顯示，點(diǎn)陣顯示。數(shù)碼管主要由七個(gè)發(fā)光管組成，排列成“8”，便于數(shù)字的顯示。若采用動態(tài)顯示方式，可大大降低單片機(jī)I/O口的使用率，使電路更加簡單、節(jié)能。數(shù)碼管在靜態(tài)顯示模式下，其穩(wěn)定性較好，但若出現(xiàn)大量的顯示器，則需由CPU輪流進(jìn)行，若持續(xù)時(shí)間過長，則不能迅速響應(yīng)，也不能隨時(shí)間變化。LCD具有高分辨率、高清晰度、低功耗、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的顯示效果和多種色彩。然而，由于其編程困難，LCD對MCU指令的反應(yīng)時(shí)間過長，容易導(dǎo)致圖像顯示不清楚、不連貫。LCD顯示屏的重量要比其它材料輕，并且很容易破碎。點(diǎn)陣顯示技術(shù)雖然能夠很好的實(shí)現(xiàn)動態(tài)圖形，但由于其在硬件上的應(yīng)用難度較大，且點(diǎn)陣型界面數(shù)目眾多，且連接順序混亂。特別是在設(shè)計(jì)圖紙的過程中，網(wǎng)絡(luò)上幾乎沒有什么包裝，全是自己動手做的。點(diǎn)陣顯示技術(shù)具有亮度高、壽命長、連接方便等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，例如：文本、圖象等。對于電梯的樓層顯示，采用價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、易于購買的設(shè)備，是今后更換和維護(hù)的最佳選擇。通過對以上方案的分析，得出了點(diǎn)陣顯示方法更合理的結(jié)論。3、電梯轎廂顯示硬件電路優(yōu)化3.1單片機(jī)介紹從上個(gè)世紀(jì)開始，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)帶來了一次信息革命，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，對整個(gè)行業(yè)來說，都是一個(gè)巨大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。作為微機(jī)的核心部件，以其獨(dú)特的機(jī)械構(gòu)造與功能而得到了快速的發(fā)展。該技術(shù)在各種場合都有應(yīng)用。本論文著重對AT89C52單片機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。（1）單片機(jī)的性能特點(diǎn)AT89C52是ATMEL公司研制的第三代單片機(jī)，由ATMEL公司研制，具有不會丟失、不會丟失、不會丟失、數(shù)據(jù)存儲性能好、工作頻率高達(dá)34MHz、不需要外部擴(kuò)展內(nèi)存，操作更加方便。（2）單片機(jī)在工業(yè)控制、家用電器、辦公自動化和商業(yè)營銷及其他智能領(lǐng)域都有所應(yīng)用。（3）單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)指能維持單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的最基本電路系統(tǒng)，主要由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源電路組成。如圖3-1所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2樓層顯示模塊設(shè)計(jì)LED點(diǎn)陣屏一般采用掃描方式，可分為點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描三類，并對其進(jìn)行掃描。在使用點(diǎn)掃描時(shí)，必須保證一定的掃描頻率，以達(dá)到短暫停留的目的。例如，16×16的點(diǎn)陣式顯示屏，點(diǎn)陣掃描的頻率要高于32X256=8192赫茲，并且每隔1ms的間隔。這與MCU的運(yùn)行效率和響應(yīng)速度有很大的關(guān)系。若采用行、列兩種方法，其頻率比點(diǎn)陣低，且周期較長，適用于普通單片機(jī)?？v向掃描，按照一定的順序排列。在驅(qū)動電路被連接的情況下，采用逐行掃描方式，可以將多個(gè)列共享在一起。以16X16為例，采用了共陽極的連接方式，將LED的正極排列在一起。在進(jìn)行掃描時(shí)，先將LED的亮度和亮度調(diào)暗，并將其鎖存。然后，控制二極管持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間，再關(guān)掉；接下來，控制第2行的二極管，重復(fù)第1行，直至16行，再回到第1行，如此循環(huán)，直至完成。在一定的掃描速度下，利用人眼的臨時(shí)性效應(yīng)，可以在點(diǎn)陣上觀測到一幅穩(wěn)定的圖象。由于數(shù)據(jù)傳輸采用串口，所以只使用一根線的控制電路，所以它的硬件開銷和維護(hù)成本都比較高。3.3聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)由LED、蜂鳴器組成，當(dāng)電梯到達(dá)地面時(shí)，二極管與蜂鳴器同時(shí)啟動，并發(fā)出聲光報(bào)警。蜂鳴器是一種由壓電蜂鳴器和電磁蜂鳴器組成的綜合電子裝置。該設(shè)備為電子玩具、報(bào)警器等電子產(chǎn)品提供直流電源。由于蜂鳴器工作電流大，無法與單片機(jī)直接連接，因此需要使用放大器來驅(qū)動。通常使用三極管。3.4按鍵檢測模塊設(shè)計(jì)電梯的樓層鍵是從一樓到八樓的八個(gè)獨(dú)立的按鈕來控制的。該按鍵與P1接口相連，而其另一端則與地面相連。當(dāng)單片機(jī)上電后，按鍵會保持在高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，會觸發(fā)一個(gè)低電平的信號，并被單片機(jī)控制。按下第二層的單片機(jī)P1，其余的樓層都保持原樣，依次按下按鈕，不同的樓層會出現(xiàn)不同的編號。這是一種重要的檢測設(shè)備。4、電梯轎廂顯示軟件程序優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1樓層顯示屏主程序設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，按鍵掃描檢測，樓層上下、位置顯示三大模塊。以單片機(jī)為中心，接收按鍵輸出的低電平信號，由緩沖器驅(qū)動點(diǎn)陣式屏幕進(jìn)行顯示，并發(fā)出聲音和燈光警告。圖4-1是一個(gè)主要的流程。有無按鍵初始化開始鍵盤掃描KRY-1有無按鍵初始化開始鍵盤掃描KRY-1確定按鍵上下行以及樓層顯示鍵盤掃描LED顯示樓層到達(dá)電梯開門圖4-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在接通電源后，MCU的初始化和所有的功能都會被重新設(shè)定。然后，在鍵盤上掃了一遍，如果沒有，那就繼續(xù)掃描。只要檢測到有低級別的信息，系統(tǒng)就會立刻做出反應(yīng)，判定是哪一層的按鍵被觸發(fā)，再進(jìn)行兩次操作。此時(shí)，點(diǎn)陣屏?xí)凶儎樱仙龝r(shí)，點(diǎn)陣屏?xí)尸F(xiàn)上升的圖形，上升到某個(gè)樓層，就會發(fā)出提示，發(fā)出警報(bào)，然后電梯門開啟，乘客走下樓梯，系統(tǒng)會自動掃描，直至顯示在顯示屏上。4.2樓層按鍵檢測模塊設(shè)計(jì)樓層按鍵檢測模塊主要對按鍵不斷的掃描，一旦接收到觸發(fā)信號，迅速判斷樓層位置是上行還是下行，然后做出相應(yīng)動作。圖4-2為樓層按鍵模塊流程框圖。開始開始初始化有鍵按下否是否抖動確定按鍵返回主程序圖4-2按鍵檢測模塊結(jié)構(gòu)當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，啟動按鍵模塊。如果沒有按下按鍵，則該系統(tǒng)將永遠(yuǎn)保持在最初的狀態(tài)。點(diǎn)擊一個(gè)按鈕，啟動一個(gè)初級的按鍵，就會有一個(gè)確定的提示，再按下一個(gè)，就會自動關(guān)閉，恢復(fù)到原來的狀態(tài)。一旦按下了按鈕，就不會被激活，而是會根據(jù)主程序的提示，進(jìn)行相應(yīng)的操作。4.3樓層顯示模塊設(shè)計(jì)樓層顯示模塊的作用是判斷樓層的位置，如果旅客選擇的樓層與當(dāng)前的樓層發(fā)生沖突，如果發(fā)生沖突，則系統(tǒng)會自動取消該功能。如果不是矛盾，那就看是上升，還是下降。首先，在初始化之前，系統(tǒng)會啟動T0中斷。把陣列按照大小排列，然后再進(jìn)行運(yùn)算，如果沒有，就重新排序。當(dāng)計(jì)數(shù)器滿了，則進(jìn)入T0中斷，此時(shí)開始檢測鍵是否被觸發(fā)，當(dāng)按鍵被觸碰時(shí)，輸入外部中斷存儲鍵的數(shù)值，判斷是上升還是下降，系統(tǒng)進(jìn)入T0中斷狀態(tài)。判斷是否上升，如果上升，點(diǎn)陣將會向上，當(dāng)?shù)竭_(dá)特定的樓層時(shí)，LED燈將會亮起并報(bào)警。5、電梯轎廂顯示屏實(shí)現(xiàn)5.1一樓狀態(tài)從單片機(jī)接口、緩存器、點(diǎn)陣屏等方面的工作原理和實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行合理的布線和布線。經(jīng)過多次調(diào)試，最終完成仿真。仿真結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崟r(shí)地對各樓層進(jìn)行顯示、聲光報(bào)警。單片機(jī)啟動后，首先通電，然后重新設(shè)置。此時(shí)，大屏幕上正播放著一層的起始坐標(biāo)。LED燈是開著的，代表著此時(shí)的電梯沒有啟動。微處理器不斷地在鍵盤上掃描.圖5-1為一樓升降機(jī)的仿真屏幕。圖5-1一樓狀態(tài)5.2上行狀態(tài)當(dāng)在電梯轎廂內(nèi)按下第六層按鍵時(shí)，系統(tǒng)做出判斷，當(dāng)所選樓層大于當(dāng)前所處的二層樓時(shí)，為上行，上行過程中點(diǎn)陣屏不斷向上滾動顯示箭頭，當(dāng)?shù)竭_(dá)第六層后，led燈亮起，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警。如圖5-2為電梯停在二樓的狀態(tài)，圖5-3為上行箭頭不斷向上滾動，圖5-4為電梯到達(dá)六層后，蜂鳴器報(bào)警，led燈亮起。圖5-2上行初始狀態(tài)5.3下行狀態(tài)當(dāng)電梯轎廂里的四個(gè)按鈕被按下后，系統(tǒng)會立刻做出反應(yīng)，如果選擇的樓層比現(xiàn)在的八層小，那么它就會下降，而下一層的時(shí)候，屏幕會繼續(xù)往下滾動，當(dāng)?shù)谒膶拥臅r(shí)候，指示燈就會亮起來，發(fā)出警報(bào)。圖5-5是8層的升降機(jī)的起始位置。圖5-6是在向下運(yùn)行的升降機(jī)，箭頭繼續(xù)向下滾動，圖5-7是下降到4樓的升降機(jī)。圖5-5下行初始狀態(tài)總結(jié)本文主要是根據(jù)在?？茖W(xué)習(xí)中涉及到的一些電梯方面的知識和問題，結(jié)合本科學(xué)習(xí)的單片機(jī)和電力電子方面的知識，來進(jìn)行相關(guān)問題的設(shè)計(jì)。在經(jīng)過網(wǎng)上查閱大量資料，咨詢老師和同學(xué)后，著手設(shè)計(jì)電梯轎廂顯示屏的工作。在最初的設(shè)計(jì)中，先進(jìn)行了方案的設(shè)計(jì)，通過不斷的對比和討論，最后選定了一套適合自己的設(shè)計(jì)思路和能力的方案。接下來就是硬件的選擇，雖然有很多種型號，但從實(shí)用和經(jīng)濟(jì)上的角度來看，最后還是選擇了一款既能滿足用戶的要求，又能節(jié)省成本的產(chǎn)品。而其他的部件，也是按照這樣的思路，進(jìn)行了最后的設(shè)計(jì)。選擇只是一個(gè)方面，關(guān)鍵是怎么用。于是他上網(wǎng)看了一下這些零件的使用手冊和視頻，終于明白了這些零件的作用和用法。他在選題的時(shí)候，就選了自己比較熟悉的那一塊，可是，仔細(xì)一想，卻又覺得，這并不是一件簡單的事。因?yàn)檫@是一種很特別的裝置，屬于比較特別的一種，平時(shí)很少有人會用到。網(wǎng)絡(luò)上的資料也很少。在硬件上，由于使用了大量的微處理器，因此很難進(jìn)行硬件的選取。一款8*8的顯示屏，加上74LS245的芯片，就能讓升降電梯，不過這也太簡單了吧？點(diǎn)陣式顯示屏的顯示方法過于簡陋，箭頭和號碼間距過大，導(dǎo)致畫面不和諧。后來，我們選擇了16*16的高密度顯示屏，并增加了74HC595的緩沖區(qū)。當(dāng)電梯抵達(dá)指定樓層時(shí)，安裝聲光報(bào)警裝置，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定樓層時(shí)，會自動報(bào)警，提高工作效率。在軟件方面，點(diǎn)陣式屏幕的應(yīng)用更加復(fù)雜，尤其是對上下、樓層數(shù)字的判斷，更是難上加難。在寫數(shù)組的時(shí)候，我們花了大量的時(shí)間和速度，以使得它的運(yùn)行更加完美。仿真過程中，由于使用了大量的緩沖和點(diǎn)陣接口，導(dǎo)致仿真過程中出現(xiàn)了接口錯(cuò)誤，花費(fèi)了大量的時(shí)間，最終通過查閱相關(guān)器件的使用說明，最終實(shí)現(xiàn)了仿真。最困難的還是設(shè)計(jì)圖，由