毕业设计（论文）-节能电梯模拟控制研究.doc

毕毕业业论论文文(设设计计)题目：节能电梯的模拟控制研究学学生：生：学学号：号：20110311203专专业：业：电子信息工程指导教师：指导教师：陕陕西西科科技技大大学学职职业业教教育育师师范范学学院院2015年年6月月2日日II节能电梯的模拟控制研究摘要本论文围绕电梯的模拟控制论题展开研究主要以MCU控制模块核心，控制台电路主要是完成电梯的启动、停止以及楼层数的显示，电梯内电路是用来让电梯内用户选择目标楼层（作为内招信号），电梯间电路是同来让电梯外用户选择目标楼层（作为外招信号），内外招使用按键按下与否而引起的电平的改变作为用户请求信息发送到MCU，MCU控制电动机转动，到达目标楼层。楼层检测模块一般采用传感器，实时检测反馈给MCU，来确定的电机的转停。报警模块作为电梯的求救系统。该设计对电梯运行状况的简单模拟，对电机驱动这部分要求不是很严格，只需要实现电机的正反转就可以了，所以选择直流电机和L289N芯片驱动，可根据PWM调节脉宽进行电机调速和正反转。由L298N内部电路无续流二极管对三极管进行保护，所以必须在外部接线OUT1，OOUT2，OUT3，OUT4加入续流二极管保护电路。L298N的输出电流为2A，最高电流为4A，最高工作电压为50V.利用光电传感器检测楼层，电梯行至楼层标志处（装有光电传感器）时，光槽光线被遮挡，引其电平变化，通过P3.6发送到单片机中R4计数，可实现楼层检测。并实时的，通过RXD和TXD，送到74HC164数码管显示当前楼层数。关键字：单片机，电梯，模拟控制IIStudyOnSimulationControlOfEnergySavingElevatorABSTRACTThisthesisisfocusedontheelevatorsimulationcontroltopicstudiedmainlybasedonMCUcontrolcoremoduleandcontrolcircuitismainlycompletedtheelevatorstartsstopsandthefloornumberdisplayliftcircuitisusedtoallowusersintheelevatorselectiontargetfloor(asinthemoveofsignal)thecircuitbetweentheelevatoristolettheoutsidetheelevatorusersselectthetargetfloor(asthemoveofsignal)moveinsideandoutsideusekeyspressedandnotcausedbythelevelofchangeasusersrequestinationissenttotheMCUMCUcontrolmotorrotationreachthetargetfloor.Thefloordetectionmodulegenerallyusessensorreal-timedetectionfeedbacktoMCUtodeterminethemotorsturntostop.Alarmmoduleastheelevatordistresssystem.ThedesignofelevatorrunningstatusofsimplesimulationthemotordrivetherequirementsarenotverystrictonlyneedtoachievemotorpositiveinversionsothechoiceofDCmotorandL289NchipdriveaccordingtothePWMpulsewidthmodulationofmotorcontrolandreversing.ThetransistorisprotectedbytheL298NinternalcircuitwithoutthediodesotheprotectioncircuitoftheOOUT2OUT3OUT1OUT4isaddedtotheexternalconnection.Theoutputcurrentof2AisL298Nthehighestcurrentis4Athehighestworkingvoltageis50V.Usingphotoelectricsensortodetectthefloortheelevatortothefloormarks(equippedwithphotoelectricsensor)lighttanklightisblockedthelevelchangesbyP3.6senttotheMCUinR4countcanrealizethefloordetection.Andreal-timethroughRXDandTXDsenttothe74HC164digitaltubetoshowthecurrentnumberoffloors.KEYWORDS：SCMelevatorsimulationcontrol目录摘要.IABSTRACT.II1绪论.11.1电梯模拟控制的概述.11.2本文主要研究内容.22系统功能设计.32.1电梯的组成及系统的概述.32.2电梯控制系统组成框图及工作原理.42.3总体方案设计.52.4单元电路的设计.52.4.1单片机最小系统.52.4.2电机驱动电路模块.82.4.3报警模块.82.4.4楼层检测模块.82.4.5电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计.92.5系统的调试.102.6本章小结.113电梯控制系统单元电路的设计.123.1单片机最小系统.123.2楼层电梯间电路.123.3轿厢内电路.133.4控制台电路.133.5楼层检测.143.6电动机驱动.143.7报警部分.153.8本章小节.164软件设计.174.1课题的开发环境.174.1.1电路图制作软件Altiumdesigner7.0.174.1.2S51的程序开发软件Keil.184.2按键查询部分.184.3楼层选择按键功能程序.214.4电机控制部分.214.5楼层检测及显示部分.224.6报警部分及断电保护.22结论.23致谢辞.24参考文献.25附录一：整体电路图及电源电路图.26附录二：主程序清单.27节能电梯的模拟控制研究11绪论1.1电梯模拟控制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。1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，同陕西科技大学毕业论文（设计说明书）2年在纽约市的马累特大厦安装成功，标志着电梯的诞生。1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年美国制造出6ms的高速电梯。1949年研制出4-6台电梯群控系统。1955年出现真空电子管小型计算机控制电梯。1962年在美国已出现8.5ms的超高速电梯。1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。电梯使用的驱动由最初的直流电机到单速交流感应电机，后来的交流双速电机的发明，才基本满足了电梯的运行要求。1976年将微处理器应用于电梯。1977年日本三菱电机开发出10ms的超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有了很大的发展。1.2本文主要研究内容本文主要是用51单片机来实现电梯控制系统，使其具备电梯基本升、降功能，并当多层对电梯呼叫时，能安排电梯停靠，从而实现电梯的基本运行情况的模拟。论文的第二章进行方案的提出与论证，分析本次设计所采用方案的可行性；第三章给出电梯控制系统的各个模块电路的设计和所需主要器件的主要参数，并介绍硬件实现的详细方案，给出本次设计的硬件原理电路图，并分点设计各模块功能；第四章给出软件实现的程序流程图，并设计各模块所要实现的功能。节能电梯的模拟控制研究32系统功能设计本章先介绍了电梯的组成及其电梯控制系统的工作原理，然后设计了基于单片机的电梯控制系统的方案设计。2.1电梯的组成及系统的概述电梯主要由以下两大部分组成：（1）机械部分：包括曳引系统，导向系统，娇厢，门系统等（2）电路部分:包括重量平衡系统，电力拖动系统，电梯控制系统，安全保护系统等。系统主要由两部分构成：输入系统和输出系统（1）输入系统输入系统在本设计中主要是体现在电梯呼叫信号的发起的元件上.本系统中主要的输入设备有BUTTON(按钮)和光电接收装置。BUTTON:有外呼叫和内呼叫两种.简单来说就是电梯内的按钮和电梯外的按钮.电梯内的按钮要比电梯外的多一些这个不用说相信大家都知道电梯外的主要用于电梯的呼叫当电梯到达该呼叫楼层时电梯自动开门后该呼叫请求会自动清掉保证下次呼叫的正确性。光电接收装置:由于本系统只是对电梯控制进行模拟所以我们就只用了两套光电收发装置进行模拟。一套专门用于断电保护人身安全的:当电梯运行在中间楼层时我们用光电装置来监测复位时电梯的停放情况如果电梯并没有在最底层那么我的系统会自动将电梯运行到最底层这样保证了人的安全也保证了电梯不会因为断电而无法运行。另一套光电装置其实是本系统8层楼中8套行程限位的代表当电梯运行到某一楼层时该楼层发射装置发射的光信号会传递到电梯本身身上的光电接收装置如果CPU每12秒收到了一次这个信号那么说明电梯运行无误否则CPU将自动报警并停止电梯的运行当检修人员发现电梯出现故障后按下检修开关电梯自动运行到最底层并显示当前电梯处于修理中等检修师傅检修好后在次按下检修开关电梯就可以再次投入使用了。（2）输出系统本设计中作为输出系统的元件有LCD蜂鸣器发光二极管和继电器。LCD:本设计采用的是LM1602B液晶显示器.与红外收发装置一样LCD我们也只用了两套一套用于电梯箱内的当前信息显示另一套用于电梯箱外主要是给需要呼叫电梯的人一个选择的权利因为一般必须先响应同方向的呼叫后处理反方向呼叫。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）4LCD的主要显示内容:1.电梯的运行方向2.电梯当前所在位置3.警告信息4.检修信息蜂鸣器:系统采用的是5V驱动电压的蜂鸣器主要是模拟声光报警用的.当电梯出错或检修时蜂鸣器接通表示声光报警。发光二极管和继电器:本系统采用5V驱动电压的继电器继电器用于电动机的正反转控制当KM1继电器吸合时发光二极管L1点亮表示电梯向上运行.当KM2继电器吸合发光二极管L2点亮表示电梯向下运行.电梯停止时L1L2熄灭发光二极管L3点亮表示电梯门开启电动机停止.当电梯出错或检修时发光二极管L4点亮表示声光报警。本文主要是针对电梯控制系统所作的研究，设计一种基于MCU的电梯控制系统，实现电梯运行的模拟。2.2电梯控制系统组成框图及工作原理该系统主要由MCU控制模块、电梯间电路模块、电梯内电路模块、控制台电路、楼层检测模块、电动机驱动模块、报警模块等7部分组成。该系统以MCU控制模块核心，控制台电路主要是完成电梯的启动、停止以及楼层数的显示，电梯内电路是用来让电梯内用户选择目标楼层（作为内招信号），电梯间电路是同来让电梯外用户选择目标楼层（作为外招信号），内外招使用按键按下与否而引起的电平的改变作为用户请求信息发送到MCU，MCU控制电动机转动，到达目标楼层。楼层检测模块一般采用传感器，实时检测反馈给MCU，来确定的电机的转停。报警模块作为电梯的求救系统。图2-1系统总原理图控制模块电动机控制模块楼层模块轿厢电路电梯间电路报警电路控制台电路节能电梯的模拟控制研究52.3总体方案设计方案一：采用可编程控制器（PLC）作为主要器件来控制电机的运动、内外按键的响应、按键后的电路显示等等。用PLC编程较简单，电路也不复杂，但此方案的各个模块的费用都比较高，硬件设计不灵活，故不采用本方案。方案二：MCU采用一个单片机控制所有的按键、数码管显示、电动机的转动、传感器的输出信号等等，并对以上所有信号进行处理。单片机技术目前较为成熟，自身资源丰富，硬件设计简单，成本低，可靠性高，结合软件完全可以实现电梯运行状况的简单模拟。故采用本方案。系统框图2-1所示。2.4单元电路的设计通过对系统总框图的分析，此系统的各个模块方案设计如下：2.4.1单片机最小系统本设计主要采用AT89S51芯片。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入输出（IO）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能性能如表2.1所示：表2-1AT89S51芯片的主要功能兼容MCS-51指令系统4k可反复擦写ISPFlashROM32个双向IO口4.5-5.5V工作电压2个16位可编程定时计数器时钟频率0-33MHz陕西科技大学毕业论文（设计说明书）6全双工UART串行中断口线128x8bit内部RAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针引脚功能说明VCC：电源电压。GND：地。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线同时转换成地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表2-2P1端口引脚的第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK(用于ISP编程)P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRi指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻节能电梯的模拟控制研究7拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用作上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.3所示：表2-3P3端口引脚的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0(定时计数器0)P3.5T1(定时计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE（PROG）：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。主要特性：陕西科技大学毕业论文（设计说明书）8与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写擦，循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程IO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2.4.2电机驱动电路模块采用L298N芯片驱动，根据单片机系统程序设定PWM信号，在输出端接入直流电机，根据不同按键的不同信号就可以实现电梯上升与下降以及电梯门的开关。2.4.3报警模块直接采用单片机控制输出口电平的高低来控制蜂鸣器的发声与否。这样做的优点是电路比较简单，控制也较简单。2.4.4楼层检测模块现在，检测技术多种多样，其中光电检测方法占有十分重要的地位，不仅具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小的特点，所以在此次设计当中选择光电传感器作为楼层检测部分的主要部件，完成楼层检测的功能。(1)光电传感器原理光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件，分为脉冲式和模拟式两种，而模拟式光电传感器又分为吸收式、反射式、遮光式和辐射式，其工作原理是基于光电元件的光电特性由于光通量是随被测量而变的光电流就成为被测量的函数故又被为光电传感器的函数运用状态光电传感器。此外，光电传感器的体积很小，而敏感范围很宽，加上机壳有很多样式，所以使用范围很广。近年来，随着光电技术的发展，光电传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格产品，目前已在各种自动机上已获得广泛的应用。节能电梯的模拟控制研究9此处采用脉冲式光电传感器，通过电梯行至相应楼层装有传感器的地方时，产生的电平变化，发送到单片机计数就可以确定楼层数。结构简单，易于控制。(2)光电传感器的选择在本设计中选择GK-310C型光电管作为本次设计楼层检测部分主要器件。GK-310C型光电管是将砷化镓红外光发光管和硅光敏三级管装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时，砷化镓发光管发出的光直接照在硅光敏三级管的窗口上，从而产生大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，此时光敏管的输出端为低电平，这样可识别物体的有无。GK-310C型光电管的主要技术参数：最大正向电流IFMAX=50Ma正向压降VF1.5V反向耐压VR5V反向漏电IR50uA输出特性如下：暗电流ID0.1uA反向耐压VBR(CEO)=20V光电流IL为2至3mA响应时间tr3us，tf4us2.4.5电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计电梯控制系统由各楼层的电梯间电路、电梯内电路和控制台电路三部分组成。各楼层的电梯间：电路二、三楼的电梯间均有“上升和“下降”选择按键，一楼只有“上升按键，四楼只有“下降按键，每个按键配一只发光二极管，作为指示灯。电梯内部电路：目标楼层号1-4选择按键。每个按键配有相应指示灯。控制台电路：两个按键用于手动控制。控制电梯的“开始运行和“停止运行。两个指示灯，分别指示电梯当前的升降情况。显示电路采用了1个LED数码管单片机IO的应用最典型的是通过IO口与7段LED数码管构成显示电路。7段LED数码管，则在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的。因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以本设计共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将b和c段接上正电源，其它端接地或悬空，那么b和c段发光，此时，陕西科技大学毕业论文（设计说明书）10数码管显示将显示数字“1”。而将a、b、d、e和g段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。图2-1七段数码管显示楼层显示部分用一只数码管，显示电梯当前所在的楼层。采用74HC164驱动共阴极数码管显示，公共端接地。图2-274HC164共阴极数码管引脚表2-474HC164共阴极数码管数字编码表显示数字0123456789代码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH2.5系统的调试将CAN总线用于电梯楼层控制器通讯中可以可以确保数据传输的可靠性和安全性，而且可以减少各部件之间的连线和节省人力、物力的投资，提高自动化水平。通过编译器软件生成的文件信息传输到MCS89S51单片机芯片中，通过CAN总线与主板进行信息的传输。具体过程：（1）按下楼层板的上行、下行、锁行或消防中的任何一个按钮，单片机将待发送的信息发送到发送缓冲区，CAN控制器启动发送命令，通过总线收发器将信息送至小总线上。主板收到总线发送的信号后，根据优先级和滤波等条件决定是否接收信息和响应。待主板响应后，发送中断给楼层板，楼层板接收到中断后，楼层板对接收的信息进行处理，通过输出指示灯表明信息已经响应。例如，如果是上行请求，则上行指示灯会亮。节能电梯的模拟控制研究11（2）同时，楼层还应完成当前轿厢楼层及轿厢的运行方向的显示功能。当电梯在工作时，主板控制器根据当前轿厢所在位置以及运行方向发送信息给楼层控制器。接收到总线中断后，通过接收信息的地址判别，得出是什么信号，通过数码管（采用驱动共阴极）显示所在楼层及运行方向。2.6本章小结在第二章当中，给出了基于单片机的电梯控制系统的系统结构框图，该设计所要完成的功能，并对系统主要功能模块方案选择进行论证以及器件的选择，以上各个模块实际电路将在下一章中设计。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）123电梯控制系统单元电路的设计3.1单片机最小系统RESET19P134P145P156P167P178T014T115INT012INT113X118X219EAVP31RXD10D8-10TXD11D8-11WR16RD15ALEP30P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0733P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728P10T1P11T2P123PSEN29AT89C51C130PC230PC3CapRESETSW-PBGNDVCCC4VCCRGNDP1.0P1.1P1.2P3.0P3.1P0.0P0.1P0.2P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.3STOPSTARTP3.2P3.3图3-1单片机最小系统单片机最小系统电路如图3-1所示，单片机采用ATMEL公司的AT89S51，晶体振荡器选12MHz，C1、C2为30p瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路。电容C3按键RESET构成上电复位和手动复位电路。3.2楼层电梯间电路如下图所示，此部分电路是提供给处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼请求。按键与单片机的P1.0-P1.5分别相连，指示灯通过P0.0-P0.5来控制。其中R52、R55、R56、R59、R60和R62是上拉电阻，其作用是保证按键未按下时，端口P1.0P1.5为高电位。当按键按下时，端口P1.0P1.5通过按键接地，使得.0P1.5节能电梯的模拟控制研究13变为低电平。各楼层电梯的升降选择按键均与单片机P1口连接，上升按键与P1口的P1.0P1.2连接，下降按键与P1口的P1.3P1.5连接。即由P1口可以读到电梯间升、降按键的状态。每个上升、下降按键均有一只发光二极管作为指示灯与之配合，发光二极管与PO口的P0.0P0.5连接。每个发光二极管通过一只阻值为470的限流电阻接电源(VCC)，这样流经发光二极管的电流约为75mA，有适当的亮度，同时单片机的端口在不加驱动的情况下可以承受。图3-2各个楼层控制电路3.3轿厢内电路电梯内电路如图3-3所示，提供给电梯内的乘客用户使用，四个目标楼层选择按键F1、F2、F3、F4和4个与之配合的发光二极管作为指示灯，即FS1、FS2、FS3和FS4。按键与P3口的P3.2P3.5连接，指示灯与P2口的P2.0P2.3相连。上拉电阻R11R14的作用同上。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:13-Dec-2011SheetofFile:C:UsershpDesktoplesson11.DdbDrawnBy:p2.4p2.5p2.6p2.7DLEDDLEDDLEDDLEDRRES2RRES2RRES2RRES2RRES2SSW-PBRRES2SSW-PBRRES2SSW-PBRRES2SSW-PBUGNDp2.0p2.1p2.2p2.3p3.4p3.5p3.2p3.3图3-3电梯内部控制电路RESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESSWSW-PBSWSW-PBSWSW-PBSWSW-PBSWSW-PBSWSW-PBSWSW-PBVDiodeVDiodeVDiodeVDiodeVDiodeVDiodeGNDGNDGNDGNDGNDGNDRESRESGND陕西科技大学毕业论文（设计说明书）143.4控制台电路控制台电路如下图3-4所示。发光二极管Power是电源指示灯，用以显示供电是否正常。采用共阴极数码管来显示当前楼层，采用74HC164数码管，CLK接单片机的RXD，A、B接单片机的TXD，CLR接5V电压，Q0到Q7接共阴极数码管，数码管公共端接地。STOP键和START键分别接单片机的P1.6和P1.7，上下指示灯分别接单片机的P0.7和P0.6。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:13-Dec-2011SheetofFile:C:UsershpDesktoplesson11.DdbDrawnBy:DLEDDLEDRRES2RRES2RRES2SSW-PBUGNDRRES2RRES2SSW-PBDLEDUGNDp0.6p0.7p1.7p1.6Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7BAclkclkUComponent_1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDSDPY_7-SEG_DP+5vRXDTXDUGND3.5楼层检测在本设计当中，光电传感器电路连接图如下所示：如图所示，D1，T1组成红外发射-接受对管，D1通电后发出红外信号，光槽若未挡住，T1将导通，比较器LM339输出低电平，光槽光线若被挡，T1截止，LM339输出高电平。利用电梯行至楼层标志处光槽光线被电梯遮挡所带来的电平变化发送到单片机P3.6计数即可实现楼层检测。3.6电动机驱动直流电动机驱动电路主要是用来控制直流电动机的转动方向，通过改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。采用L298N驱动，可根据PWM调节脉宽进行电机调速和正反转。由L298N内部电路无续流二极管对三极管进行保护，所以必须在外部接线OUT1，OOUT2，OUT3，OUT4加入续流二极管保护电路。L298N的输出电流为2A，最高电流为4A，最高工作电压为50V.一台用于电梯上升和下降，另台电机用于带动电梯门的开关。图3-4电梯控制台电路节能电梯的模拟控制研究151234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:13-Dec-2011SheetofFile:C:UsershpDesktoplesson11.DdbDrawnBy:RRES2DLEDRRES2RRES2QNPNAROPAMPRPOT2+5v+vccUGNDp3.6三三三三三三图3-5楼层检测电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:13-Dec-2011SheetofFile:H:三三lesson11.DdbDrawnBy:RRES2QNPNRRES2RRES2QNPNFFUSE1DDIODEDDIODEDDIODEDDIODEDDIODEDDIODEDDIODEDDIODEA-+MGA-+MGMOTORSERVOM1M2VSSVSIN1IN2IN3IN4EMAEMBSENSASENSBGNDOUT1OUT2OUT3OUT4UGND+5v+48vp2.6p2.7p2.4p2.5CCAPCCAPUGND图3-6电机驱动电路3.7报警部分如图3-7所示，此处利用两个常用三极管CS9013，连接成达林顿管结构，此电路与单片机P3.7相连。其中R为限流电阻，当电梯运行过程中出现故障停止，P3.7输出高电平，蜂鸣器报警，另外用户在电梯中如果遇到紧急情况也可按“HELP”直接报警求救。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）16DPhotoSen1KRRes2QNPNQNPNSSW-PBLSSpeakerFFuse11KRRes2GNDVCC+5VSSW-PBP0.0P1.0报报警警电电路路图3-7报警电路3.8本章小节在本章当中，给出了本次设计电梯控制系统的各项性能指标和所需器件的特性及主要参数，并分部份设计用硬件实现本设计各模块的详细方案，并结合方案出硬件电路图。节能电梯的模拟控制研究174软件设计由于本设计采用单片机实现控制，所以软件设计部份的程序编写用汇编语言来完成。其中主程序部分主要完成系统的初始化，如中断方式的设置，开中断，存储单元的清零等。在中断子程序中完成，按键查询等，其它的如数码管的显示，键盘的响应，转动电机的控制，延时等均由相应的子程序来完成。软件编程是实现多功能、智能化、操作方便的关键。在本设计中，可以把程序的各部分相互结合起来，达到完成各项设计的功能。软件设计思想：用开关作为电梯内部的请求按键，按键和单片机口连接，按键按下为低电平，将信号传送给单片机，单片机根据各口的信号进行处理，处理完毕后控制步进电机运动，实现电梯的上下运动，采用传感器确定电梯所在的楼层和电梯准确停止的位置，用七段数码管显示电梯所在的楼层，用LED灯显示电梯上下运动的状态。主流程图如图4-1所示.图4-1系统主流程图4.1课题的开发环境4.1.1电路图制作软件Altiumdesigner7.0陕西科技大学毕业论文（设计说明书）18AltiumDesigner7.0不断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。新增的库工具和各种新功能将AltiumDesigner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您的能力，让您能够在更短的“设计到制造”周期内生产更为尖端、更具创新性的电子产品。（AltiumDesigner完全取代了Protel）AltiumDesignerSummer08新增汇入AllegroPCB(.brd)的转文件功能。AltiumDesigner提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。AltiumDesigner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AltiumDesigner成为电子产品开发的完整解决方案一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。4.1.2S51的程序开发软件Keil单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。KeilS51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。4.2按键查询部分在本设计当中，键盘采用独立式按键，按键由P1口和P3.0-P3.3控制，采用定时器T1中断查询按键状态，当有键按下时，即转入相应功能程序。键盘程序流程图如图4-2所示：节能电梯的模拟控制研究19图4-2键盘查询程序流程图程序如下：定时器T1中断服务程序：按键状态检查TIME1：MOVTH1，#0ECH；每10s检查一次按键MOVTL1，#78HMOV6EH，AMOV30H，P1；读入所有按键状态MOV31H，P3JBP1.6，TIME11；若Stop键未按下则正常运行MOVR3，#0FFH；Stop键按下标志R3置非0数MOV20H，#0；清除全部电梯间上升请求MOV21H，#0；清除全部电梯间下降请求MOV22H，#0；清除全部电梯内目标楼层请求陕西科技大学毕业论文（设计说明书）20MOV30H，#0FFH；修改读入的按键状态使之为MOV31H，#0FEH；电梯内目标为一楼CLRTR1；并关闭T1不再读取按键TIME11：MOVA，30HCPLAANLA，#07H；取得电梯间上升请求ORL20H，AMOVA，20H；取得上升指示灯状态CPLA