畢畢業(yè)業(yè)論論文文(設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)) 題題目名稱：目名稱： 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 題題目目類類型：型： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 院院 (系系)： ： 電子信息學(xué)院 專業(yè)專業(yè)班班級(jí)級(jí)： ： 電氣 10703 班 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師： ： 輔導(dǎo)輔導(dǎo)教教師師： ： 時(shí)時(shí) 間間： ：2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 6 月 10 日 目錄 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))任務(wù)書I 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告III 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)教師審查意見.IX 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)X 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定.XI 中外文摘要XII 1 前言1 1.1 課題的提出及研究意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外電梯系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 課題研究的內(nèi)容 4 2 方案論證.5 2.1 主控芯片選擇 5 2.2 定位平層模塊 5 2.3 樓層顯示模塊 6 2.4 聲音提示模塊 6 2.5 電動(dòng)機(jī)模塊 6 2.6 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 7 3 硬件設(shè)計(jì)8 3.1 總體方案設(shè)計(jì) 8 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 9 3.3 各模塊設(shè)計(jì) .10 4 軟件設(shè)計(jì).15 4.1 電梯主程序 .15 4.2 電梯邏輯控制 .16 4.3 電梯運(yùn)行控制 .17 4.3 鍵盤掃描、樓層檢測(cè) .18 4.4 緊急停止、演示功能 .19 4.5 程序中位操作問題分析 .19 5 系統(tǒng)測(cè)試.20 5.1 軟件編譯調(diào)試 .20 5.2 硬件仿真 .21 5.3 DELPHI效果圖 22 5.4 系統(tǒng)測(cè)試 .22 6 小結(jié)與展望.25 參考文獻(xiàn).26 致謝.27 附錄一：部分程序代碼.28 附錄二：系統(tǒng) PCB 圖.39 附錄三：器件清單 管腳說明41 附錄四：電梯模型實(shí)物圖.42 I 畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))任任務(wù)書務(wù)書 院（系） 電信 專業(yè) 電氣 班級(jí) 10703 學(xué)生姓名 馬威 指導(dǎo)教師/職稱 高秀娥/高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 1. 畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))題題目：目： 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 2. 畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))起止起止時(shí)間時(shí)間： ： 2011 年 02 月 21 日 2011 年 06 月 10 日 3 畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))所需所需資資料及原始數(shù)據(jù)（指料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)導(dǎo)教教師選師選定部分）定部分） （1）徐愛鈞.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)M.（第 2 版）.北京航空航天大學(xué)出 版社.2004.9 （2）余發(fā)山，王福忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2003 （3）何斌電梯群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 D 南京理工大學(xué)，2006 （4）王君明電梯模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J 。湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2006 （5）余兆棠，葉遠(yuǎn)呈，蕭仁理電梯控制系統(tǒng)改良與實(shí)現(xiàn)J電子測(cè)試，2006 （6）金建峰，動(dòng)態(tài)測(cè)量建立曳引電梯的能耗仿真模型J 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2009 （7）張漢杰，王錫仲，朱學(xué)莉現(xiàn)代電梯控制技術(shù)M哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2001 （8）架延?xùn)|電梯控制技術(shù)M北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社1997 4 畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))應(yīng)應(yīng)完成的主要內(nèi)容完成的主要內(nèi)容 基于單片機(jī)的電梯系統(tǒng)主要有信號(hào)檢測(cè)、聲光運(yùn)動(dòng)控制部分構(gòu)成，電梯可以實(shí) 時(shí)進(jìn)行電梯位置檢測(cè)，控制信號(hào)檢測(cè)，并有相應(yīng)的聲光信號(hào)顯示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)電 II 梯模型進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。電梯系統(tǒng)可以具有應(yīng)急保護(hù)功能，獨(dú)立供電模塊。 5 畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))的目的目標(biāo)標(biāo)及具體要求及具體要求 基本功能： （1）顯示:本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)5層控制, 電梯運(yùn)行時(shí)應(yīng)有相應(yīng)指示燈亮，以示電梯正在 上行或下行，實(shí)時(shí)顯示電梯所在樓層位置。 （2）升降控制:當(dāng)某層有呼叫有相應(yīng)呼叫信號(hào)顯示。電梯模型作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，并準(zhǔn) 確平層，當(dāng)有多人同時(shí)進(jìn)行電梯請(qǐng)求時(shí)，需要對(duì)請(qǐng)求信號(hào)排序。 （3）平層時(shí)呼叫信號(hào)消失，并進(jìn)行開門、關(guān)門操作，平層結(jié)束時(shí)給出提示信號(hào)。要 求平均每層運(yùn)行時(shí)間不超過5秒。 （4）具備不可逆響應(yīng)的功能：電梯上升途中只響應(yīng)上升呼叫,下降途中只響應(yīng)下降 呼叫,任何反方向呼叫均無效。電梯門不關(guān)上，啟動(dòng)電梯運(yùn)行無效。 擴(kuò)展功能： （1）可采用遙控控制或感應(yīng)操作功能。 （2）出現(xiàn)意外情況時(shí)，要求電梯隨時(shí)能夠緊急停車、待命，并發(fā)出相應(yīng)的聲音通知 外界。情況正常后重新恢復(fù)受控狀態(tài)。 （3）電梯系統(tǒng)能顯示當(dāng)前時(shí)間，同時(shí)可以通過鍵盤對(duì)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定 （4）電梯采用獨(dú)立電源模塊 6、完成、完成畢業(yè)論畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì)設(shè)計(jì))所需的條件及上機(jī)所需的條件及上機(jī)時(shí)時(shí)數(shù)要求數(shù)要求 上機(jī)：120 機(jī)時(shí) 任任務(wù)務(wù)書書批批準(zhǔn)準(zhǔn)日日期期 2011 年年 01 月月 13 日日 教教研研室室(系系)主主任任(簽簽字字) III 任任務(wù)務(wù)書書下下達(dá)達(dá)日日期期 2011 年年 01 月月 13 日日 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師(簽簽字字) 完完成成任任務(wù)務(wù)日日期期 2011 年年 06 月月 10 日日 學(xué)生（學(xué)生（簽簽名）名） 長(zhǎng)江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )開題報(bào)告開題報(bào)告 題 目 名 稱 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 題 目 類 別 畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué) 院（系） 電子信息學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 電氣 10703 學(xué) 生 姓 名 馬 威 指 導(dǎo) 教 師 高秀娥 輔 導(dǎo) 教 師 高秀娥 開題報(bào)告日期 2011 年 3 月 14 日 IV 一一 題目來源及類型題目來源及類型 題目來源：實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 題目類型：專題研究 二二 研究目的和意義研究目的和意義 電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運(yùn)輸工具、是機(jī)電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。它 涉及電子技術(shù)、機(jī)械工程、電力電子技術(shù)、微電腦技術(shù)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和土建工程 等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動(dòng)、 鋼絲繩曳引式結(jié)構(gòu)。從電梯各構(gòu)件部分的功能上看，可分為八個(gè)部分：曳引系統(tǒng)、 導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保 護(hù)系統(tǒng)。 作為高層建筑物上下交通運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，越來越多的機(jī)電專業(yè)將參與電梯技 術(shù)方面的工作，為了掌握電梯的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)就有必要把這龐大的集機(jī)械、電氣、 傳感器于一體的產(chǎn)品模擬化，用 PLC、單片機(jī)、微機(jī)、變頻器等控制手段去開發(fā)多 功能應(yīng)用軟件，對(duì)提高學(xué)生的綜合應(yīng)用程序設(shè)計(jì)能力也將是非常有益和非常有效的。 因此設(shè)計(jì)了一套完整的電梯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以和任何自動(dòng)控制單元相連接作為 下位機(jī)，也可以單獨(dú)使用作為一般主控系統(tǒng)，驗(yàn)證各種電梯調(diào)度算法。 三三 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 1 8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用無金戊、沈慶陽(yáng)、郭庭吉編著：清華大學(xué)出版社 2 MCS-51 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)張友德、楊勝球編著：復(fù)旦大學(xué)出版社 3 何斌電梯群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 D 南京理工大學(xué)，2006 4 王君明電梯模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J 。湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2006 5 余兆棠，葉遠(yuǎn)呈，蕭仁理電梯控制系統(tǒng)改良與實(shí)現(xiàn)J電子測(cè)試，2006 6 張漢杰，王錫仲，朱學(xué)莉現(xiàn)代電梯控制技術(shù)M哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， V 2001 7 架延?xùn)|電梯控制技術(shù)M北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社1997 8 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)余發(fā)山，王福忠：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2003 9 北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第 10 卷第 1 期 1998 年 3 月 10全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編 （1994-1995） 11實(shí)用遙控電路肖景和，趙健著：人民郵電出版社 12單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)何立民：北京航空航天大學(xué)出版社 四四 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 目前，我國(guó)國(guó)產(chǎn)電梯大部分為繼電器、PLC 控制方式以及單片機(jī)控制方式。 繼電-接觸系統(tǒng)：它的優(yōu)點(diǎn)是線路直觀，大部分電器均為常用電器，更換方便， 價(jià)格較便宜。但是他觸點(diǎn)繁多，線路復(fù)雜，電器的電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作較慢，能耗 高，機(jī)械動(dòng)作噪音大，而且可靠性差。繼電器控制系統(tǒng)性能不穩(wěn)定、故障率高，大 大降低了電梯的舒適性、可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員的生活和工 作帶來了很多不便，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新勢(shì)在必行。 PLC（可編程控制器）在電梯控制中得到了廣泛的應(yīng)目前。PLC 在設(shè)計(jì)和制造 上采取了許多抗干擾措施，使用方便，擴(kuò)展容易。它使用了梯形圖和可編程指令， 易于掌握。電梯控制器通常由 PLC 實(shí)現(xiàn)基本能力，但是如果要實(shí)現(xiàn)電梯智能化，則 PLC 稍嫌不足。 單片機(jī)以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)應(yīng)用 在檢測(cè)、控制領(lǐng)域中，具有如下特點(diǎn)。 一、成本低。本電梯控制由于采用單片機(jī)代替了 PLC 作為主控芯片， 同時(shí)用 PWM 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)代替了變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致整套系統(tǒng)成本很低。 二、高精度的重量檢測(cè)及顯示?；?PLC 的電梯模型雖然有重量檢測(cè)，但檢測(cè) 精度較低。本電梯模型采用高精度的重量傳感器和測(cè)量電路， 配合設(shè)計(jì)優(yōu)良的數(shù)字 處理軟件，從而能進(jìn)行高精度的重量檢測(cè)和顯示 三、 可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬。單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì) 的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它機(jī)種無法比擬的。 四、 易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。單片機(jī)的邏輯控 制功能很強(qiáng)，指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令。 VI 五、 可以很方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。 六、 單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 五五 主要研究?jī)?nèi)容需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路主要研究?jī)?nèi)容需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 電梯工業(yè)是極為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其控制部分在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已實(shí)現(xiàn)了高度智 能化，由于單片機(jī)具有體積小、線路簡(jiǎn)單、無噪音、可靠性高、維護(hù)方便，同時(shí)能 方便實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電梯的群控, 并通過通訊接口與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)接, 實(shí)施對(duì)電梯的監(jiān) 控，因此利用單片機(jī)來對(duì)電梯進(jìn)行控制的開發(fā)顯得至關(guān)重要。本次設(shè)計(jì)了一種實(shí)用 的模擬電梯控制器，配合相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬電梯的實(shí)時(shí)控制。 該設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89S52 實(shí)現(xiàn)基本的簡(jiǎn)易電梯模型，由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要 通過軟件編程來完成，那么就降低了硬件電路的復(fù)雜性，而且更能體現(xiàn)智能思維， AT89S52 是低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位單片機(jī)。片內(nèi)帶有 8KB 的 Flash 存儲(chǔ)器， 且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。另外，AT89S52 的指令系統(tǒng)和引腳與 8051 完全兼容，片內(nèi)有 128B 的 RAM、32 條 I/O 口線、2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器、5 個(gè)中斷 源、一個(gè)全雙工串行口等，完全滿足該課題的需要。 作為小型化的電梯模擬裝置，其控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循簡(jiǎn)單可靠以及成本低、維 護(hù)方便等原則?？刂破鞯奶幚砥鞑捎昧?8 位單片機(jī)，外圍擴(kuò)展鍵盤采用矩陣鍵盤輸 入、位置檢測(cè)采用反射式紅外光電傳感器，并配以 LED 顯示當(dāng)前運(yùn)行信息。電梯模 擬器的機(jī)械部分采用了絲杠傳動(dòng)加直流電機(jī)配以減速齒輪驅(qū)動(dòng)，距離移動(dòng)十分精確， 無運(yùn)行積累誤差。 總體設(shè)計(jì)框圖如下圖 1： VII 控制模塊 電源模塊 電動(dòng)機(jī)控制模 塊 緊急報(bào)警 位置檢測(cè)模 塊 鍵盤輸入 LED 顯示模 塊 蜂鳴提醒 本系統(tǒng)采用自帶2 路電源+5V、+12V分別對(duì)各部分電路供電： VCC 330 R1 DS1 0.1U C3 0.1U C4 470U C2 1000UF C1 +12 IN 1 3 OUT 2 GND U1 L7812ABV IN 1 3 OUT 2 GND U2 L7805AB-V D1 Bridge1 Trans Cupl 12V220V 電梯位置檢測(cè)采用反射式紅外線發(fā)射-接收器如下圖： VIII 電機(jī)控制采用調(diào)節(jié)方波的占空比大小來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制轎廂移動(dòng)高 度。整個(gè)電機(jī)的運(yùn)行過程大致如圖所示： 數(shù)碼管顯示，設(shè)計(jì)中在轎廂和每個(gè)樓層中都設(shè)置了一個(gè)數(shù)碼顯示管，用來顯示 當(dāng)前電梯所在的層數(shù)。由 4511 來驅(qū)動(dòng) 8 位數(shù)碼管顯示電梯所到達(dá)的樓層數(shù)和電梯的 運(yùn)行狀況。接線圖如下： IX 轎廂內(nèi)設(shè)緊急報(bào)警按鈕，當(dāng)電梯突然發(fā)生故障使轎箱內(nèi)的人被困時(shí)，可以通過 按下緊急報(bào)警按鈕，使緊急報(bào)警燈亮同時(shí)發(fā)出音響信號(hào)，控制過程如下： 采用 555 做成的多諧振蕩器產(chǎn)生的方波信號(hào)來控制小功率的蜂鳴器工作，將 555 定時(shí)器的 Vi1 和 Vi2 接在一起可以接成施密特觸發(fā)器。我們把施密特觸發(fā)器的 反相輸出端經(jīng) RC 積分電路接回到它的輸入端，就構(gòu)成了多諧振蕩器。 六六 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )具備的工作條件及解決的辦法具備的工作條件及解決的辦法 裝有應(yīng)用軟件的電腦一臺(tái)、帶有下載數(shù)據(jù)線的單片機(jī)、相關(guān)書籍資料及器件 七七 工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 2 月 21 日-3 月 15 日 撰寫開題報(bào)告。 3 月 24 日-4 月 06 日 對(duì)課題進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，以求達(dá)到預(yù)期目的。 4 月 07 日-4 月 20 日 對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，修改，達(dá)到老師要求水平。 4 月 21 日-5 月 04 日 撰寫畢業(yè)論文。 X 5 月 05 日-5 月 18 日 完善論文內(nèi)容。 5 月 19 日-6 月 10 日 準(zhǔn)備及進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。 八八 指導(dǎo)教師審查意見指導(dǎo)教師審查意見 簽字： 年 月 日 長(zhǎng)長(zhǎng)江大學(xué)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論論文文)指指導(dǎo)導(dǎo)教教師審查師審查意意見見 指導(dǎo)教師職 稱 評(píng) 審 日 期 評(píng)審參考內(nèi)容：學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的 質(zhì)量和水平，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的難度及工作量，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 的優(yōu)特點(diǎn)及不足。 審查意見： XI 指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_分 長(zhǎng)長(zhǎng)江大學(xué)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論論文文)評(píng)閱評(píng)閱教教師評(píng)語(yǔ)師評(píng)語(yǔ) 評(píng)閱教師職 稱 評(píng) 閱 日 期 評(píng)閱參考內(nèi)容：學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的 質(zhì)量和水平，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的難度及工作量，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的優(yōu)特點(diǎn)及不足。 評(píng)語(yǔ)： XII 評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_ 分 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ （論論文）答文）答辯記錄辯記錄及成及成績(jī)?cè)u(píng)績(jī)?cè)u(píng)定定 學(xué)生姓名班 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)題目 答辯時(shí)間 年 月 日 時(shí)答辯地點(diǎn) 一、答辯小組組成 答辯小組組長(zhǎng)： 委 員： 二、會(huì)議記錄摘要 答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況 XIII 三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_分 答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書 (簽名) ： 年 月 日 院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師 評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)分的相關(guān)規(guī)定) 等級(jí)(五級(jí)制)：_ XIV 基于單片機(jī)電梯控制系統(tǒng)基于單片機(jī)電梯控制系統(tǒng) 學(xué) 生 ：馬 威，電子信息學(xué)院 指導(dǎo)老師 ：高秀娥，電子信息學(xué)院 【摘要摘要】本文介紹了以 80C51 單片機(jī)為核心控制器件的電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)，包 括課題概述、方案論證、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等幾個(gè)部分。該系統(tǒng)采用 單片機(jī)作為控制核心，通過掃描內(nèi)外按鍵按下與否引起的電平的改變，作為用戶請(qǐng) 求信息發(fā)送到單片機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)根據(jù)樓層檢測(cè)結(jié)果控制電機(jī)停在目 標(biāo)樓層。硬件部分主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、樓層檢測(cè)模塊、層位數(shù)碼管顯示、 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵掃描模塊、報(bào)警模塊、上下行呼叫指示電路等部分組成。樓 層檢測(cè)使用光電傳感器，電梯運(yùn)行到相應(yīng)樓層時(shí)，光電傳感器產(chǎn)生電平變化，送到 單片機(jī)來確定樓層數(shù)，電動(dòng)機(jī)控制部分采用直流電機(jī)及 H 橋驅(qū)動(dòng)電路。軟件部分介 紹了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路、程序功能分析，著重介紹了主程序的邏輯結(jié)構(gòu)，還分別介 紹了報(bào)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(jié)構(gòu) 和功能。軟件部分使用 C 語(yǔ)言，利用中斷方式來檢測(cè)樓層的檢測(cè)信息，并送到數(shù)碼 管進(jìn)行顯示。硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，結(jié)合軟件，基本實(shí)現(xiàn)了五層電梯運(yùn)行的模擬。 【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】AT89C51；直流電機(jī)；紅外傳感器；電梯控制； XV Elevater Control System Based On MCU Student: Ma Wei , Institute of Electronics and Information Tutor: Gao XiuE, Institute of Electronics and Information AbstractThis paper introduces the 80C51 microcontroller as the core control device of the elevator control system, including the issues outlined, program feasibility studies, hardware design, software design, system debugging, and several other parts.The system uses a microcontroller as the control centre, Firstly, it is by scanning the internal and external level change caused by keyboard to be a user requests information to the microcontroller, The next is that the single chip controls the motor based on test results floors stopped in the target floor. Hardware part mainly are made of the microcontroller, floor detection module, level digital display, electric motor drive module, key scan module, alarm module, circuit directions up and down the line calls and other components.Floor detection uses optical sensors. When elevator goes to the appropriate floor, Photoelectric sensors produce level changes sent to the microcontroller to determine the floor,.The part of motor control uses H Bridge type circuit to control the DC motor .Software 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 introduced the warning function, the demonstration function, the pressed key scanning, the position read, the demonstration, the lift control logic small steelyard procedure structure and the function. Software components use C language. 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 software is simple and reliable. So It is basically to achieve simulation of elevator running five floors. Key wordsAT89C51; DC motor; infrared sensor; elevator control; 前言 第 1 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 1 前言前言 隨著人們生活水平的不斷提高和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備,更是一種人們頻繁乘用的交通運(yùn)輸設(shè)備。 2008 年奧運(yùn)會(huì)和 2010 年世博會(huì)在中國(guó)的舉辦，將有力的帶動(dòng)電梯革命的節(jié)能 環(huán)?；l(fā)展，電梯產(chǎn)業(yè)的前景和走勢(shì)也隨著社會(huì)的需求悄然發(fā)生著改變。市場(chǎng)對(duì)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(guó)內(nèi)外電梯企業(yè)順應(yīng)市 場(chǎng)需要，加大研發(fā)投入，都準(zhǔn)備在未來新概念電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占得先機(jī)。 1.1 課題的提出及研究意義課題的提出及研究意義 電梯是集機(jī)械原理應(yīng)用、電氣控制技術(shù)、微處理技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)等多科學(xué)和 技術(shù)分支于一體的機(jī)電設(shè)備，它是建筑中永久垂直交通工具。電梯作為生產(chǎn)生活的 典型運(yùn)載工具使用已十分普及，其控制信號(hào)類型多，關(guān)系復(fù)雜，要求的控制性能特 別高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展高層建筑越來越多對(duì)電梯的運(yùn)行速度和控制性能也提出了更 高的要求。而在我國(guó)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(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)體積大、接線復(fù)雜、噪音大、觸點(diǎn)易磨損、故障率 高、維護(hù)工作量大，已無法滿足現(xiàn)代社會(huì)的需要。 自上世紀(jì) 80 年代以來，微機(jī)控制系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，現(xiàn)已深人到我國(guó)工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方方面面，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,使得以微機(jī)為核心 的控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。尤其是單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用，其深度和廣度越來越大。 微機(jī)應(yīng)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(gè)系統(tǒng)的體積減小，可靠性提高，使用壽命延長(zhǎng)；另一方面， 它還簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試和維護(hù)維修的工作量，使整個(gè)電梯的運(yùn)行成本降低。更突出的 優(yōu)點(diǎn)是微機(jī)具有靈活的算術(shù)和邏輯運(yùn)算功能，具有很強(qiáng)的通信和可擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn) 更完善的自動(dòng)控制。 常用的微機(jī)控制主要的有兩種技術(shù)：基于 PLC 控制和基于單片機(jī)控制兩大技術(shù)。 可編程控制器，是微機(jī)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(jī)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 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 2 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 控制的專用計(jì)算機(jī)，它有良好的抗干擾性能，適應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)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(duì)性較 強(qiáng)，每一臺(tái) PLC 都是根據(jù)一個(gè)設(shè)備而設(shè)計(jì)的，所以價(jià)格較昂貴。而單片機(jī)價(jià)格相當(dāng) 便宜，也不像 PLC 那么有針對(duì)性，可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更完美的 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升級(jí)。基于單片機(jī)控制的電梯可以大大的降低成本而且運(yùn)行也較可靠， 采用單片機(jī)來實(shí)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(jī)具有體積 小、線路簡(jiǎn)單、無噪音、可靠性高、維護(hù)方便,是一種少投入、高回報(bào)的方案。同時(shí) 能方便實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電梯的群控,并通過通訊接口與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)施對(duì)電梯的 監(jiān)控。 1.2 國(guó)內(nèi)外電梯系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外電梯系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 在現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在 高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運(yùn)輸工具。 電梯作為垂直運(yùn)輸?shù)纳翟O(shè)備，其特點(diǎn)是在高層建筑物中所占的面積很小，同 時(shí)通過電氣或其它的控制方式可以將乘客或貨物安全、合理、有效地送到不同的樓 層?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，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(jìn) 入了新的發(fā)展時(shí)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(mào)易中心大樓里，除每天有 5 萬(wàn)人上班外，還有 8 萬(wàn)人次的來訪和旅游，因此 250 臺(tái)電梯和 75 臺(tái)自動(dòng)扶梯的設(shè)置和正常運(yùn)行，才使得合理調(diào)運(yùn)人員、充分發(fā)揮大樓的 功能成為現(xiàn)實(shí)。中國(guó)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，集金融、商業(yè)、辦公和旅游為一體，其中 60 臺(tái)電梯、 18 臺(tái)扶梯的作用是顯而易見的。 20 世紀(jì)初，美國(guó)出現(xiàn)了曳引式電梯，其結(jié)構(gòu)見圖 1。從圖中可見，鋼絲繩懸掛 在曳引輪上，一端與轎廂連接，而另一端與對(duì)重連接，隨曳引輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，靠鋼絲繩 與曳引輪槽之間的摩擦力，使轎廂與對(duì)重作一生一降的相反運(yùn)動(dòng)。顯然，鋼絲繩不 用纏繞，因此鋼絲繩的長(zhǎng)度和股數(shù)均不受控制，當(dāng)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(duì)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。 前言 第 3 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 1 2 3 圖圖 1 曳引式曳引式電電梯示意梯示意圖圖 1轎廂 2曳引輪 3對(duì)重 在后來的幾十年里，電梯的自動(dòng)平層控制系統(tǒng)已經(jīng)通過變換電動(dòng)機(jī)級(jí)數(shù)的調(diào)速 方法來調(diào)整電梯運(yùn)行速度的技術(shù)相繼研制成功，1933 年，世界上第一臺(tái)運(yùn)行速度為 6 m/s 的電梯被安裝在美國(guó)紐約的帝國(guó)大廈。 第二次世界大戰(zhàn)后，建筑業(yè)的發(fā)展促使電梯進(jìn)入了高峰發(fā)展時(shí)期，代表新技術(shù) 的電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電梯領(lǐng)域的同時(shí)，陸續(xù)出現(xiàn)了群控電梯、超高速電梯。 隨著電力電子技術(shù)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(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，性能提高。同時(shí)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研制和開發(fā)，使交流電梯的 調(diào)速性能有了明顯的改善。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，通過控制電動(dòng)機(jī)定子供電電壓與 頻率調(diào)整電梯運(yùn)行速度的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)研制成功，出現(xiàn)了交流變壓變頻（VVVF） 調(diào)速電梯，開拓了電梯拖動(dòng)的新領(lǐng)域。1993 年，日本生產(chǎn)了 12.5m/s 的世界最高速 交流變壓變頻調(diào)速電梯，結(jié)束了支流電梯獨(dú)占高速電梯領(lǐng)域的歷史。 電梯發(fā)展到今天，在使用需求和新技術(shù)應(yīng)用方面都到了全面發(fā)展的時(shí)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(yùn)輸?shù)幕竟δ?，還 應(yīng)以人為本，提高舒適度，特別從電梯運(yùn)行的控制智能化角度考慮，電梯的優(yōu)質(zhì)服 務(wù)不再是單一的“時(shí)間最短”問題，而是采用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等方 法，以期實(shí)現(xiàn)單梯與群控管理的最佳模式、合理的配置與使用、遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診 斷、節(jié)能以及減少環(huán)境污染等。 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 4 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 1.3 課題研究的內(nèi)容課題研究的內(nèi)容 隨著科技的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷進(jìn)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(qiáng)、機(jī)械與電氣部件 被機(jī)結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此微型計(jì)算 機(jī)控制技術(shù)將會(huì)成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是以單片機(jī)為主控制器的電梯控制系統(tǒng)。本來電梯系統(tǒng)是 一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，由于能力和經(jīng)驗(yàn)有限，所以只能實(shí)現(xiàn)基本的功能如：層站呼 叫、自動(dòng)停層、轎廂命令響應(yīng)等。通過單片機(jī)輸出電壓通過驅(qū)動(dòng)電路然后控制電梯 拖動(dòng)。在此，本文以五層電梯為研究對(duì)象，選用 51 單機(jī)(該機(jī)芯片選為 AT89S52)作 為其控制器，研究微機(jī)控制梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)問題的提出、意義和文獻(xiàn)綜述， 本課題研究的具體內(nèi)容包括以下四個(gè)方面： （1）對(duì)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(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （4）電梯在信號(hào)傳輸中遇到的問題 方案論證 第 5 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 2 方案論證方案論證 2.12.1 主控芯片選擇主控芯片選擇 方案一：多片單片機(jī)控制方案。這種方案是使用多片單片機(jī)，其中一片是作為 主控制器，另外設(shè)置了轎廂控制系統(tǒng)，每層的控制系統(tǒng)分別由一個(gè)單片機(jī)控制，然 后通過主控制器和副控制器之間的通訊，實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的控制。這種方案的控制系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，各個(gè)系統(tǒng)之間相互獨(dú)立便于維護(hù)和修檢。所以根據(jù)功能要求需 要選用 5 片 AT89C2051 單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)該電梯的功能。不過單片機(jī)之間的通訊較 多，在目前通訊是個(gè)難點(diǎn)，可能導(dǎo)致電梯運(yùn)行過程不夠穩(wěn)定。 方案二 ：采用 CPLD 器件作為控制中心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行統(tǒng)一管理， 但這種方案要求平時(shí)有很多的知識(shí)積累和較強(qiáng)的專業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)起來比較困難且器 件較貴，不符合經(jīng)濟(jì)要求，而且升降電機(jī)的控制，運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量、顯示等還需要 單片機(jī)的配合。 方案三：一片單片機(jī)為主控制器的方案。MCU 采用一個(gè)單片機(jī)控制所有的按鍵、 數(shù)碼管顯示、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、傳感器的輸出信號(hào)等，并對(duì)以上所有信號(hào)進(jìn)行處理。 這種方案的控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，只適用于較簡(jiǎn)單的電梯控制系統(tǒng)，因?yàn)檫@次的設(shè)計(jì) 的內(nèi)容是 5 層電梯控制系統(tǒng)，所以選用這種方案。單片機(jī)技術(shù)目前較為成熟，自身 資源豐富，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，結(jié)合軟件完全可以實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行狀 況的簡(jiǎn)單模擬。 權(quán)衡以上方案的分析，采用方案三。 2.2 定位平層模塊定位平層模塊 方案一：采用金屬接近開關(guān)檢測(cè)電梯層數(shù)。在轎廂安裝金屬片，并在豎井各個(gè) 樓層設(shè)置金屬接近開關(guān)，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定位置，豎井上的金屬接近開關(guān)探測(cè)到金 屬片，其輸出發(fā)生變化。單片機(jī)通過金屬接近開關(guān)輸出的變化知道電梯轎廂的位置。 該方案安裝的金屬片會(huì)加重轎廂重量，并且金屬接近開關(guān)體積較大、安裝不便、成 本較高。 方案二：采用紅外發(fā)射對(duì)管檢測(cè)電梯層數(shù)。在豎井各個(gè)樓層設(shè)置紅外發(fā)射對(duì)管。 當(dāng)接通電源時(shí)，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)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(jī)通過紅外線接收頭輸出的變 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 6 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 化知道電梯轎廂的位置。該傳感器的響應(yīng)時(shí)間為 2.5ms，且體積小、功耗低、容易 安裝。 基于上述方案的分析，選擇方案二。 2.3 樓層顯示模塊樓層顯示模塊 方案一：采用點(diǎn)陣式液晶顯示器（LCD）顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。點(diǎn)陣式 液晶顯示器屬于低功耗器件，但其價(jià)格較貴。 方案二：采用傳統(tǒng)的 7 段數(shù)碼管（LED）顯示電梯實(shí)時(shí)所到的樓層。雖功耗大， 但其軟件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試方便，價(jià)格便宜，亮度大，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 以上兩種方案中，選擇方案二。 2.4 聲音提示模塊聲音提示模塊 方案一：采用美國(guó) ISD 公司的 2590 語(yǔ)音芯片，該語(yǔ)音芯片錄放時(shí)間為 90 秒。 ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi) E2PROM 容量為 480K，所以錄放時(shí)間長(zhǎng)；有 10 個(gè)地址輸入端，尋址能力可達(dá) 1024 位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。 方案二：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達(dá)所需的樓層時(shí)，蜂鳴器響，提示乘客 到達(dá)了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時(shí)的報(bào)警提示信號(hào)，其軟件驅(qū)動(dòng)、硬件 電路調(diào)試非常簡(jiǎn)潔方便，而且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 以上兩種方案中，選擇方案二。 2.5 電動(dòng)機(jī)模塊電動(dòng)機(jī)模塊 方案一：采用步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)在定位性能方面十分 優(yōu)越。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，步進(jìn)電機(jī)不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移。常用的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步， 角度轉(zhuǎn) 1.8，在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二 是傳遞信息，升降精度很高。 方案二：采用直流電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，直流電機(jī)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(gè)半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀 方案論證 第 7 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 態(tài)消除掉。這樣，載流線圈在磁場(chǎng)中就會(huì)一直地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。直流電機(jī)在高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、 大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。 此題目中電機(jī)要帶動(dòng)的負(fù)載較大，對(duì)升降精度要求不是很，所以采用方案二。 2.6 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 我們使用的是直流電機(jī)，比較以下兩種方案實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 方案一： 小功率驅(qū)動(dòng)電路可以采用如圖 2 所示的 H 橋開關(guān)電路。UA 和 UB 是 互補(bǔ)的雙極性或單極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)，TTL 電平。開關(guān)晶體管的耐壓應(yīng)大于 1.5 倍 Us 以 上。當(dāng)四個(gè)功率開關(guān)全用 NPN 晶體管時(shí)，需要解決兩個(gè)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(guān)電路利用兩個(gè)晶體管實(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)中使用。 圖圖 2 H 橋橋開關(guān)開關(guān)電電路路() 圖圖 3 H 橋橋開關(guān)開關(guān)電電路路() 方案二：采用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片 L298，該芯片內(nèi)部包含有兩個(gè)集成 H 橋， 能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路 5 到 24 伏范圍電源的直流電機(jī)。 由于本系統(tǒng)只有一路直流電機(jī)，且功率較小，所以采用方案一中圖 2 方案。 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 8 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3.1 總體方案總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的基本思想是采用 AT89S52 單片機(jī)作為核心，利用其豐富的 I/O 接口 與外圍電路配合進(jìn)行控制。采用 8 位 LED 靜態(tài)顯示來實(shí)時(shí)顯示電梯所在樓層，并用 4511 來驅(qū)動(dòng) LED 顯示。采用行列式鍵盤矩陣作為外呼內(nèi)選電路，由于是 5 層樓， 故選用 44 矩陣鍵盤，鍵盤矩陣共 16 個(gè)按鍵，其中 8 個(gè)按鍵是各層樓外呼按鍵， 5 個(gè)表示電梯內(nèi)部的選擇鍵，另外設(shè)有緊急停止按鍵，啟動(dòng)按鍵和電梯演示按鍵。 電梯狀態(tài)是通過兩個(gè)發(fā)光二極管顯示的，左邊燈亮表示電梯在向上運(yùn)行，右邊燈亮 表示電梯在向下運(yùn)行，另設(shè)有一燈燈亮表示開門狀態(tài)，燈熄表示關(guān)門狀態(tài)。 電梯的系統(tǒng) PCB 圖見附錄二圖 22、圖 23。 電梯模型效果圖如圖 4 所示： 圖圖 4 電電梯模型效果梯模型效果圖圖 2 B C A D 3 4 5 F G E H J 1 M 電梯間豎井部分由有機(jī)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 輪懸掛并由電動(dòng)機(jī) M 牽引，可 在電梯間豎井模型的空間內(nèi)上 下運(yùn)動(dòng)。該電梯間豎井模型每 隔 20cm 自下向上分成 5 層，其 樓層編號(hào)如圖所示。 硬件設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 總體方框圖如圖5所示： 單片機(jī) 樓層顯示 蜂鳴提示 位置檢測(cè) 直流電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 電梯模型 呼叫信號(hào)輸入、指示電路 滑輪 圖圖5 總總體方框體方框圖圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)采用 ATMEL 公司的 AT89S52，最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路兩部分， 其中復(fù)位電路采用按鍵手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位組合，電路如圖 6（左）所示：其 中 9 腳為單片機(jī)的復(fù)位端，電容 C5 按鍵 RESET 構(gòu)成上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位電路。時(shí) 鐘電路如圖 3（右）所示：晶振采用的是 12MHZ 的，C1、C2 為 30p 瓷片電容，XATL2 和 XATL1 分別為單片機(jī)的 18 和 19 腳。 路 c5 22u SB19 R1 200 復(fù)位 R2 1K 5v 9 C1 30p C2 30p X1 12MH Z XTAL 2 XTAL 1 時(shí)鐘電路 + 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 10 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 圖圖 6 最小系最小系統(tǒng)電統(tǒng)電路路 3.3 各模塊設(shè)計(jì)各模塊設(shè)計(jì) 3.3.1 按鍵按鍵電路電路 由于本電路所需按鍵較多，為了節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口，故選用行列式鍵盤矩陣。 本電路采用的是 44 鍵盤矩陣。電路如圖 7 所示，P3.0-P3.7 是接單片機(jī)的 P3 端 口，單片機(jī)采用行和列掃描法來判別這 16 個(gè)按鍵中哪個(gè)鍵按下，然后可根據(jù)每個(gè)按 鍵的功能來通過單片機(jī)控制電梯的運(yùn)行。 鍵盤電路如圖 7 所示： P37 P36 P35 P34 P30 P31 P32 P33 S4S8S12S16 S3S7S11S15 S2S6S10S14 S1S5S9S13 圖圖 7 鍵盤鍵盤矩矩陣電陣電路路 各按鈕開關(guān)說明： 按鈕開關(guān) 1：轎廂內(nèi)一樓呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) 2：轎廂內(nèi)二樓呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) 3：轎廂內(nèi)三樓呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) 4：轎廂內(nèi)四樓呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) 5：轎廂外二樓上呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) 6：轎廂外三樓上呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) 7：轎廂外四樓上呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) 8：轎廂內(nèi)五樓呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) 9：轎廂外二樓下呼叫開關(guān)；按鈕開關(guān) 10：轎廂外三樓下呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) 11：轎廂外四樓下呼叫開關(guān) 按鈕開關(guān) 12：轎廂外五樓上呼叫開關(guān)； 硬件設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 按鈕開關(guān) 13：轎廂內(nèi)一樓呼叫開關(guān)； 按鈕開關(guān) 14：演示功能按鍵； 按鈕開關(guān) 15：緊急停止按鍵； 按鈕開關(guān) 16：電梯啟動(dòng)按鍵。 3.3.2 顯示電路顯示電路 數(shù)碼管顯示，電梯的基本功能具備顯示電梯當(dāng)前的樓層，所以設(shè)計(jì)中在轎廂和 每個(gè)樓層中都設(shè)置了一個(gè)數(shù)碼顯示管，用來顯示當(dāng)前電梯所在的層數(shù)，由 4511 來驅(qū) 動(dòng) 8 位數(shù)碼管顯示電梯所到達(dá)的樓層數(shù)。接線圖如圖 8 所示，圖中共有六個(gè)數(shù)碼管 并聯(lián)，通過對(duì)四根數(shù)據(jù)線進(jìn)行寫操作進(jìn)行樓層顯示。 P23 P22 P21 P20 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE/STB 5 QA 13 QB 12 QC 11 QD 10 QE 9 QF 15 QG 14 U1 4511 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE/STB 5 QA 13 QB 12 QC 11 QD 10 QE 9 QF 15 QG 14 U2 4511 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE/STB 5 QA 13 QB 12 QC 11 QD 10 QE 9 QF 15 QG 14 U3 4511 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE/STB 5 QA 13 QB 12 QC 11 QD 10 QE 9 QF 15 QG 14 U4 4511 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE/STB 5 QA 13 QB 12 QC 11 QD 10 QE 9 QF 15 QG 14 U5 4511 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE/STB 5 QA 13 QB 12 QC 11 QD 10 QE 9 QF 15 QG 14 U6 4511 +5v 圖圖 8 顯顯示部分接示部分接線圖線圖 3.3.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)指示指示 在本次設(shè)計(jì)中電機(jī)正反轉(zhuǎn)用兩個(gè)發(fā)光管來表示，如圖 9 所示：用單片機(jī)的 P1 口 做輸出口來驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，其中 L1 亮表示電機(jī)正轉(zhuǎn)、L2 亮表示電機(jī)反轉(zhuǎn)、L3 亮表示 電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)電梯開門。L3 滅表示電梯關(guān)門，L3 亮表示電梯開門，電梯運(yùn)行時(shí) L1 和 L2 必須有一個(gè)亮，來表示電梯的上行和下行。 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 12 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 圖圖 9 電電機(jī)狀機(jī)狀態(tài)態(tài)指示指示 3.3.4 電源模塊電源模塊 本系統(tǒng)采用 L7805 穩(wěn)壓電路提供電壓+5V，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)的電源輸入頭輸入，另外電源可以直接通過 P13 口對(duì)電機(jī)進(jìn)行供電。 圖圖 10 電電源模源模塊塊 在降壓電路中應(yīng)注意以下事項(xiàng)： 1、輸入輸出壓差不能太大，太大則轉(zhuǎn)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(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿； 硬件設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 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)射紅外發(fā)射接收電路接收電路 在豎井各個(gè)樓層設(shè)置紅外發(fā)射接收管，在轎廂上下運(yùn)動(dòng)的過程當(dāng)中紅外線發(fā)射 管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)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(jī)通過紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。 圖圖 11 紅紅外外發(fā)發(fā)射射對(duì)對(duì)管管 圖圖 12 紅紅外外對(duì)對(duì)管管電電路路圖圖 圖11所示為反射式紅外線發(fā)射-接收器的示例。調(diào)整發(fā)射管的限流電阻（200 ） ， 可以調(diào)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(cè)的10k 電阻是提供“0”電平時(shí)的接地電阻，如果電路里已經(jīng)有信號(hào)輸入的接地電阻，則可 以省略本處的10k電阻。此電阻阻值不能太小，否則高電平輸出會(huì)達(dá)不到3.5V以上。 只要在紅外線發(fā)射接收管前插入一件對(duì)紅外光有反射作用的物質(zhì)，圖示的輸出端 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(duì)紅外 光有無反射作用的物質(zhì)，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(zhì)是循環(huán)連續(xù)動(dòng)作的話，就是一種非常好的無觸點(diǎn)信號(hào)源位置檢測(cè)。 3.3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)對(duì) 整個(gè)電路進(jìn)行選通，通過調(diào)節(jié) PWM 的占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過程的加速和減速的 過程，從而完成電機(jī)的停止、平層操作。P2.5 口為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，當(dāng) P2.5 為高 電平時(shí)，Q3、Q2 管導(dǎo)通，并通過電機(jī)構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)電梯的反轉(zhuǎn)，當(dāng)其為低電平 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 14 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 時(shí)，Q1、Q4 管導(dǎo)通，通過電機(jī)構(gòu)成了 H 橋的另一邊反向回路，實(shí)現(xiàn)了電梯的正轉(zhuǎn)， 從而完成電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。驅(qū)動(dòng)電路 PCB 圖見附件二圖 24、圖 25。 仿真圖如圖 13 所示： P24 P25 1 2 3 U1:A 7408 4 5 6 U1:B 7408 9 10 8 U1:C 7408 12 13 11 U1:D 7408 Q1(E) U1:A(Y) (-)Q5(C) U1:D(Y) U1:C(Y) U1:B(Y) D1(K) Q3 TIP41 Q5 TIP41 D1 1N4001 D2 1N4001 D3 1N4001 D4 1N4001 Q1 TIP42 Q2 TIP42 12 U3:A 7404 圖圖 13 H 橋電橋電路仿真路仿真圖圖 3.3.7 按鍵指示按鍵指示 由于此部分只要求每層顯示上下標(biāo)志，所以我們采用一般的發(fā)光二級(jí)管。此外， 由于一樓和五樓只能分別上和下，故我們?cè)谝粯呛臀鍢嵌贾话惭b一個(gè)發(fā)光二級(jí)管。 由于單片機(jī) IO 口資源有限，我們通過 74HC573 鎖存器實(shí)現(xiàn)電梯外部的八個(gè)發(fā)光二 極管與矩陣鍵盤的 P3 口復(fù)用，通過 P0.6 選通，當(dāng)需要對(duì)八個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行操作 時(shí)，需要先將 P0.6 置 1 進(jìn)行選通，改變 P3 口數(shù)值，再置 0 對(duì) P3 進(jìn)行鎖存。其電路 如圖 14： 硬件設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè)（共 44 頁(yè)） P06 P37 P36 P35 P34 P33 P32 P30 P31 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 LE 11 OE 1 U5 74HC573 +5V NAME=NICK NET=P1.8 233 443 55 2 4 121 S A B C D 1 2 4 3 圖圖 14 電電梯外部按梯外部按鍵鍵指示復(fù)用指示復(fù)用電電路路 3.3.8 緊急報(bào)警緊急報(bào)警 轎廂內(nèi)設(shè)緊急報(bào)警按鈕，當(dāng)電梯突然發(fā)生故障使轎箱內(nèi)的人被困時(shí)，可以通過 按下緊急停止按鈕，清除所有呼叫信號(hào)，并將電梯直接運(yùn)行至一樓，并發(fā)出報(bào)警信 號(hào)。由于這個(gè)部分要求電梯的任何運(yùn)行狀況下都要有效，為保險(xiǎn)起見，我們將此作 為一個(gè)獨(dú)立的模塊。 圖圖 15 蜂蜂鳴鳴器器報(bào)報(bào)警原理警原理圖圖 緊急停止 按鈕 求救信號(hào) 清除所有呼叫信號(hào) 電梯運(yùn)行至一樓 發(fā)出報(bào)警信號(hào) 維修電梯解 救被困人員 電梯管理 人員 清除警報(bào) 等待啟動(dòng) 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 16 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)由于采用鍵盤矩陣來代替外呼內(nèi)選按鈕，而電梯的運(yùn)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(jī)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(yùn)行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(chǔ)起來，然后和電梯的運(yùn)行狀態(tài)比較，判斷是否響 應(yīng)各層呼叫，當(dāng)電梯到達(dá)目的樓層時(shí)電機(jī)停止，此時(shí)即可進(jìn)、出乘客，乘客進(jìn)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(yùn)行。通過 單片機(jī)控制電梯在上升過程中只響應(yīng)上升呼叫，下降過程中只響應(yīng)下降呼叫。 由于本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)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(shè)置，開中斷等。在中斷子程序中完成樓層檢測(cè)等，其它的如數(shù)碼管的 顯示，鍵盤的響應(yīng)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的控制，延時(shí)等均由相應(yīng)的子程序來完成。 軟件設(shè)計(jì)思想：采用模塊化的分層次設(shè)計(jì)方法，將軟件系統(tǒng)功能由多個(gè)實(shí)現(xiàn)單 一功能的子程序?qū)崿F(xiàn)。通過調(diào)用不同的子程序，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜功能控制。這樣便于調(diào) 試、修改。軟件編程是實(shí)現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。在本設(shè)計(jì)中，可以 把程序的各部分相互結(jié)合起來，達(dá)到完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)的功能。 4.1 電梯主程序電梯主程序 根據(jù)系統(tǒng)要求，電梯的程序應(yīng)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(jìn)入電梯； （2）主程序主要包括： 判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來控制電梯運(yùn)行，到達(dá)目 標(biāo)樓層后相應(yīng)的呼叫指示燈熄滅； 電梯在運(yùn)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(qǐng)求，并 點(diǎn)亮相應(yīng)的呼叫指示燈； 設(shè)置演示功能按鍵、緊急停止按鍵、啟動(dòng)按鍵； 實(shí)時(shí)顯示電梯所在位置及運(yùn)行狀態(tài)（上行/下行） ； 開關(guān)門有一定的延時(shí)來保證乘客走出/進(jìn)入電梯； 軟件設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè)（共 44 頁(yè)） 主程序流程圖如圖 16 所示。 開始 初始化 啟動(dòng) 緊急停止 功能演示 按鍵查詢 樓層檢測(cè) 樓層、方 向顯示 電梯邏輯控制 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) Y N N 演示子程序 Y N Y 圖圖 16 主程序流程主程序流程圖圖 電梯的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)包括一下幾部分：電梯邏輯控制模塊、電梯運(yùn)行模塊、鍵 盤掃描模塊、樓層顯示模塊、指示燈關(guān)閉模塊、樓層檢測(cè)模塊、電梯功能演示模塊、 電梯緊急停止模塊。 4.2 電梯邏輯電梯邏輯控制控制 電梯控制中，單片機(jī)掃描樓層外呼內(nèi)選信號(hào)，將樓層呼叫信號(hào)與當(dāng)前樓層運(yùn)行 狀 態(tài)進(jìn)行比較，確定電梯響應(yīng)上升、下降隊(duì)列，然后電梯按照運(yùn)行隊(duì)列進(jìn)行電機(jī)控制。 而將呼叫信號(hào)轉(zhuǎn)化為響應(yīng)隊(duì)列