基于单片机电梯控制系统设计课程设计实验报告.doc

课程设计实验报告课程名称： 课程设计 实验项目： 基于单片机的电梯控制系统设计 专业班级： 通信1103班 姓 名： 季义强 学 号： 110404312 实验时间： 19周-20周 指导教师： 唐云雷 课程设计题目：基于单片机的电梯控制系统设计 目 录一、摘要2二、绪论2三、设计目的任务及要求4四、总设计方案及系统框图4五、设计原理5六、各单元模块设计101单片机最小系统模块102 开关控制模块11 3电机驱动模块12 4显示模块14 5报警模块16 6电路总图17七、心得体会18八、参考文献18附录一19一、摘要 交流双速电梯是采用继电接触器控制的最普通.最大量的一种电梯控制类型.这种控制使用继电器数量大， 保护联锁触点多.电气线路复杂.维护工作量大，可靠性差.随着微电子技术的发展，采用无触点控制来代替有触点控制已势在必行.本文基于单片机89sc51来控制各部分电路，采用单片机构成控制系统，可大大降低成本，而且做成专用控制系统，程序被固化，加强了保密性，提高了可靠性。二、绪论 电梯的概述 电梯进入人们的生活已经150年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。 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。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，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、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢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的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。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、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。 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。如今，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。人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的进步。单片机的出现使人类实现利用编程来代替复杂的硬件搭建电路，它靠程序运行，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的cd4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大pcb板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 单片机应用的主要领域非常广，智能化家用电器、办公自动化设备商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域。 单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的pid调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。三、设计目的任务及要求（1）学会单片机的使用来实现电梯系统的智能控制。（2）熟练c语言编程在单片机中的应用。（4）掌握电梯控制系统的主要功能与单片机实现的方法。（5）设计出一个电梯控制系统。（6）用c语言编程在单片机中应用。四、总体设计方案 1、设计思路:本次设计的总思想是，用开关来做单片机的控制端来做为输入信号说明人在那一层，采用传感器来说明楼层的实时位置，用单片机来控制三相交流电机的正反转来运行电梯的上下，用led来显示方向及位置。 2、总体设计框图单 片 机延时电路外部显示数码显示内部显示传感器电机正反转复位电路时钟电路五、设计原理 以交流接触器控制的三相电机主拖动系统。外呼内选系统，外部呼叫信号和指示以及轿厢内选项层和指示系统。延时开关门电路。轿厢内状态与外部指示系统，随时显示电梯所在位置。操作控制系统。楼层指示采用led七段数码管，清晰直观，节省能源。所有的显示运行状态及指示灯均采用发光二及管，大大节约了电能，整个控制箱电源功率在100w以下。在控制器上可方便的调节延时开关门和换速电阻切换时间，便于安装和现场调试。 电梯的运行的基本过程是:由外部的呼叫信号给出呼叫，控制系统判断电梯目前所处的位置并与呼叫楼层进行对照，同方向还是反方向，若反方向，则改变方向到呼叫层.若同方向直接运行到呼叫层。为了便于了解控制近况，本系统中设计了运行状态指示电路。初始化关显示.关中断开始寻找基站开中断外呼蜂鸣内选运行平层消号有人吗?自动选层运行平层消号各种控制区功能检测处理 电梯运行的主程序图换向到底层呼叫是同方向启动下行延时开门现运行方向到顶层呼叫是同方向启动上行变为下方向变为上方向检查楼层关指示换向 正常运行程序段框图 驱动输出接口电路主要是电机主拖动及开关门电机控制.主引电机使用三相380v交流供电，其电机功率约为22kw左右.因此所使用的交流接触器触点电流较大，尤其在刚启动时电流更大，触头引起的火花必然会对单片机的工作产生影响.为了防止这个影响的产生，在输出电路中考虑了两级隔离措施.首先用光电耦合器输出将逻辑ttl电平转换为直流5v电平的驱动电路，从而接通交流电动机工作。 a/d转换芯片0809具有八个模拟量输入通道，每个通道对应的数据范围为0-255，将这些数据作为软件中延时时间的常数，通过电位器改变a/d转换数值，达到改变时间的目的.在安装和维护过程中，对停车平层的舒适感，主要靠从快车到三次慢车的延时时间来实现，对启动的舒适感也主要靠调整从三次慢车到快车的延迟时间.这个调整随着电梯运行状态的变化经常运行。另外，还有延时关门时间，要调节到适当长度才符合实际情况。这个电路方便可靠地实现了上述调整，节约了电梯高度时间!本电梯采用了延时电路来控制电梯的开关门，下面是关门控制程序段框图:关门开门到位开门有人吗?关门吗?关门到位开门吗?本层外呼延时开门 关门程序控制程序段框图 控制系统软件在硬件支持下运行，指挥系统进行相应的控制.软件均采用mcs51汇编语言写成，约点内存3.5k左右.由于电梯控制系统实时采集数据量少，没有在系统中扩展随机ram，只使用了8031片内ram来安排呼叫信号的记录，判断输出状态.并安排有足够的堆栈来满足中断及程序调用的需要。在程序中设计了停电后重新上电运行时，有自动返回基站功能。图5 单片机的主要功能和各引脚功能主要特性： 与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 全静态工作：0hz-24hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部ram 32可编程i/o线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年管脚说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。6、 各单元模块设计 1、单片机最小系统模块图3.2.1单片机最小系统单片机最小系统包括主芯片，复位电路和晶振脉冲产生电路。x1为12mhz晶振，与30pf电容并联，产生1us的脉冲信号作为单片机的“心脏”部分。复位电路是开关与10uf电容并联组成的上电自动复位电路，在rst端为高电平时单片机清零，也即开关按下会产生清零信号。rp1为排阻，作为p0端的上拉电阻，接此原因是p0端口是由oc门组成。u1为数据输入端口，通过电脑编程能将程序通过此接口烧录入单片机中。2 、开关控制模块图3.2.2 开关控制模块开关控制模块采用4*4矩阵形式电路可以减少单片机接口的使用。写键盘代码时运用的是逐行扫描判断键值按下与否。编程如下：uchar key_scan(void)uchar scode,recode;p1=0xf0;if(p1&0xf0)!=0xf0)delay1(2);if(p1&0xf0)!=0xf0)/有键按下scode=0xfe;/辅助变量，设定行while(scode&0x10)!=0)p1=scode;/将某一行设为0，从而判断是否为该行if(p1&0xf0)!=0xf0)recode=p1&0xf0;/列码scode=scode&0xf0;/行码return(scode+recode);/按键坐标else scode=(scode1楼请求情况orla，22hanla，#0ehjzup1；无请求，则等待clrp0.7；上升指示灯亮clrp2.4sebtp2.5；电动机正转上升acalldly；上升2s;*二楼上升按键选择程序*up2：movp3，#2fh；到达2楼，数码管显示“2”jb20h.1，up21；是2楼电梯间的上升请求，转up21jb22h.1，up21；是电梯内目标2楼请求，转up21sjmpup22up21：clr20h.1；清二楼电梯间上升请求标志位clr22h.1；清电梯内目标2楼请求标志位setbp0.7；上升指示灯灭movr2，#0；5s定时开始cjner2，#50，$；等待5s延时up22：mova,20horla,21horla,22hanla，#0ch；取得2楼请求情况jnzup23ajmpdown22；2楼无请求，转2楼下降up23：clrp0.7；上升指示灯亮clrp2.4sebtp2.5；电动机正转上升acalldly；上升2s;*三楼上升按键选择程序*up3：movp3，#3fh；到达3楼，数码管显示“3”jb20h.2，up31；是3楼电梯间的上升请求，转up31jb22h.2，up31；是电梯内目标3楼请求，转up31sjmpup32up31：clr20h.1；清3楼电梯间上升请求标志位clr22h.1；清电梯内目标3楼请求标志位setbp0.7；上升指示灯灭movr2，#0；5s定时开始cjner2，#50，$；等待5s延时up32：mova，20horla，21horla，22hanla，#08h；取得3楼请求情况jnzup33ajmpdown32；3楼无请求，转3楼下降up33：clrp0.7；上升指示灯亮acalldly；上升2sup34：movp3，#4fh；到达4楼，数码管显示“4”;*四楼下降按键选择程序*up41：clr20.h3；清4楼电梯间下降请求标志位clr22h.3；清电梯内目标4楼请求标志位setbp0.7；上升指示灯灭movr2，#0；5s定时开始cjner2，#50，$；等待5s延时ud4：mova，50horla，21horla，22hanla，#07h；取得4楼的请求情况jnzdown4ajmpud4down4：clrp0.6；下降指示灯亮clrp2.4sebtp2.5；电动机反转下降acalldly；下降2s;*三楼下降按键选择程序*down3：movp3，#3fh；到达3楼，数码管显示“3”jb21h.2，down31；是3楼电梯间的下降请求，转down31jb22h.2，down31；是电梯内目标3楼请求，转down31sjmpdown32down31：clr21h.2；清3楼电梯间下降请求标志位clr22h.2；清电梯内目标3楼请求标志位setbp0.6；下降指示灯灭movr2,#0；5s定时开始cjner2,#50,$；等待5s延时down32：mov，20horla，21horl，22hanla，#03h；取得3楼的请求情况jnzdown33ajmpup32；3无楼请求,转3楼上升down33：clrp0.6；下降指示灯亮clrp2.4sebtp2.5；电动机反转下降acalldly;*二楼下降按键选择程序*down2：movp3，#2fh；到达2楼,数码管显示“2”jb21h.1，down21；是2电梯间的下降请求，转down21jb22h.1,down2；是电梯内目标3楼请求，转down21sjmpdown22down21：clr21h.1；清2楼电梯间下降请求标志位clr22h.1；清电梯内目标2楼请求标志位setbp0.6；下降指示灯灭movr2，#0；5s定时开始cjner2，#50，$；等待5s延时down22：mova，20horla，21horla，22hanla，#02h；取得2的请求情况jnzdown23ajmpup22；2楼请求,转2楼上升down23：clrp0.6；下降指示灯亮clrp2.4sebtp2.5；电动机反转下降acalldlydown1：movp3，#1fh；到达1,数码管显示“1”down11：clr21h.0；清电梯内目标1请求标志位setbp0.6；下降指示灯灭movr2，#0；0s定时开始cjner2，#50，$；5s延