單片機電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

1、單片機電梯控制系統(tǒng)設(shè)計,畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）,摘 要,伴隨著我國現(xiàn)代化程度的提高，電梯成為高層建筑中的重要交通工具，它是高層建筑中安全、可靠、垂直上下的運載工具，對改善勞動條件、減輕勞動強度起到很大的作用。同時也給人們的生活帶來了便利，為我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展提供了強大的保障。電梯的應(yīng)用范圍很廣，可用于賓館、飯店、辦公大樓、商場、娛樂場所，倉庫以及居民住宅大樓等。因此，在現(xiàn)代社會中電梯已成為人類必不可少的垂直運輸交通工具。利用單片機控制電梯有成本低，通用性強，靈活性大以及易于實現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點。 基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的設(shè)計分別從系統(tǒng)要求、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個部分設(shè)計，介紹了以

2、AT89C51系列單片機為核心，并結(jié)合74LS245和LED等芯片以及與之相配套的匯編語言軟件等進(jìn)行電梯模擬的具體實現(xiàn)方法,該方法不僅可以實現(xiàn)電梯的基本功能,而且可以設(shè)置電梯直達(dá)、急停、停電檢修等功能,從而可實現(xiàn)電梯的智能控制及相應(yīng)的最佳路線選擇,提高電梯的有效利用率。 關(guān)鍵詞：單片機；電梯；系統(tǒng)；控制,Based on SCM elevator control system of intelligent design,Abstract: With the improvement of the modernization of our country. The elevator has bec

3、ome an important tool for high-rise buildings. It is safe, reliable and vertical fluctuation in high buildings, which works both in improving working conditions and reduces labor intensity. At the same time, the elevator makes our life much easier and provides a powerful guarantee for the modernizat

4、ion in our country. Applications of elevators are wide. We can see them in hotels, restaurants, office buildings, shopping, entertainment, warehouses and residential buildings. Therefore, elevators have become an indispensable facility to us, Using single-chip microcomputer control of elevator has a

5、 low cost, versatility, flexibility and easy to realize complex control, EST. Based on SCM elevator control system of intelligent design separately form the system requirements and hardware design, software design and so on several parts design, introducing the AT89C51 series microcontroller as the

6、core, and combined with 74LS245 and LED etc chip and with matching assembler language software on concrete realization method of the elevator simulation, this method can not only realize the basic function of the elevator, and can set the elevator nonstop, abrupt stop, blackouts, thus, can repair fu

7、nction such as the realization of elevator intelligent control and the corresponding optimal route choice, improve elevator utilization. Key Words: Microcontroller; Elevator; System; Control.,1.概 述,1.1 課題研究背景與意義 隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，住房和辦公用樓都已經(jīng)逐漸向高層發(fā)展。電梯是高層賓館、商店、住宅、多層倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸工具。 目前，由可編程控制器（PLC）或微型

8、計算機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著?？删幊炭刂破鳎俏C技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)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(yīng)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(shè)備而設(shè)計的，所以價格比較昂貴。而單片機的價格相當(dāng)便宜，如果在抗干擾功能上有所提高的話完全可以代替PLC實現(xiàn)對工控設(shè)備的控制。 當(dāng)然單片機并不像PLC那么有針對性，所以由單片機設(shè)計的控制系統(tǒng)可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更

9、完美的實現(xiàn)設(shè)備的升級。在科技的不斷發(fā)展下，單片機控制系統(tǒng)很快可以解決抗擾性，成為方便有效的電梯控制系統(tǒng)。,1.2 課題設(shè)計內(nèi)容 本課題的主要任務(wù)是完成一個電梯系統(tǒng)的智能控制模塊，即根據(jù)每個樓層不同顧客的按鍵要求，讓電梯做出合理的判斷，正確高效的指導(dǎo)電梯完成各項載客任務(wù)。設(shè)計基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的硬件電路與軟件程序，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖與PCB圖，對硬件電路與軟件分別進(jìn)行調(diào)試，得到調(diào)試成功的基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)。 根據(jù)此任務(wù)，本課題需要研究的內(nèi)容有： 1、根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，進(jìn)行系統(tǒng)硬件的總體方案設(shè)計； 2、學(xué)習(xí)單片機的相關(guān)知識，并且加以運用； 3、選擇適當(dāng)?shù)男酒?，并對其?nèi)部

10、協(xié)議有所掌握，便于應(yīng)用。 4、研究單片機C語言編程，并且規(guī)定電梯的工作規(guī)則，用C語言加以實現(xiàn)； 5、對軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試，讓其協(xié)調(diào)工作，完成指定任務(wù)。,圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖,2. 硬件設(shè)計 基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖如下2-2所示。系統(tǒng)由控制模塊，LED顯示模塊，電源模塊三部分組成。,圖2-2 基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖,圖2-2 基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖,2.1 控制模塊,控制模塊原理圖如圖2-3所示。主控制器采用AT89C51。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（PENROM）。它具有

11、4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。 在本設(shè)計中，P1口用于對電梯按鈕的控制，連接輸入設(shè)備。P3口用于對LED點陣顯示器的控制。P0口用于連接鎖存器74LS245，以保護(hù)單片機的輸出端口。,圖2-3 控制模塊原理圖,2.2按鍵模塊 乘客可由按鍵控制電梯上升下降，按下對應(yīng)樓層按鍵，點陣屏數(shù)字將從當(dāng)前位置向下或向上平滑滾動顯示到指定樓層位置。,圖2-4 按鍵模塊原理圖,2.3 LED顯示模塊 LED輸出顯示模塊如圖2-5所示，采用LED點陣顯示器，其中點陣列接單片機P3口，行接鎖存器

12、74LS245。在單片機的輸出口接驅(qū)動電路74LS245，以保護(hù)單片機的輸出端口。,圖2-5 LED輸出顯示模塊,2.4 電源電路 電源電路如圖2-6所示。整個系統(tǒng)采用的電源電壓只需+5V電壓，將交流電經(jīng)變壓器變換為12V交流電，再用整流橋得到8.5V左右的直流電，采用不可調(diào)的3端穩(wěn)壓器件LM7805將電源穩(wěn)定在5V直流輸出。,圖2-6 電源電路,2.5 硬件電路中器件選擇,A. AT89C51單片機 AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（PENROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存

13、儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89C51單片機能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。 本設(shè)計采用AT89C51，它提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有

14、部件的工作直到下一個復(fù)位,2-7 AT89C51引腳,VCC：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動8個TTL電路。當(dāng)“1”被寫入P0口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時，P0口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。 P1口：P1口一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部有

15、電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時，P1口接收低8位地址。 P2口：P2口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內(nèi)容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時，P2口接收高位地址和其它控制信號。 P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動4個TTL電路

16、。對P3口寫如“1”時，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能,P3口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時，RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/ ：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE以時鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖時，閃爍存儲器編程時，這個引腳還用于輸

17、入編程脈沖。如果必要，可對特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個位置后只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被應(yīng)用。此外，這個引腳會微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。 PSEN：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則

18、執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。 XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶體和微調(diào)電容。,如下表所示：,表2-1,B.74LS245 74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備，它是8路相同三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)8051單片機的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過P0口最大負(fù)載

19、能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。 當(dāng)片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由B向A傳輸；（接收） DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時，A、B均為高組態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245d 三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連，E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR,使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入(P0.1D1),其他時間處于輸出（P01D1）。,圖2-874LS245,C.LED點陣 顯示屏是由發(fā)光二極管行列組成的LED點陣模塊組成顯

20、示屏體。本設(shè)計中選擇8*8的點陣是由64個發(fā)光二極管按規(guī)律組成的。如圖2-10。,圖2-9 LED點陣外觀,圖2-10 LED點陣內(nèi)部結(jié)構(gòu),3. 軟件設(shè)計,圖3-1 電梯智能控制功能實現(xiàn)流程圖,3.1 主程序模塊 系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如定時器T0的初始化，以便能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作。同時進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實現(xiàn)特殊功能。其相應(yīng)的流程圖如下：,3-2主程序流程圖,3.2 判斷子程序 系統(tǒng)判斷子程序的相應(yīng)流程圖如3-2圖所示。 在相應(yīng)的中斷子程序中，需要進(jìn)行相應(yīng)樓層的邏輯判斷，尤其是兩個樓層申請的時候，一般都需要根據(jù)現(xiàn)在的樓層狀態(tài)以及相應(yīng)的升降標(biāo)志位進(jìn)行相應(yīng)的處理，例

21、如在上升狀態(tài)時，若第二個樓層的申請較第一個申請離現(xiàn)在的樓層狀態(tài)更近，則應(yīng)先響應(yīng)第二個申請的響應(yīng)，然后再對第一個申請進(jìn)行響應(yīng)；若有樓層申請在當(dāng)前樓層的下面，也應(yīng)根據(jù)升降的標(biāo)志位進(jìn)行判斷，如果是上升狀態(tài)，應(yīng)先響應(yīng)上面的樓層，然后再響應(yīng)其他的申請。當(dāng)然，如果處于下降狀態(tài)，則以相反的順序進(jìn)行響應(yīng)。這里只是兩個樓層申請時的討論。當(dāng)有更多樓層響應(yīng)時，還需進(jìn)一步進(jìn)行邏輯的思考與判斷。,圖3-3 判斷子程序流程圖,4. 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)前述第2大節(jié)中硬件和軟件設(shè)計，制作了基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)樣機實物。對樣機的硬件和軟件分別進(jìn)行了調(diào)試，最后進(jìn)行了軟件、硬件聯(lián)調(diào)。 4.1 硬件調(diào)試 4.1.1 靜態(tài)檢查 根

22、據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬用表一一測試。 4.1.1 通電檢查 首先調(diào)試電源部分。整個電路只需要+5V的電壓，接上電源，將220V交流電通入，測試變壓器的輸出端，整流橋輸出，LM7805的輸出電壓是否和理論計算值一致，再用示波器檢測單片機的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號和振蕩信號。 4.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào) 對軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運行正常后，再用燒寫器將程序燒到AT89C51單片機中，進(jìn)行了脫機調(diào)試。,5 結(jié) 論 本文對電梯控制系統(tǒng)這一畢業(yè)設(shè)計做了詳細(xì)的報告與總結(jié)，其中包括硬件部分

23、與軟件部分兩大模塊，而且對其中各個重要的子模塊加以了重點詳細(xì)地說明。 （1）經(jīng)驗證，本設(shè)計所設(shè)計的電梯完全符合當(dāng)初的預(yù)想，該電梯的調(diào)度完全符合高效、省時、人性化的特點。運行結(jié)果完美無誤，可以作為真實電梯的調(diào)度系統(tǒng)使用。 （2）本畢設(shè)的主導(dǎo)思想是：當(dāng)有顧客按下按鍵呼叫電梯時，運用單片機的中斷，將該信息傳遞給單片機，從而單片機置位相關(guān)的狀態(tài)參量，為電梯判決函數(shù)的判斷提供依據(jù)，然后單片機再實時地控制82C55點亮或者熄滅相關(guān)發(fā)光二極管。其中，單片機中斷系統(tǒng)是基礎(chǔ)，對82C55與8279的寄存器讀寫是基石，電梯運行函數(shù)為主導(dǎo)，電梯目標(biāo)樓層判決函數(shù)為關(guān)鍵與核心。,(3)本程序的編寫不僅僅是為了應(yīng)對八層樓

24、的電梯，更多層的電梯也可以實現(xiàn)，比如8279可以控制64各按鍵，如果對單片機的其他I/O再進(jìn)行擴展的話，可以實現(xiàn)十幾層電梯的需求。當(dāng)然，如果更高層的電梯，就會受到單片機管腳資源的限制了。而程序本身的思想本身是可以支持更多層電梯的運行調(diào)度的，如果用其他管腳多的處理器的話（如ARM型處理器），則這一設(shè)想完全可以實現(xiàn)。 (4)本設(shè)計還是有些不足之處的，比如這只是單個電梯在運行，如果某些大樓載客量過多時，當(dāng)然無法滿足需求，故我想以后可以設(shè)計出兩個轎廂的電梯，這樣兩者相互補充，可以滿足更多要求，使顧客更方便。當(dāng)然難度也是有的，它們之間需要共同維護(hù)一些變量，都會帶來一些未知的麻煩等等，但我想只要去思考，總會可以找到解決之路的。,參考文獻(xiàn) 1 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999. 2 陳小忠.單