毕业设计（论文）-基于单片机的电梯控制系统.doc

阳泉学院阳泉学院 毕毕业业设设计计说说书书 毕业生姓名毕业生姓名： 专业专业 ： 供用供用电电技技术术 学号学号 ： 指导教师指导教师 ： 所属系（部）所属系（部） ： 信息工程与自信息工程与自动动化系化系 二二一二年五月一二年五月 I 阳泉学院阳泉学院 毕业设计评阅书毕业设计评阅书 题目：题目： 基于单片机的电梯控制系统基于单片机的电梯控制系统 信息工程与自信息工程与自动动化化 系系 供用供用电电技技术术 专业专业 姓姓名名 赵晓赵晓云云 设计时间：设计时间：20122012 年年 3 3 月月 5 5 日日 20122012 年年 5 5 月月 4 4 日日 评阅意见：评阅意见： 成绩：成绩： 指导教师：指导教师： （签字）（签字） 职职 务：务： II 2012 年年 月月 日日 阳泉学院阳泉学院 毕业设计答辩记录卡毕业设计答辩记录卡 信息工程与自信息工程与自动动化化 系系 供用供用电电技技术术 专业专业 姓姓名名 赵晓赵晓云云 答答 辩辩 内内 容容 问问 题题 摘摘 要要评评 议议 情情 况况 记录员：记录员： （签名）（签名） 成成 绩绩 评评 定定 指导教师评定成绩指导教师评定成绩答辩组评定成绩答辩组评定成绩综合成绩综合成绩 注：评定成绩为注：评定成绩为 100 分制，指导教师为分制，指导教师为 30%，答辩组为，答辩组为 70%。 III 专业答辩组组长：专业答辩组组长： （签名）（签名） 2012 年年 月月 日日 i 前前 言言 随着人们生活水平的不断提高和国名经济的迅速发展。各 大城市建筑物在不断向高层化发展。电梯已成为我们生活中的 一部分。电梯是一种垂直运输设备，现已广泛应用于建筑设备和 工矿企业，是城市物质文明的标志之一。以年月日遭 受恐怖分子袭击摧毁的美国纽约前世界贸易中心为例，前世界 贸易中心大楼内安装有台电梯和台自动扶梯，每天运送 万人次上下班和万人次的来访与旅游，电梯是保证其正常运 行的重要设备电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备,更是一 种人们频繁.乘用的交通运输设备。因此电梯控制技术也在不断 的进步和完善，常用的控制技术主要的有两种技术：基于 PLC 控制和基于单片机控制两大技术。用 PLC 控制的电梯性能可靠、 稳定，但是造价太高。本文旨在根据实验条件和我们所学知识在 分析电梯逻辑的前提下，进行更为经济而有益的尝试，基于单片 机控制的电梯可以大大的降低成本而且运行也较可靠，所以现 在采用单片机控制来实现电梯的运行。 ii 摘摘 要要 电梯已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具，人们对电梯安全性，高效性， 舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。目前，在电梯上使用较广的是可编程序 控制，简称 PLC，而采用单片机的话在接口性能和计算速度等方面均有资源不足的 问题，仍然不能适应较复杂的控制算法和故障诊断等要求，但利用单片机控制电梯 具有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。 本文介绍了基于单片机的电梯控制系统，硬件部分主要由单片机最小系统模块、 电梯间电路模块、电梯内电路模块、楼层检测模块、电动机驱动模块、报警模块等 7 部分组成。该系统采用单片机（89C51）作为控制核心，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单片机，单片机控制电动机转动， 单片机根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。 软件部分使用汇编语言，利用中断方式来检测用户请求的按键信息，根据电梯 运行到相应楼层时，光电传感器产生电平变化，送到单片机计数来确定楼层数，并 送到数码管进行显示。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了四层电梯运行的 模拟。 关键词：AT89C51；电梯控制系统； iii Abstract The elevator has become a modern human life is widely used in transportation, people on the elevator safety, high efficiency, and the comfort the pursuit of promoted the progress of the elevator technology. At present, in the elevator is used more extensive is programmable control, hereinafter referred to as PLC and single- chip words in the interface properties and computing speed were the problem of insufficient resources, still cant adapt to the more complex control algorithm and the requirements of fault diagnosis, but using single-chip microcomputer control elevator with lower cost, versatility, flexible and is easy to realize the complex control, etc. This text primarily introduced Elevator control system that based on SCM (Single-Chip Microcomputer) control system and hardware from some of the major minimum system modules, elevator between circuit blocks, lift circuit module, floors detection module, the motor drive module, alarm module composed of seven parts. The system uses SCM (89 C51) as a core control, the use of internal and external strokes press the button or not arising from the level of change, as users request information sent to the microcontroller, motor control microcontroller rotation, the floor under the SCM Test results parked motor control in the target floor. Some use of assembly language software, the use of methods to detect interrupt the user requests the key information, according to the lift operation to the appropriate floor, a photoelectric sensor-level changes to the SCM count to determine the number of floors, and sent to the digital display. Hardware design is simple and reliable, the combination of software, basically a four-story elevator operation of the simulation. Key words: AT89C51; elevator control system iv 目目 录录 1 绪 论.1 2 系统功能介绍及方案论证.3 2.1 电梯的组成 .3 2.2 电梯控制系统组成框图及工作原理 .4 2.3 总体方案比较 .4 2.4 单元电路的设计与论证 .5 2.4.1 主控芯片选择.5 2.4.2 定位平层模块 .6 2.4.3 楼层显示模块 .6 2.4.4 声音提示模块 .6 2.4.5 电动机模块 .6 3 基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计.8 3.1 单片机最小系统 .8 3.2 各楼层电梯间电路 .10 3.3 电梯内电路 .12 3.4 控制台电路 .12 3.5 楼层检测 .16 3.5.1 光电传感器原理.16 3.5.2 光电传感器的选择.16 3.6 电动机驱动 .17 3.7 报警部分 .18 4 软件设计.19 4.1 按键查询部分 .20 4.2 楼层选择按键功能程序 .21 4.3 电机控制部分 .23 4.4 楼层检测及显示部分 .23 4.5 报警部分 .23 5 系统可靠性分析及抗干扰措施.25 5.1 破坏电梯设备的噪音来源 .25 5.2 抗干扰的措施 .25 5.2.1 把交流电线分开.25 5.2.2 减小分布电容.26 6 系统仿真.28 6.1 软件编译调试 .28 6.2 硬件仿真 .29 结 论.30 参考文献.31 致 谢.32 附录一：系统总设计图.33 附件二：楼层选择按键功能程序.35 附录三：按键查询.40 附录四：主程序清单.42 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 1 1 1 绪绪 论论 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。 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。 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 6m/s 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 8.5m/s 的超高速电梯。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 2 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 10m/s 的超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有 了很大的发展。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 3 2 2 系统功能介绍及方案论证系统功能介绍及方案论证 本章先简要介绍了电梯的组成及其电梯控制系统的工作原理，然后详细介绍了 基于单片机的电梯控制系统的方案设计。 2.12.1 电梯的组成电梯的组成 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。 本文主要是针对电梯控制系统所作的研究，采用单片机为主要元器件，实现对 电梯的模拟控制,画出设计相关电路图。在电梯控制系统的设计中，核心是电梯运行 的状态控制器的设计。 软件部分完成: 对各楼层用户按钮信号的检测和处理,按预定的运行规则和程序, 发出控制信号对电机进行调节,从而控制电梯的启停、速度；电梯运行所在楼层指示、 设有电梯所处位置指示装置以及电梯运行模式（上升或下降）指示装置、关门延时 设置、电梯到达有停站请求楼层，经过 1 秒电梯门打开，开门 4 秒后，电梯门关闭 （开门指示灯熄灭） ，电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前楼 层、每一层电梯的入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求 开关、超载报警、故障报警等。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 4 2.22.2 电梯控制系统组成框图及工作原理电梯控制系统组成框图及工作原理 单片机控制模块 电梯内电路电梯间电路 报警电路 电动机控制模块楼层检测 控制台电路 图 2-1 系统总原理图 该系统主要由单片机控制模块、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。 该系统以单片机控制模块核心，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单片机，单片机控制电动机转动， 到达目标楼层。楼层检测模块一般采用传感器，实时检测反馈给单片机，来确定的 电机的转停。报警模块作为电梯的求救系统。 2.32.3 总体方案比较总体方案比较 电梯的控制方案主要有三种：基点启控制、可编程控制器控制、微机控制。 基点启控制：过去电梯的电器控制大多采用继电器逻辑线路，这种硬布线的逻 辑控制方式具有原理简单，直观的特点，但是通用性差，布线成本高，操作麻烦， 对不同的楼层和不同的控制方式其原理图，接线图等必须重新绘制，且逻辑系统由 许多个触电组成，接线复杂，故障率高。因此，目前已经逐渐被淘汰。 可编程控制器控制：由于现代化办公大楼的出现，需要对电梯实现群控及智能 化管理，所以用微机对电梯实行控制成了未来电梯的发展趋势。由微机实现继电器 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 5 的逻辑功能，比继电控制有较人的灵活性，不同的控制方式可用相同的硬件，只是 软件各不相同，只要把按钮，限位开关，光电开关，无触电行程开关等电器元件作 为输入信号，把制动器，接触器等功率输出元件接到输出端，就算完成了接线任务。 层数变化，无需增减继电器和大量的布线困难。但是，微机控制的电梯需要解决运 行可靠性，排除干扰等方面的问题。干扰是影响整个系统安全，可靠性，稳定运行 的主要原因。例如电源的波动，电动机的启动，晶闸管的导通与截止，接触器的工 作等等。 微机控制：目前，在电梯上使用较广的是可编程序控制，简称 PLC，而采用单 片机的话在接口性能等方面均有资源不足的问题，不能适应较复杂的控制算法和故 障诊断等要求，但利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现 复杂控制等优点。 2.42.4 单元电路的设计与论证单元电路的设计与论证 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： 2.4.12.4.1 主控芯片选择主控芯片选择 方案一：多片单片机控制方案。这种方案是使用多片单片机，其中一片是作为 主控制器，另外设置了轿厢控制系统，每层的控制系统分别由一个单片机控制，然 后通过主控制器和副控制器之间的通讯，实现电梯系统的控制。这种方案的控制系 统的结构简单明了，各个系统之间相互独立便于维护和修检。所以根据功能要求需 要选用 5 片 AT89C2051 单片机就可以实现该电梯的功能。不过单片机之间的通讯较 多，在目前通讯是个难点，可能导致电梯运行过程不够稳定。 方案二 ：采用 CPLD 器件作为控制中心，对整个系统的运作进行统一管理， 但这种方案要求平时有很多的知识积累和较强的专业水平，实现起来比较困难且器 件较贵，不符合经济要求，而且升降电机的控制，运行时间的测量、显示等还需要 单片机的配合。 方案三：一片单片机为主控制器的方案。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，并对以上所有信号进行处理。 这种方案的控制系统相对复杂，只适用于较简单的电梯控制系统，因为这次的设计 的内容是 5 层电梯控制系统，所以选用这种方案。单片机技术目前较为成熟，自身 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 6 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。 权衡以上方案的分析，采用方案三。 2.4.22.4.2 定位平层模块定位平层模块 此处采用红外发射接收管检测电梯层数。在竖井各个楼层设置红外发射对管。 当接通电源时，红外线发射管不断发射红外线，当轿厢运动到特定位置（即楼层位 置） ，红外线接收头接收到红外线输出发生变化，单片机通过红外线接收头输出的变 化知道电梯轿厢的位置。该传感器的响应时间为 2.5ms，且体积小、功耗低、容易 安装。 2.4.32.4.3 楼层显示模块楼层显示模块 方案一：采用点阵式液晶显示器（LCD）显示各种相关数据以及信息。点阵式 液晶显示器属于低功耗器件，但其价格较贵。 方案二：数码管是一类价格便宜 使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电 流，使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的 参数的器件。楼层显示部分用一只数码管，显示电梯当前所在的楼层。CD4511 作 为译码器，它是一个用于驱动 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器， 特点如下：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路 能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。采用传统的 7 段数码管（LED）显 示电梯实时所到的楼层。虽功耗大，但其软件驱动简单，硬件电路调试方便，价格 便宜，亮度大，能满足本设计的要求。CD4511 的详细资料见附录 以上两种方案中，选择方案二。 2.4.42.4.4 声音提示模块声音提示模块 采用蜂鸣提示音提示当轿箱到达所需的楼层时，蜂鸣器响，提示乘客到达了所 需的楼层，另外可以作为紧急停止时的报警提示信号，其软件驱动、硬件电路调试 非常简洁方便，而且价格便宜，能满足本设计的要求。 2.4.52.4.5 电动机模块电动机模块 方案一：电机选用直流电机。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 7 驱动部分采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。 但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。再加上一般 电动机的电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难。更为主 要的问题是一般电动机如直流电机很难使其立即停止，达不到电梯的在定点停止的 效果。 方案二：直接用步进电机及其驱动器 BY-2HB03M。 直流电机在断电的时候很难控制其速度，容易出现电机不能快速停止的情况。 用步进电机再加上程序控制基本上可克服上述困难。 但是基于本设计只是对电梯运行状况的模拟而已，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，所以选择直流电机及常用的 H 桥式驱 动，就可以实现电梯上升与下降的模拟。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 8 3 基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计 3.13.1 单片机最小系统单片机最小系统 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 U1 AT89C51 X1 C1 30P C2 30P C3 22u RESET VCC P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 ST OP ST ART P1.0 P1.0 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P3.0 P3.1 P3.3 P3.2 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 VCC 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 AT89C51，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。 此处选用最常用的 AT89C51，是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位 微处理器，俗称单片机。89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单 片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造 技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器， 89C 单 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 9 片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如 下图所示： 89c51 单片机引脚介绍： 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 图 2-2 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 10 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。 89C51 单片机的结构特点： 8 位 CPU； 片内振荡器和时钟电路； 32 根 I/O 线； 外部存贮器寻址范围 ROM、RAM64K； 2 个 16 位的定时器/计数器； 5 个中断源，两个中断优先级； 全双工串行口； 布尔处理器； 3.23.2 各楼层电梯间电路各楼层电梯间电路 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 P1.0P1.5 变为低电平。电容 C51C56 的作用是消除抖动和抗干扰。各楼层电梯间 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 75 mA，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。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 11 图 3-3 一层按键电路 图 3-4 二层按键电路 图 3-6 四层按键电路 图 3-5 三层按键电路 R51 470 UP1 LE DC51 R52 10K P0.0 P1.0 UPA 1 +5 UP2DOWN2 C52C53 R53 470 R54 470 P0.1 P0.3 R55 10K R56 10K P1.3 P1.1 DOWNA2UPA2 +5 UP3DOWN3 C52C53 R57 470 R58 470 P0.2 P0.4 R59 10K R60 10K P1.4 P1.2 DOWNA3UP3 +5 R61 470 DOWN4 C51 R62 10K P0.5 P1.5 DOWN4 +5 UP2DOWN2 C52C53 R53 470 R54 470 P0.1 P0.3 R55 10K R56 10K P1.3 P1.1 DOWNA2UPA2 VCC 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 12 3.33.3 电梯内电路电梯内电路 电梯内电路如图 3-7 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 P3.0P3.3 连接，指示灯与 P2 口的 P2.0P2.3 相连。上拉电阻 R11R14 和电容 C41C14 的作用同上。 R11 10K R12 10K R13 10K R14 10K C11 C12C13C14 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 VCC R16 470 R17 470 R18 470 R19 470 FS1FS2FS3FS4 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 F1F2F3F4 3.43.4 控制台电路控制台电路 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。 楼层显示部分用一只数码管，显示电梯当前所在的楼层。CD4511 作为译码器， 它是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点 如下：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提 供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。 图 3-7 电梯内电路 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 13 以下是 CD4511 的详细资料： 图 2-3 CD4511 的引脚图 1.引脚功能： BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码 管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状 态如何，七段数码管均发亮，显示“8” ，用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出，LE=1 时，译码器是锁定保持状 态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端 a,b,c,d,e,f,g:译码输出端，输出高电平有效。 2.CD4511 的工作原理 （1）锁存功能：译码器的锁存电路由传输门和反相器组成，传输门的导通与截 止由控制端 LE 的电平状态决定。当 LE 为“1”时，此时有锁存作用。 （2）译码： CD4511 译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端 与非门对输入数据 B、C 进行组合，得出、四项，然后将输入的数据 A、D 一起用或非门译码。如图 2-4 。 （3）消隐：BI 为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使 B 端输出为低电平， 字形消隐。消隐输出 J 的电平为 J= =（C+B）D+BI 如不考虑消隐 BI 项，便 得 J=（B+C）D，据上式，当输入 BCD 代码从 1010-1111 时，J 端都为“1”电平， 从而使显示器中的字形消隐。 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 14 输入输出 LEBILIDCBAabcdefg 显示 XX0XXXX11111118 X01XXXX0000000 消隐 011000011111100 011000101100001 011001011011012 011001111110013 011010001100114 011010110110115 011011000111116 011011111100007 011100011111118 011100111100119 01110100000000 消隐 01110110000000 消隐 01111000000000 消隐 01111010000000 消隐 01111100000000 消隐 0111111000000 消隐 111XXXX 锁 存 锁存 图 2-4 CD4511 的真值表 8421BCD 码对应表 控制台电路如下图所示。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 CD4511 作译码器，LE 接 VCC， 译码器处于锁存状态。经 R31R37(阻值为 470)对数码管限流。 UP、DOWN 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 15 两只发光管用来显示电梯运行的方向。START 与 STOP 分别与单片机的 P1.6、P1.7 连接，用来控制电梯的起停。如图 3-9 所示，CD4511 的 A0-A3 分别与 P3.4-P3.7 相 连，R31-R37 为限流电阻。 图 3-8 电梯控制台电路 A1 1 A2 2 A3 6 A0 7 OUT A 13 OUT B 12 OUT C 11 OUT D 10 OUT E 9 OUT F 15 OUT G 14 LT 3 BL 4 LE 5 CD4511 R31 R32 R33 R34 R35 R36 R37 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DISP VCC POWERC41C42 R41 10K R42 10K R45 470 VCC R43 470 R44 470 UPDWON P0.7 P0.6 ST OPST ART P1.6 P1.7 图 3-9 电梯控制台显示 电路 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 16 3.53.5 楼层检测楼层检测 在当下检测技术多种多样，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。 3.5.13.5.1 光电传感器原理光电传感器原理 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。 3.5.23.5.2 光电传感器的选择光电传感器的选择 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- 310 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 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 17 反向耐压 VBR(CEO)=20V 光电流 IL 为 2 至 3mA 响应时间 tr3us，tf4us 在本设计当中，光电传感器电路连接图如下所示： 5 4 2 312 U2A LM339 R2 10k R3 10k R? POT 2 +5 VCC P2.6 D1 T1 R1 300 如图 3-12 楼层检测电路所示，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 P2.6 计数即可实现楼层检测。 3.63.6 电动机驱动电动机驱动 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。电路采用功率三级管 8050 和 8550， 以满足电动机启动的瞬间的大电流要求。如图所示输入端分别与单片机 P2.4 和 P2.5 相连，电梯上升时， P2.4 输出为低电平，P2.5 输出为高电平，晶体管功率放大器 VT3，VT2 导通，VT1，VT4 截止。VT3，VT2 与直流电动机一起形成回路，驱动 电机正转。电梯下降时，P2.4 输出为高电平，P2.5 输出为低电平，晶体管功率放大 器 VT3，VT2 截止，VT1，VT4 导通，VT1，VT4 与直流电动机形成回路，驱动电 动机反转。4 个二极管起到保护晶体管的作用。功率晶体管采用 TP521 光耦器驱动， 图 3-12 楼层检测电路 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 18 将控制部分与电动机驱动部分隔离。光耦器的电源为+5V，H 型驱动电路中的晶体 管功率放大器 VT3，VT1 的发射极所加电源为 12V。 3.73.7 报警部分报警部分 如图 3-13 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 P2.7 相连。其中 R 为限流电阻，当电梯运行过程中出现故障停止， P2.7 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。 图 3-13 报警电路 R5 1k CS9013 NPN CS9013 NPN SPEAKER +5 P2.7 HEL P 阳泉学院阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 19 4 4 软件设计软件设计 由于本