四层楼电梯控制系统设计

2013 机电工程系专业毕业设计（论文）I莱芜职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别 ： 机电工程系 专 业 ： 机电一体化 班 号 ： 高 职 机 电 三 班 学 生 姓 名 ： 张 鹏 学 生 学 号 ： 201300000018 设 计 （ 论 文 ） 题 目 ： 四层楼电梯控制系统的设计 指 导 教 师 ： 亓晓鹏张鹏 电梯自动控制系统II设 计 地 点 ： 莱 芜 职 业 技 术 学 院 起 迄 日 期 ： 2016.22016.4 目 录摘要 .1关键词 .11 引言 .11.1 电梯的历史及发展 .11.2 电梯自动控制系统的开发环境 .21.2.1 电路图制作软件 Altium Designer 7.0.21.2.2 单片机 AT89S52.41.2.3 C 语言编程软件 Keil C51 .82 电梯自动控制系统的原理和设计 .92.1 系统功能 .92.2 系统硬件设计 .92.2.1 电路总体框图设计 .92.2.2 系统原理图 .102.2.3 各部分电路的设计 .112.3 系统软件设计 .132013 机电工程系专业毕业设计（论文）III2.3.1 系统软件运作主流程图 .142.3.2 键盘扫描流程图 .153 系统调试 .154 结论 .16致谢语 .16参考文献 .17英文翻译 .17附录 .18附录一 程序清单 .18附录二 实物图 .232013 机电工程系专业毕业设计（论文）1电梯自动控制系统张鹏摘要电梯自动控制系统是现代所有电梯的大脑和神经中枢。除了那些为了保护历史而留下来的旧式电梯以外，无论在什么场合安装的电梯都是自动化的，它们基本都是由单片机控制，高级的电梯还运用了嵌入式系统。电梯自动控制系统的核心就是单片机和设定的程序，外加输入和输出部分就组成了一个完整的自动控制系统。输入部分将信号接受并处理，然后传递给单片机。经过程序分析后将指令输出，从而控制电梯的运行并将结果显示出来。现代的电梯自动控制系统形式变得更加简单，但却能控制更加复杂的情况，这都依赖于单片机的不断升级和控制电路设计的更加合理化。关键词电梯 自动控制系统 A ltium Designer 7.0 单片机 AT89S52 Keil C511 引言电梯自动控制系统和许多独立运行的自动化作业器械一样，他是电梯不断发展和需求的产物。电梯自动控制系统不断地发展与壮大与单片机的不断强化和广泛的运用有着密不可分的联系。电路更合理的设计、程序语言的更加精确和强大也影响着电梯自动控制系统功能的不断强大。现在人们所关心的性能、安全、节能等更是促使电梯在各方面要求的增加，这也让电梯自动控制系统的研发速度加快。1.1 电梯的历史及发展1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。160 年以来，她已经发展成为世界领先的电梯公司。 张鹏 电梯自动控制系统2生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集成控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。 一个半多世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的。1932 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951 年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂光荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。电梯服务中国已有 100 多年历史，而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后，目前我国电梯技术水平已与世界同步。100 多年来，中国电梯行业的发展经历了以下几个阶段 ：对进口电梯的销售、安装、维护阶段(19001949 年)，这一阶段我国电梯拥有量仅约 1 100 多台；独立自主，艰苦研制、生产阶段（19501979 年），这一阶段我国共生产、安装电梯约 1 万台；建立三资企业，行业快速发展阶段（自 1980 年至今），这一阶段我国共生产、安装电梯约 40 万台。2002 年，中国电梯行业电梯年产量首次突破 6 万台。中国电梯行业自改革开放以来第 3 次发展浪潮正在掀起。第 1 次出现在 19861988 年，第 2 次出现在 19951997 年。2010 年中国电梯年产量达 36 万台，超过全球总量 50%；电梯使用保有量已经达到 156 万台以上，已经成为全球电梯制造和使用的第一大国。截止到 2012 年，中国国际电梯展于 1996 年、1997 年、1998 年、2000 年、2002 年、2004 年、2006 年、2008 年、2010 年、2012 年共举办了 10 届。展览会交流了世界各国的电梯技术和市场信息,促进着电梯行业发展。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音2013 机电工程系专业毕业设计（论文）3且耐用，一款一款的集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冰冷的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此而更加美好。1.2 电梯自动控制系统的开发环境1.2.1 电路图制作软件 Altium Designer 7.0Altium Designer 7.0 即 Altium Designer Summer， Altium Designer 7.0 通 过 为 高 速设 计 提 供 各 种 功 能 来 提 高 用 户 生 产 力 ， 这 些 功 能 包 括 交 互 式 长 度 调 整 和 PCB 层 片 增 强 等 功能 。 新 增 了 工 具 和 新 功 能 ， 这 将 Altium Designer 提 升 成 为 统 一 的 电 子 产 品 开 发 解 决 方 案 。这 款 最 新 的 更 新 程 序 将 进 一 步 增 强 设 计 能 力 ， 能 够 在 更 短 的 “设 计 到 制 造 ”周 期 内 生 产 更 为尖 端 、 更 具 创 新 性 的 电 子 产 品 。 现 在 Altium Designer 已 经 完 全 取 代 了 Protel。 Altium Designer Summer 还 新 增 了 汇 入 Allegro PCB(*.brd)的 转 文 件 功 能 。Altium Designer 提 供 了 统 一 的 应 用 方 案 ， 其 综 合 电 子 产 品 一 体 化 开 发 所 需 的 所 有 必 须 技术 和 功 能 。 Altium Designer 在 单 一 设 计 环 境 中 集 成 板 级 和 FPGA 系 统 设 计 、 基 于 FPGA 和 分立 处 理 器 的 嵌 入 式 软 件 开 发 以 及 PCB 版 图 设 计 、 编 辑 和 制 造 ， 并 集 成 了 现 代 设 计 数 据 管 理 功能 ,使 得 Altium Designer 成 为 电 子 产 品 开 发 的 完 整 解 决 方 案 的 一 个 既 满 足 当 前 ， 也 满 足 未 来开 发 需 求 的 解 决 方 案 。Altium Designer 7.0 极 大 地 增 强 了 FPGA-PCB 协 同 设 计 的 能 力 ， 工 程 师 可 以 充 分 利 用FPGA 作 为 系 统 平 台 ， 而 且 简 化 大 型 FPGA 与 物 理 PCB 平 台 的 集 成 。虽 然 人 们 早 就 认 识 到 了 FPGA 给 逻 辑 开 发 带 来 的 好 处 ， 但 把 这 些 器 件 集 成 到 PCB 设 计 流程 所 带 来 的 挑 战 ， 会 使 得 PCB 线 路 板 设 计 变 得 十 分 复 杂 并 导 致 整 体 设 计 时 间 超 长 。 通 常 无 需 考虑 PCB 版 图 即 进 行 FPGA 管 脚 分 配 ， 而 在 大 规 模 可 编 程 器 件 中 使 用 的 密 集 封 装 技 术 将 使 得 PCB板 布 线 成 为 极 大 的 挑 战 。Altium Designer 打 破 了 FPGA 的 使 用 障 碍 ， 把 硬 连 接 的 PCB 平 台 和 软 件 及 软 连 接 的 逻 辑 开 发集 成 在 一 起 ， 后 者 构 成 的 嵌 入 式 智 能 通 过 在 PCB 线 路 板 上 编 程 以 创 建 完 整 的 应 用 。 Altium Designer 改 进 了 FPGA 级 设 计 和 PCB 级 设 计 间 的 集 成 ， 开 发 了 很 多 新 功 能 ， 与 现 在 的 大 型 可 编程 器 件 相 结 合 ， 它 们 精 简 了 产 品 开 发 。大 型 FPGA 器 件 的 可 用 性 正 改 变 着 工 程 师 的 系 统 设 计 方 法 产 品 中 可 以 添 加 更 多 智 能 并同 时 缩 短 设 计 时 间 ， 减 少 制 造 成 本 。 Altium Designer 7.0 可 帮 助 工 程 师 在 嵌 入 式 智 能 级 和 物理 设 计 级 充 分 利 用 FPGA 提 供 的 好 处 ， 系 统 的 统 一 特 性 打 破 了 在 主 流 设 计 中 广 泛 采 用 可 编 程 器件 的 障 碍 ， 这 样 可 以 充 分 利 用 这 些 器 件 的 扩 展 资 源 ， 简 化 逻 辑 和 物 理 设 计 。Altium Designer 7.0 引 入 了 动 态 网 络 重 分 配 概 念 ， PCB 布 线 期 间 可 在 线 交 换 FPGA 管 脚 。这 包 括 重 新 分 配 预 先 布 线 的 子 网 和 交 换 链 接 的 差 分 信 号 对 ， 差 分 信 号 对 可 利 用 FPGA 器 件 上张鹏 电梯自动控制系统4充 分 的 LVDS 资 源 。 动 态 网 络 重 分 配 在 板 级 具 有 增 强 了 的 FPGA 管 脚 优 化 引 擎 ， 允 许 工 程 师 充分 利 用 FPGA 器 件 管 脚 的 可 重 新 编 程 特 性 ， 在 PCB 板 极 获 得 最 优 的 布 线 方 案 。 Altium Designer 系 统 的 统 一 特 性 允 许 在 板 级 完 成 的 管 脚 交 换 和 FPGA 项 目 的 自 动 同 步 ， 减 少 手 动 调整 处 理 I/O 的 耗 时 。 通 常 带 有 大 量 管 脚 的 FPGA 器 件 是 密 集 BGA 型 封 装 。 这 给 原 型 阶 段 的 调 试 带 来 很 大 困 难 ，因 为 这 些 器 件 上 的 管 脚 不 能 直 接 探 测 。 Altium Designer 的 LiveDesign 开 发 方 法 允 许 工 程 师在 开 发 中 可 与 基 于 FPGA 的 设 计 直 接 交 互 。 Altium Designer 7.0 具 有 改 进 的 JTAG 器 件 浏 览器 ， 可 提 供 系 统 中 所 有 JTAG 器 件 的 管 脚 状 态 显 示 ， 在 调 试 期 间 工 程 师 可 以 实 时 检 测 管 脚 信 号状 态 。 管 脚 状 态 也 可 以 在 源 原 理 图 和 PCB 版 图 动 态 显 示 ， 定 位 查 看 设 计 文 档 内 的 信 号 状 态 。另 外 还 有 Altium Designer 的 FPGA 虚 拟 仪 器 ， 可 用 来 设 定 并 监 控 FPGA 内 的 信 号 ， 给 设 计 师提 供 电 路 运 行 完 整 的 状 态 图 ， 以 进 行 系 统 的 逻 辑 和 物 理 调 试 。 FPGA 系 统 的 在 线 测 试 在 Altium Designer 7.0 中 得 到 改 进 ， 提 供 增 强 的 逻 辑 分 析 仪 (LAX)虚拟 仪 器 。 可 配 置 的 LAX 可 监 控 FPGA 内 从 8 位 到 64 位 带 宽 的 总 线 ， 支 持 多 重 信 号 集 的 连 接 。任 意 信 号 都 可 用 来 触 发 输 入 或 选 定 为 数 据 源 。 当 可 配 置 的 LAX 连 接 到 处 理 器 指 令 总 线 时 ， 总线 数 据 可 显 示 为 反 汇 编 的 代 码 指 令 ， 代 码 相 关 的 问 题 可 方 便 地 在 虚 拟 仪 器 输 出 中 进 行 跟 踪 。 Altium Designer 7.0 中 32 位 的 基 于 FPGA 的 处 理 器 系 统 也 有 更 多 通 用 性 ， 支 持 大 量 第 三方 软 核 和 分 立 处 理 器 ， 包 括 Xilinx MicroBlaze 软 处 理 器 、 Sharp BlueStreak LH79520(基于 ARM720T)和 AMCC PowerPC 405CR 分 立 处 理 器 。 这 些 新 器 件 的 支 持 ， 使 设 计 者 在 使 用 FPGA进 行 嵌 入 式 系 统 开 发 时 更 加 灵 活 。 Altium Designer 7.0 提 供 的 包 裹 连 接 器 内 核 可 帮 助 设 计 者定 位 支 持 的 第 三 方 处 理 器 ， 同 时 保 留 Altium Designer 环 境 的 所 有 设 计 功 能 ， 包 括 使 用Altium Designer 虚 拟 仪 器 方 便 地 连 接 基 于 FPGA 外 设 和 用 LiveDesign 进 行 调 试 。 Altium 基于 Viper 的 编 译 器 工 具 链 保 证 所 有 处 理 器 间 的 软 件 兼 容 性 ， 包 裹 连 接 器 内 核 提 供 硬 件 兼 容 性 。这 意 味 着 嵌 入 式 设 计 无 需 花 费 高 昂 的 重 新 设 计 工 程 的 代 价 即 可 在 处 理 器 间 进 行 设 计 移 植 。 Altium Designer 7.0 在 FPGA 开 发 方 面 有 以 下 主 要 特 点 ：（ 1） 支 持 不 依 赖 于 FPGA 厂 商 即 各 个 厂 商 通 用 的 数 字 系 统 开 发 。（ 2） 丰 富 的 原 理 图 库 ， 有 大 量 的 综 合 元 件 ， 包 括 处 理 器 。（ 3） 在 工 程 的 设 计 和 调 试 阶 段 都 支 持 原 理 图 导 向 设 计 方 法 。（ 4） 丰 富 的 虚 拟 仪 器 。 虚 拟 逻 辑 分 析 仪 、 虚 拟 频 率 发 生 器 、 频 率 计 数 器 、 I/O 模 块 、 ROM仿 真 器 ， 为 嵌 入 式 系 统 开 发 提 供 很 大 的 便 利 。（ 5） 为 了 方 便 在 FPGA 上 设 计 嵌 入 式 系 统 ， Altium Designer 7.0 完 全 综 合 了 Altium 独 特的 基 于 FPGA 的 现 场 设 计 开 发 板 NanaBoard。2013 机电工程系专业毕业设计（论文）5（ 6） 支 持 软 硬 件 并 行 开 发 ， 克 服 以 往 嵌 入 式 系 统 软 硬 件 开 发 的 串 行 开 发 形 式 中 的 缺 点 。 这种 方 法 必 将 成 为 以 后 FPGA 开 发 的 主 流 方 法 。 传 统 的 嵌 入 式 开 发 流 程 是 ： 系 统 级 设 计 PCB 板 硬 件 制 作 硬 件 调 试 嵌 入 式 软 件 开 发 软 件 调 试 整 个 系 统 的 软 硬 件 综 合 调 试 ， 发 现 问 题 后 再 从 流 程 开 始 检 查 调 试 。 这 是 一 个 串 行的 开 发 流 程 ， 造 成 的 问 题 是 一 个 系 统 开 发 时 间 过 长 和 调 试 不 方 便 ， 发 现 问 题 再 修 改 会 很 麻 烦 。现 在 很 多 嵌 入 式 开 发 存 在 的 问 题 是 非 得 等 硬 件 PCB 板 子 做 出 来 后 才 可 以 基 本 进 行 软 件 开 发 ，从 而 浪 费 了 人 力 和 时 间 。 而 Altium Designer 7.0 提 供 了 一 个 软 硬 件 并 行 的 开 发 方 法 。 当 系统 级 设 计 完 成 以 后 ， PCB 板 硬 件 进 行 制 作 时 ， 嵌 入 式 软 件 也 可 以 进 行 芯 片 级 的 嵌 入 式 软 件 开 发 ，而 到 最 后 调 试 时 出 现 问 题 可 以 很 方 便 地 进 行 软 硬 件 各 自 的 修 改 。 这 种 软 硬 件 并 行 的 开 发 方 法 已经 在 国 外 慢 慢 流 行 起 来 ， 在 不 久 的 将 来 将 成 为 嵌 入 式 系 统 开 发 的 主 流 方 法 ！1.2.2 单片机 AT89S52AT89S52 是 一 种 低 功 耗 、 高 性 能 CMOS8 位 微 控 制 器 ， 具 有 8K 在 系 统 可 编 程 Flash 存 储器 。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 储 器 技 术 制 造 ， 与 工 业 80C51 产 品 指 令 和 引 脚 完 全兼 容 。 片 上 Flash 允 许 程 序 存 储 器 在 系 统 可 编 程 ， 亦 适 于 常 规 编 程 器 。 在 单 芯 片 上 ， 拥 有 灵 巧的 8 位 CPU 和 在 系 统 可 编 程 Flash， 使 得 AT89S52 为 众 多 嵌 入 式 控 制 应 用 系 统 提 供 高 灵 活 、有 效 的 解 决 方 案 。 AT89S52 具 有 以 下 标 准 功 能 ： 8k 字 节 Flash， 256 字 节 RAM， 32 位 I/O 口线 ， 看 门 狗 定 时 器 ， 2 个 数 据 指 针 ， 三 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ， 一 个 6 向 量 2 级 中 断 结 构 ，全 双 工 串 行 口 ， 片 内 晶 振 及 时 钟 电 路 。 另 外 ， AT89S52 可 降 至 0Hz 静 态 逻 辑 操 作 ， 支 持 2 种软 件 可 选 择 节 电 模 式 。 空 闲 模 式 下 ， CPU 停 止 工 作 ， 允 许 RAM、 定 时 器 /计 数 器 、 串 口 、 中 断继 续 工 作 。 掉 电 保 护 方 式 下 ， RAM 内 容 被 保 存 ， 振 荡 器 被 冻 结 ， 单 片 机 一 切 工 作 停 止 ， 直 到 下一 个 中 断 或 硬 件 复 位 为 止 。AT89S52 主 要 性 能 ： 与 MCS-51 单 片 机 产 品 兼 容 ； 8K 字 节 在 系 统 可 编 程 Flash 存 储 器 ；1000 次 擦 写 周 期 ； 全 静 态 操 作 ： 0Hz-33MHz； 三 级 加 密 程 序 存 储 器 ； 32 个 可 编 程 I/O 口 线 ；三 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ； 六 个 中 断 源 ； 全 双 工 UART 串 行 通 道 ； 低 功 耗 空 闲 和 掉 电 模 式 ； 掉电 后 中 断 可 唤 醒 ； 看 门 狗 定 时 器 ； 双 数 据 指 针 ； 掉 电 标 识 符 。片 上 资 源 介 绍 ：P0 口 ： P0 口 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 的 双 向 I/O 口 。 作 为 输 出 口 ， 每 位 能 驱 动 8 个 TTL 逻辑 电 平 。 对 P0 端 口 写 “1”时 ， 引 脚 用 作 高 阻 抗 输 入 。 当 访 问 外 部 程 序 和 数 据 存 储 器 时 ， P0口 也 被 作 为 低 8 位 地 址 /数 据 复 用 。 在 这 种 模 式 下 ， P0 不 具 有 内 部 上 拉 电 阻 。 在 flash 编 程时 ， P0 口 也 用 来 接 收 指 令 字 节 ； 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令 字 节 。 程 序 校 验 时 ， 需 要 外 部 上拉 电 阻 。P1 口 ： P1 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p1 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个TTL 逻 辑 电 平 。 对 P1 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入 口 使张鹏 电梯自动控制系统6用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ IIL） 。 此 外 ，P1.0 和 P1.1 分 别 作 定 时 器 /计 数 器 2 的 外 部 计 数 输 入 （ P1.0/T2） 和 定 时 器 /计 数 器 2 的 触发 输 入 （ P1.1/T2EX） 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 接 收 低 8 位 地 址 字 节 。引 脚 第 二 功 能 ： P1.0 T2（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 外 部 计 数 输 入 ） ， 时 钟 输 出 ； P1.1 T2EX（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 捕 捉 /重 载 触 发 信 号 和 方 向 控 制 ） ； P1.5 MOSI（ 在 系 统 编 程 用 ） ；P1.6 MISO（ 在 系 统 编 程 用 ） ； P1.7 SCK（ 在 系 统 编 程 用 ） 。P2 口 ： P2 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个TTL 逻 辑 电 平 。 对 P2 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入 口 使用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ IIL） 。 在 访问 外 部 程 序 存 储 器 或 用 16 位 地 址 读 取 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 送 出 高 八 位 地 址 。 在 这 种 应用 中 ， P2 口 使 用 很 强 的 内 部 上 拉 发 送 1。 在 使 用 8 位 地 址 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 输出 P2 锁 存 器 的 内 容 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P2 口 也 接 高 8 位 地 址 字 节 和 一 些 控 制 信 号 。P3 口 ： P3 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p3 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个TTL 逻 辑 电 平 。 对 P3 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入 口 使用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ IIL） 。 P3 口亦 作