基于单片机控制的电梯控制器.doc

单片机原理与应用技术单片机原理与应用技术 课程设计报告（论文）课程设计报告（论文） 题目题目: :基于单片机控制的电梯控制器基于单片机控制的电梯控制器 专业班级： 应 教 042 班_ 姓 名：_ 殷 亚 兵_ 时 间：2007.11.122007.11.30 指导教师：孔晓红 苗青林 邵峰_ 2007 年 11 月 30 日 电梯控制器课程设计任务书 1设计目的与要求 设计出一个用于控制灯的控制器。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所 设计的电路具有以下功能： （1）显示:本设计要求实现 6 层控制，实时显示电梯所在楼层位置。 （2）升降控制:采用一台电动机的正反转来实现电梯的升降。 （3）具备不可逆响应的功能:电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫， 任何反方向呼叫均无效。 （4）可增加人性化的按键语音服务功能。 （5）可增加遥控或感应操作功能。 2设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH 文件生成与打印输出； 3编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 4答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 目录目录 1 引言1 2.总体设计方案1 2.1 设计思路1 2.2 系统总体设计方框图1 3.电路设计原理分析1 3.1 楼层到位校验电路2 3.2 电梯正反转控制电路2 3.3 内外呼叫按键电路和显示电路3 3.4 系统软件设计3 4.结束语5 参考文献6 附录一 7 附录二 8 1 基于单片机控制的电梯控制器基于单片机控制的电梯控制器 应教 042 班 殷亚兵 摘要：摘要：本设计基于单片机来控制电器中各部分的使用，采用 LED 来实时显示楼层的位置及方向，采用固态继电 器控制接触器线圈以控制三相电机的正反转，采用精确的红外对管来准确校验电梯的位置。 关键词：关键词： 单片机 AT89S51 红外发射-接收对管 LED 显示 电机正反转控制 楼层校验 固态继电器 1 引言 随着国内经济的发展及人口向都市集中,使都市的建筑物普遍朝高层化发展。电梯在我们的 生活中起着举足轻重的作用。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。交流电梯是采用交流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, 保护连锁触点多。电气线路复杂.维护工作量大,可靠性稍差。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。由于早期的电梯继电器控制 方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一 种安全、高效的控制方式。采用单片机构成控制系统,不但可以大大降低成本,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。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 本次设计的基本思想是采用 AT89S51 单片机作为核心，配以适当接口作为输入输出通道。 采用精密红外发光对管作为检测电路对电梯的桥厢位置进行准确定位校验，以保证能够精确的 平层定位。采用独立式键盘电路作为外呼内选呼叫控制。利用交流接触器控制电动机正反转从 而控制电梯的上升与下降，为了实现无触点控制和实现光电隔离，采用固态继电器对交流电机 进行控制。采用 8 位 LED 静态显示电路用来实时显示轿厢所在的位置，并用 74LS164 作为显示 电路的驱动部分。当电梯到达要求的楼层时，电机停止运行并进行服务。由于设计中要求有不 可逆控制，当电梯上升或下降过程中，只响应同方向的呼唤响应。 2.2 系统结构设计框图 本控制系统由六个部分组成，其中以 AT89S51 单片机作为核心，配以适当接口作为输入输 出通道。采用独立键盘作为外呼内选呼叫控制。利用电动机的正反转控制电梯的升降，LED 显 示电路显示轿厢所在的位置，用 74LS164 作为驱动部分，其结构方框图如图 1 所示。 图 1 总结构框图 AT89C51 楼层 LED 显示 电路 复位电路 时钟电路 电梯正反转控 制电路 楼层位置校验 电路 内、外呼叫按 键电路 拖动系统 2 3.设计原理分析 3.1 楼层到位校验电路设计 该电路是由六个红外发光对管组成的，电路有较好的抗干扰能力，但反应速度较慢，电路 较复杂。把它们的六个接口接在单片机的 P2 口，由单片机的输出信号来控制光电传感器，传感 器来辨别楼层显示电路显示是不是正确。实际应用中把红外发射管安装在厢体内。在每层放置 一个红外接收头，在厢体上下运动过程中，红外发射管不断发射红外线，当厢体运行到特定位 置时，红外接收头接收到红外线，使其输出发生变化，通过单片机过程控制，使电梯做出相应 响应，停止或响应显示楼层。其原理图如图 2 所示： A2 +5V G2 R11 R22 图 2 红外发光对管原理图 3.2 电梯正反转控制电路设计 电梯的升降运行采用固态继电器对交流电机的正反转进行控制，它可实现无触点控制和实 现光电隔离，以避免电机与控制电路之间的相互干扰，具有开关速度快，工作频率高，无机械 噪声等优点。此外其原理简单，易控制，带负载能力强。当单片机的 P2.7 口送出高电平时，三 极管 V1 导通，固态继电器 SSR1 输出相当于通路，电源给负载供电，此时 KM1 线圈通电，则 使交流接触器主触点 KM1 闭合，电动机正转。电梯上升。当单片机 P2.6 口送出高电平时，三 极管 V2 导通，固态继电器 SSR2 输出相当于通路，电源给负载供电，此时 KM2 线圈通电，则 使交流接触器主触点 KM2 闭合，电动机实现反转，使电梯下降。原理图如图 3： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:29-Nov-2007Sheet of File:D:123殷殷殷殷.ddbDrawn By: V2 V1 R33 5.1K R3220K R34 5.1K GND GND SSR2 SSR1 KM1 KM2 220V 220V R3220K 5V P2.7 P2.6 图 3 电机的正反转控制电路 3.3 电梯内外呼叫按键电路和显示、校验电路设计 3.3.1 内外呼叫信号扫描 电梯控制中首先要了解电梯运行和位置情况，这可以通过光电传感器接收的信号得知。还 3 要及时了解轿厢内指令和各层呼叫情况，进行逻辑分析和判断，既进行选层操作，才能正常运 行。该按键电路大致分为两路按钮，第一路为各楼层的呼叫按钮，第二路为电梯桥厢内表示要 到达楼层编号的按钮。此处用的是独立式键盘，也可以用行列式键盘。就呼叫操作来看，任何 一个内部或外部呼叫按键对单片机来说都可以认为是一个开关输入点，单片机要不段循环查询 来取得外部呼叫开关的闭合情况，一旦发现有闭合，既说明有请求，则记录这个呼叫。由外呼 叫信号给出呼叫信号，控制系统显示轿厢所在的位置并与呼叫楼层进行对照，同方向还是反方 向。若是同方向，直接运行到呼叫层。若是反方向，改变方向到呼叫层。在方向上以同方向呼 叫优先，同一方向有多个按键呼叫时优先响应最近的楼层。 3.3.2 楼层显示电路 该部分电路由 74LS164 作为静态显示器接口，其中 74LS164 是串行输入、并行输出的移位寄 存器，并带有清除端。静态显示的优点是显示稳定，显示亮度大，仅在需要更新显示 CPU 内容 时才执行显示更新程序，大大节省了 CPU 的运行时间。LED 数码管用做具体的显示。单片机应 用系统中使用的显示器为发光二机管显示电路，与单片机接口方便。发光二机管的阳极接在一 起，称为共阳极显示器，一位显示器有 8 个发光二极管组成，可显示 09 号数字。该电梯电路 通过单片机汇编过程控制，可输出 16 号指示。楼梯外各层用一个数码管显示所在的楼层号。 楼梯内用一个数码管显示楼层所在的位置，与楼梯外数码管功能相同。七个楼层号数码管串联， 以使楼内楼外同步显示。控制信号由单片机 AT89S51 的串口 RXD TXD 输出。其楼层显示电路 如图 4 所示： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:29-Nov-2007Sheet of File:D:123殷殷殷殷.ddbDrawn By: c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED1 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED2 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED3 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED4 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U1 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U2 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U3 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U4 74LS164 GND D3D2D1 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED5 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U5 74LS164 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED6 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U6 74LS164 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LED7 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U7 74LS164 VCC VCC RXDTXD 图 4 楼层显示电路 3.4 系统软件设计 控制系统软件在硬件支持下运行，控制系统进行相应的控制。因电梯控制系统实时采集数 据量较少，使用了 AT98C51 片内 RAM 来安排呼叫信号的记录，判断输出状态。其中按键电路 用到了 P0 口和 P1 口,楼层校验电路用到 P2 口,显示用到了 P3 口的 RXD 和 TXD 端口。 3.4.1 各端口的基本功能如下： 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 一次写时，被定义为高阻输入。 P1 口、P2 口和 P3 口：这三个端口是内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能 4 接收输出 4 个 TTL 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。P3 口也可作一些特殊功能口，如下 所示： 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（定时器 0 外输入） P3.5 T1 定时器 1 外输入） 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） 。 3.4.2 整个软件系统分几个大部分： (1)初始化程序 初始化程序是队存储的初始状态，堆栈指针以及所使用的可编程接口 8051 和 74LS164 进行 初始化，初始化时 ，要根据硬件连接的设计要求，软件流程图如下图 5： 运行主程序 这是程序运行的主要程序段，其主要功能有： 判断电梯所在的位置，根据呼叫情况决定电梯的运行。 控制有关的功能开关。进行相应的处理。 判断电梯所在楼层并进行相应显示。 N Y 开始 初始化 寻找基站 有司机？ 外呼内选运行 自动选层运行 电梯各种控制功能检测处理 图 5 软件初始化流程图 5 软件电路的整体设计流程图如图 6 所示： 图 6 电梯主程序简要流程图 4 结束语 通过这次单片机的实习，我感觉我在理论知识和实践能力都有了很显著的提高，同时我也 深深的感到自己独立做一件事情的艰辛.刚开始整日埋头于电路程序的分析、设计、组装、绘制、 仿真、总结及打印材料等工作中，一开始真不知从何入手，短短几天内，在各位老师的耐心指 导和同学的帮助之下，开始在脑海里有了大致的模块，就这样整天埋在图书馆，有时候遇到许 多坎坷,但通过上网和图书馆查找各方面的资料,慢慢的也开始有点思路,在同学的帮助之下,也 开始了自己的设计之路.面对电脑搜索资料，一点点，一块块的电路慢慢拼成完整的电路经过一 次次的反复修改终于设计出了属于自己的程序和电路,虽然还有诸多不足之处,不过使自己真正的 体会到了探索事物的奥秘的快乐,同时自己也更深入的了解到了单片机的巨大的潜力，虽然有的 时候可能遇到了一些困难，但是我最终解决了，我也会感觉到成功给我带来的喜悦，我知道我 在专业知识上的掌握还是远远不够的，我还要更加努力的去学习，提高自己了实践能力，这次 实习过程中指导老师给了我很大的帮助， ，他们还忙里抽闲，每天都到实习室给我们做指导，给 我们买实习用的器材，我真的非常感谢他们。 现运行方向？ 到顶层？ 到底层？ 呼叫是同方向？ 呼叫同方向？ 向？ 下至目的站 上至目的站 启动下行启动上行 检查楼层总指示 开门 N N N 换向换向 Y Y Y Y up down N 6 参考文献 1 叶挺秀. .应用电子学. .杭州：浙江大学出版社，1994 2 朱承高. .电工及电子技术手册. .北京：高等教育出版社，1990 3 蔡振江.单片机原理及应用.电子工业出版社,2007.2 4 李朝青.单片机原理及接口技术 .北京:北京航空航天大学出版社，1994.11 5 李广弟.单片机基础 。北京.北京:北京航空航天大学出版社，1997.7 6 曹巧媛.单片机原理及应用.大连.大连理工大学出版社.1996.5 7 陈光东.单片微型计算机原理与接口技术.武汉:华中科技大学出版社 8 沈德全.mcs51 单片机接口电路与应用实例.北京:北京航空航天大学出版社 9 楼然苗.51 系列单片机设计实例v 北京航空航天出版社， 2003.3 10 唐俊翟.单片机原理与应用.冶金工业出版社， 2003.9 11 何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天出版社， 1995 12 张 凯.MCS-51 单片机综合系统及其设计开发.科学出版社，1996 附录 7 附录一 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:29-Nov-2007Sheet of File:D:123殷殷殷殷.ddbDrawn By: P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 ALE /PROG 30 PSEN 29 EA/VPP 31 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5/MOSI 6 P1.6/MISO 7 P1.7/SCK 8 REST 9 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL 2 18 XTAL 1 19 GND 20 U0AT89S51 CRY 12MH z C1 33PF C2 33PF c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D1 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D2 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D3 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D4 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U1 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U2 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U3 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U4 74LS164 GND D3D2D1 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D5 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U5 74LS164 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D6 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U6 74LS164 c 1 d 2 g 10 e 4 dp 5 b 6 a 7 f 9 8 LE D7 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U7 74LS164 C3 22uF R30 10K RESET S17VCC GND R29 200 R13 4.7K R14 4.7 R15 4.7K Q2 8550 R16 4.7K VCC R17 4.7K GND R18 4.7K 1 2 5 34 KM1 R19 4.7K JD QI R20 4.7K JDB JDK JDG L10R171K D8 IN4007 S1S2S3S4S5S6S7S8 GND R21 4.7K R22 4.7 R23 4.7K R24 4.7K R25 4.7K R26 4.7K R27 4.7K R28 4.7K S9S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 V2 V1 R31 20K R33 5.1K R32 20K R34 5.1K GND GND G6 G5 G4 G3 G2 G1 R7 1K R8 R9 R10 R11 R12 R6 1K R5 R4 R3 R2 R1 F6 F5 F4 F3 F2 F1 GND SSR2 SSR1 Vcc KM1 KM2 220V 220V VCC VCC F6 F5 F4 F3 F2 F1 图 7 电梯控制总电路图 8 附录二 汇编程序 Y0 BIT P2.5 Y1 BIT P2.4 Y2 BIT P2.3 Y3 BIT P2.2 Y4 BIT P2.1 Y5 BIT P2.0 Y6 BIT P0.5 Y7 BIT P0.4 Y8 BIT P0.3 Y9 BIT P0.2 Y10 BIT P0.1 Y11 BIT P0.0 N0 BIT P1.5 N1 BIT P1.4 N2 BIT P1.3 N3 BIT P1.2 N4 BIT P1.1 N5 BIT P1.0 ;-楼层位置扫描:- ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN:MOV R2,#01 JNB Y0, liuc NOP MOV R2,#02 JNB Y1, liuc NOP MOV R2,#03 JNB Y2, liuc NOP MOV R2,#04 JNB Y3, liuc NOP MOV R2,#05 JNB Y4, liuc NOP MOV R2,#06 JNB Y5,liuc AJMP MAIN ;-外部楼层呼叫:- liuc:JB y5,five 9 MOV A,#06 ACALL XH liuh:JB y11,wuh ;六层呼叫 ACALL ting ACALL liux fiv:LJMP wuc wuh:JB P0.1,sih ;五层呼叫 CLR xia JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liua sih:JB P0.2,sanh ;四层呼叫 CLR xia JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH JB P2.2,$ MOV A,#04 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liub sanh:JB P0.3,erh ;三层呼叫 CLR xia JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH JB P2.2,$ MOV A,#04 ACALL XH JB P2.3,$ MOV A,#03 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL lium erh:JB P0.4,yih ;二层呼叫 CLR xia JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH 10 JB P2.2,$ mov A,#04 ACALL XH JB P2.3,$ MOV A,#03 ACALL XH JB P2.4,$ mov A,#02 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liun yih:JB P0.5,liuh ;一层呼叫 CLR xia JB P2.1,$ mov A,#05 ACALL XH JB P2.2,$ mov A,#04 ACALL XH JB P2.3,$ Mov A,#03 ACALL XH JB P2.4,$ mov A,#02 ACALL XH JB P2.5,$ movA,#01 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liuj wuc: JB P2.1,four; 五层状态 MOV A,#05 CALL XH liuk:JB P0.0,wuk; 六层呼叫 CLR shang JB P2.0,$ mov a,#06 ACALL XH SETB shang ACALL ting ACALL liux 11 four: LJMP sic wuk:JB P0.1,sik; 五层呼叫 ACALL ting ACALL liua sik:JB P0.2,sank ; 四层呼叫 CLR xia JB P2.2,$ MOV A,#04 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liub sank:JB P0.3,erk ; 三层呼叫 CLR xia JB P2.2,$ MOV A,#04 ACALL XH JB P2.3,$ MOV A,#03 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL lium erk:JB P0.4,yik; 二层呼叫 CLR xia JB P2.2,$ MOV A,#04 ACALL XH JB P2.3,$ MOV A,#03 ACALL XH JB P2.4,$ MOV A,#02 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liun yik:JB P0.5,liuk; 一层呼叫 CLR xia JB P2.2,$ 12 MOV A,#04 ACALL XH JB P2.3,$ MOV A,#03 ACALL XH JB P2.4,$ MOV A,#02 ACALL XH JB P2.5,$ MOV A,#01 ACALL XH SETB xia ACALL ting ACALL liuj ;= ; 四层状态 sic: JB P2.2,three MOV A,#04 ACALL XH liuq:JB P0.0,wuq; 六层呼叫 CLR shang JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH JB P2.0,$ MOV A,#06 ACALL XH SETB shang ACALL ting ACALL liux three: LJMP sanc wuq:JB P0.1,siq; 五层呼叫 CLR shang JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH SETB shang ACALL ting ACALL liua siq:JB P0.2,sanq ;四层呼叫 ACALL ting ACALL liub 13 ;= ; 三层状态 sanc:JB P2.3,two MOV A,#03 wup:JB P0.0,sip; 六层呼叫 CLR shang JB P2.2,$ MOV A,#04 ACALL XH JB P2.1,$ MOV A,#05 ACALL XH SETB shang ACALL ting ACALL liua ACALL XH wup:JB P0.1,sip; 五层呼叫 CLR s