基于单片机的模拟电梯系统设计毕业设计论文.doc

丽水学院丽水学院 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题题 目目 基于单片机的模拟电梯系统设计基于单片机的模拟电梯系统设计 院院 别别 工工 学学 院院 班班 级级 自自 动动 化化 09 二 一三年四月二日 基于单片机的模拟电梯系统设计 专业 自动化 班级 自动化 09 姓名 吴惠彬 指导老师 凌忠兴 摘要 单片机即单片微型计算机 Single Chip Microcomputer 是集 CPU RAM ROM 定时 计数和多种接口于一体的微控制器 其中 51 单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 1 广泛应用于各个领域 电梯是集机械原理应用 电气控制技术 微处理器技术 系统工程学等多学 科和技术分支于一体的机电设备 它是建筑中的永久垂直交通工具 本文使用单片机 C 语言进行编 程 实现运送乘客到任意楼层 并且显示电梯的楼层和上下行 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 关键词 单片机 电梯 C 语言 Elevator simulation system based on single chip design Major automatic class automation 09 name Wu Huibin Instructor Ling Zhongxing Abstract scm is the Single Chip Microcomputer Single Chip Microcomputer is a set of cpu ram rom timing count and various interface which integrates the micro controller 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 2 Including 51 single chip microcomputer as the most typical and most representative of all kinds of single chip microcomputer a widely used in various fields The elevator is set machinery principle application electrical control technology and microprocessor technology systems engineering and other multi disciplinary branch in the integration of mechanical and electrical equipment and technology it is the construction of permanent vertical transport Using single chip microcomputer C language programming realize the ferry passengers to any floor TDD and display the elevator floor and has Using single chip microcomputer control elevator has low cost versatility and flexibility big and easy to realize complex control etc Keyword Single chip microcomputer the elevator The C language 目 录 引 言 5 第一章 电梯系统的方案设计 6 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 3 1 1 系统设计阐述 6 1 2 系统设计任务 6 1 3 系统功能设计 6 1 4 系统方案论证 6 第二章 电梯系统控制电路设计 8 2 1 单片机 STC89C52 的介绍 8 2 1 1 单片机 STC89C52 的特点 8 2 1 2 单片机 I O 口的配置 11 2 2 按键电路的设计 12 2 3 数码管显示电路的设计 12 2 4 电梯模拟指示灯的设计 13 2 5 蜂鸣器电路的设计 13 2 6 电源电路的设计 14 2 6 1 稳压电路的介绍 14 2 6 2 稳压芯片的介绍 15 2 7 H 桥驱动电路的设计 16 2 7 1 光耦的介绍 16 2 7 2 H 桥驱动电路的介绍 17 第三章 电梯系统的控制程序设计 19 3 7 程序流程图 19 3 7 1 主程序流程图 19 3 7 2 中断程序流程图 19 3 7 3 电梯运行流程图 20 第四章 系统的调试 21 4 1 系统调试过程 21 4 1 1 软件调试 21 4 1 2 系统仿真 21 4 1 3 硬件调试 21 4 2 系统调试成果 22 结束语 25 参考文献 26 致谢 27 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 4 附录一 系统电路总图 28 附录二 PCB 图 29 附录三 源程序 30 引 言 现代人们的生活水平显著提高 科学技术的发展越来越快 因此电梯在我们的生活中的作用越 来越大 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 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 5 电梯厂也在不断的改进设计 修改工艺 电梯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 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 所以现在电梯控制中大多数采用单片机控制 8 本设 计是使用宏晶公司的 STC89C52RC 加外围器件作控制单元 用数码管显示 制作的经济实惠的电梯 模拟系统 硬件部分主要由单片机最小系统模块 按键模块 电动机驱动模块 报警模块 楼层显 示模块 电源模块等 6 部分组成 该系统采用单片机作为控制核心 芯片一旦检测到某楼层的按键 被按下 就会在对应端口驱动电机来到该楼层 并延迟几秒 等人进入电梯后 关门 去到要去的 楼层 在整个过程中 数码管会显示楼层数 最小系统为单片机提供时钟信号和复位功能 单片机 控制电动机转动 控制电梯停在目标楼层 电动机控制部分采用 H 桥驱动 软件使用单片机 C 语言 利用中断方式来检测用户请求的按键信息提供给单片机信号来确定要到楼层数 之后送到数码管进 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 本设计是使用宏晶公司 的 STC89C52RC 加外围器件作控制单元 用数码管显示 制作的经济实惠的电梯模拟系统 芯片一 旦检测到某楼层的按键被按下 就会在对应端口驱动电机来到该楼层 并延迟几秒 等人进入电梯 后 关门 去到要去的楼层 在整个过程中 数码管会显示楼层数 最小系统为单片机提供时钟信 号和复位功能 第一章 电梯系统的方案设计 1 1 系统设计阐述 电 源 5V9V 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 6 图 1 1 模拟电梯系统组成框图 本次设计采用 STC89C52 单片机为核心 晶振电路跟复位电路是单片机最小系统的组成 晶振 电路用外部时钟电路和单片机内部振荡电路位单片机提供时钟脉冲 复位电路采用手动复位电路为 单片机提供复位动作 判断按键电路引起电平的改变发送到单片机 通过单片机输出信号控制电机 控制电路 报警电路 显示电路和灯光模拟电路 此次灯光模拟是模拟电梯的上下行和开关门状态 电源模块是分别给单片机和 H 桥驱动电机供电 1 2 系统设计任务 此次设计的任务是用单片机模拟电梯的运行状态 用电机模拟现实中电梯运行时带动电梯的上 升与下降 用发光二极管来模拟电梯中的开关门和上下行 用数码管显示并模拟电梯所在位置 电 源模块中的 9V 电压与 5V 电压分别模拟驱动大功率电机和小功率芯片 1 3 系统功能设计 此次设计的功能就是实现人在现实中使用电梯时的部分功能 当我们需要乘坐电梯时 会在 门外召唤电梯 当电梯到达人所在楼层后 电梯开门 人进入电梯 然后选择要到达的楼层 之后 电梯开始关门 然后运行到所需楼层 所以 这次设计用按键代替门内召唤和门外召唤按钮 数码 管显示并模拟电梯的运行状态 1 4 系统方案论证 此次设计驱动电机部分有以下两种方案 方案一 驱动电机可以用 L298n 驱动芯片驱动 该芯片采用 15 脚封装 主要特点是 工作电压高 最 高工作电压可达 46V 输出电流大 瞬间峰值电流可达 3A 持续工作电流为 2A 额定功率 25W 内 含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动器 可以用来驱动直流电动机和步进电动机 继电器线圈等 感性负载 采用标准逻辑电平信号控制 具有两个使能控制端 在不受输入信号影响的情况下允许 STC89C52 单片机 按键输入 电机驱动 LED 数码管显示 复位电路 晶振电路 灯光模拟 蜂鸣器报警 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 7 或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端 使内部逻辑电路部分在低电压下工作 可以外接检测电阻 将变化量反馈给控制电路 使用 L298N 芯片驱动电机 该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步 进电机 也可以驱动两台直流电机 特点 1 具有信号指示 2 转速可调 3 抗干扰能力强 4 具有过电压和过电流保护 5 可单独控制两台直流电机 6 可单独控制一台步进电机 7 PWM 脉宽平滑调速 8 可实现正反转 输入信号端 IN1 接高电平输入端 IN2 接低电平 电机 M1 正转 如果信号端 IN1 接低电平 IN2 接高电平 电机 M1 反转 6 方案二 用 H 桥驱动电路驱动电机 通过 H 桥三极管的通断来控制电机的正转反转 由于考虑到使用芯片驱动电机 自己的动手能力大大减少 自己也想趁此机会了解一下 H 桥电 路 所以就采用了方案二 第二章 电梯系统控制电路设计 2 1 单片机 STC89C52 的介绍 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 8 2 1 1 单片机 STC89C52 的特点 STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速 低功耗 超强抗干扰的单片机 指令代码完全 兼容传统8051单片机 12时钟 机器周期和6时钟 机器周期可以任意选择 主要特性如下 1 增强型8051单片机 6时钟 机器周期和12时钟 机器周期可以任意选择 指令代码完全兼 容传统8051 2 工作电压 5 5V 3 3V 5V单片机 3 8V 2 0V 3V单片机 3 工作频率范围 0 40MHz 相当于普通8051的0 80MHz 实际工作频率可达48MHz 4 用户应用程序空间为8K字节 5 片上集成512字节RAM 6 通用I O口 32个 复位后为 P1 P2 P3 P4是准双向口 弱上拉 P0口是漏极开路输出 作为总线扩展用时 不用加上拉电阻 作为I O口用时 需加上拉电阻 7 ISP 在系统可编程 IAP 在应用可编程 无需专用编程器 无需专用仿真器 可通 过串口 RxD P3 0 TxD P3 1 直接下载用户程序 数秒即可完成一片 8 具有EEPROM功能 9 具有看门狗功能 10 共3个16位定时器 计数器 即定时器T0 T1 T2 11 外部中断4路 下降沿中断或低电平触发电路 Power Down模式可由外部中断低电平触发 中断方式唤醒 12 通用异步串行口 UART 还可用定时器软件实现多个UART 13 工作温度范围 40 85 工业级 0 75 商业级 STC89C52RC单片机的工作模式 1 掉电模式 典型功耗 0 1 A 可由外部中断唤醒 中断返回后 继续执行原程序 2 空闲模式 典型功耗2mA 3 正常工作模式 典型功耗4mA 7mA 4 掉电模式可由外部中断唤醒 适用于水表 气表等电池供电系统及便携设备 STC89C52RC引脚功能说明 VCC 40引脚 电源电压 VSS 20引脚 接地 P0端口 P0 0 P0 7 39 32引脚 P0口是一个漏极开路的8位双向I O口 作为输出端口 每个引脚能驱动8个TTL负载 对端口P0写入 1 时 可以作为高阻抗输入 在访问外部程序和数 据存储器时 P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线 此时 P0口内部上拉电阻有效 在 Flash ROM编程时 P0端口接收指令字节 而在校验程序时 则输出指令字节 验证时 要求外接 上拉电阻 P1端口 P1 0 P1 7 1 8引脚 P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I O口 P1的输出缓 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 9 冲器可驱动 吸收或者输出电流方式 4个TTL输入 对端口写入1时 通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电位 这是可用作输入口 P1口作输入口使用时 因为有内部上拉电阻 那些被外部拉低的 引脚会输出一个电流 此外 P1 0 和 P1 1 还可以作为定时器 计数器 2 的外部技术输入 P1 0 T2 和定时器 计数 器 2 的触发输入 P1 1 T2EX P2端口 P2 0 P2 7 21 28引脚 P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I O端口 P2的输 出缓冲器可以驱动 吸收或输出电流方式 4个TTL输入 对端口写入1时 通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平 这时可用作输入口 P2作为输入口使用时 因为有内部的上拉电阻 那些被外部 信号拉低的引脚会输出一个电流 在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器 如执行 MOVX DPTR 指令 时 P2送 出高8位地址 在访问8位地址的外部数据存储器 如执行 MOVX R1 指令 时 P2口引脚上的内 容 就是专用寄存器 SFR 区中的P2寄存器的内容 在整个访问期间不会改变 在对Flash ROM编程和程序校验期间 P2也接收高位地址和一些控制信号 P3端口 P3 0 P3 7 10 17引脚 P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I O端口 P3的输出 缓冲器可驱动 吸收或输出电流方式 4个TTL输入 对端口写入1时 通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电位 这时可用作输入口 P3做输入口使用时 因为有内部的上拉电阻 那些被外部信号拉 低的引脚会输入一个电流 在对Flash ROM编程或程序校验时 P3还接收一些控制信号 P3口除作为一般I O口外 还有其他一些复用功能 如下表所示 表1 1 P3口引脚复用功能 引脚号复用功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2 外部中断0 P3 3 外部中断1 P3 4T0 定时器0的外部输入 P3 5T1 定时器1的外部输入 P3 6 外部数据存储器写选通 P3 7 外部数据存储器读选通 RST 9引脚 复位输入 当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效 用来完成单片机单 片机的复位初始化操作 看门狗计时完成后 RST引脚输出96个晶振周期的高电平 特殊寄存器 AUXR 地址8EH 上的DISRTO位可以使此功能无效 DISRTO默认状态下 复位高电平有效 ALE 30引脚 地址锁存控制信号 ALE 是访问外部程序存储器时 锁存低8位地址的输出 脉冲 在Flash编程时 此引脚也用作编程输入脉冲 在一般情况下 ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲 可用来作为外部定时器或时钟使用 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 10 然而 特别强调 在每次访问外部数据存储器时 ALE脉冲将会跳过 如果需要 通过将地址位8EH的SFR的第0位置 1 ALE操作将无效 这一位置 1 ALE仅 在执行MOVX或MOV指令时有效 否则 ALE将被微弱拉高 这个ALE使能标志位 地址位8EH的SFR的 第0位 的设置对微控制器处于外部执行模式下无效 29引脚 外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号 当AT89C51RC从外部程序 存储器执行外部代码时 在每个机器周期被激活两次 而访问外部数据存储器时 将不被激活 VPP 31引脚 访问外部程序存储器控制信号 为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读 取指令 必须接GND 注意加密方式1时 将内部锁定位RESET 为了执行内部程序指令 应该接 VCC 在Flash编程期间 也接收12伏VPP电压 XTAL1 19引脚 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 18引脚 振荡器反相放大器的输入端 1 2 1 2 单片机 I O 口的配置 表 1 2 单片机各个引脚的配置 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 11 P0共阳数码管P2 4关门发光二极管 P1 0门内 1 楼召唤按钮P2 5开门发光二极管 P1 1门内 2 楼召唤按钮P2 6电梯上下行发光二极管 P1 2门内 3 楼召唤按钮P2 7电梯运行发光二极管 P1 3门内 4 楼召唤按钮P3 0门外 1 楼上召唤按钮 P1 4开门按钮P3 1门外 2 楼上召唤按钮 P1 5关门按钮P3 2门外 2 楼下召唤按钮 P1 6蜂鸣器P3 3门外 3 楼上召唤按钮 P2 0H 桥驱动电路P3 4门外 3 楼下召唤按钮 P2 1H 桥驱动电路P3 5门外 4 楼下召唤按钮 2 2 按键电路的设计 因为电梯在正常生活中的运行很少需要复位 所以在这里复位电路上的按键就不做介绍了 着 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 12 重介绍剩余的 12 个按键 图 2 2 按键模块的电路 左边六个按键分别对应门内四层楼的召唤和开关门 右边六个按键分别对应门外 1 楼到楼的召 唤 这些按键一边接地 一边接单片机的 I O 口 这样就可以用低低电平去判断 然后执行对应键 的操作函数 这些按键并联一个 1K 的上拉电阻 将 VCC 通过 1K 电阻并联到按键上 目的是为了防 止干扰 增强稳定性 将输出口保持在高电平状态 该上拉电阻的选择是因为单片机电源是 5V P 口输入电流不超过额定输入电流即可 单片机 I O 口都是开漏输出 除了 P0 口都内置弱上拉电阻 所以选择 1K 也行 电流才 5mA 但不能太小 防止灌电流过大 2 3 数码管显示电路的设计 此次采用的是共阳数码管 阳极接公共段 阴极接单片机 所以 单片机需用低电平来控制 当然 数码管用了 103 排阻 用作上拉电阻 103 10 10 3 10000 10K 欧姆 并且也加了 360 的电阻用来限流 数码管静态时 推荐使用 10 15mA 动态时 16 1 动态扫描时 平均电流为 4 5mA 峰值电流为 50 60mA 一般工作电流为 5 mA 10 mA 所以 5 2 7 R I 所以 R 230 460 所以限流电阻选择了 360 的 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 13 图 2 3 数码管显示模块的电路 2 4 电梯模拟指示灯的设计 图 2 4 模拟指示灯的电路 本次设计的指示灯共有 6 个 其中一个是电源模块的指示灯 后面会有提到 还有一个是单 片机电源指示灯 再一个是电梯正常运行的指示灯 这三盏灯的功能就是为了提示 不做任何模拟 还有三盏灯分别接在 P2 4 P2 5 P2 6 口上 接在 P2 6 上的是表示电梯上下行的 当电梯上升时 该指示灯亮 当电梯下降时 该指示灯呈熄灭状态 接在 P2 4 和 P2 5 上的指示灯模拟了四个状态 在电梯运行后 两盏灯同时熄灭代表电梯正在关门 同时亮代表正在开门 单独 P2 4 上的灯亮代 表电梯处于关门状态 单独 P2 5 上的灯亮代表电梯处于开门状态 因为发光二极管接的是 5V 电源 所以限流电阻分到 3V 左右的压降 发光二极管的工作电流通常是 2 mA 5mA 所以选择了 1k 的电阻 根据电阻公式是 R U Uf I 可以算出 R 5 2 0 002 0 005 600 1500 所以电阻 就选择了 1K 的 这样的电流是 3mA 发光二极管可以正常工作 2 5 蜂鸣器电路的设计 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 14 图 2 5 蜂鸣器电路 本次设计用 9012 三极管驱动蜂鸣器 当电梯到达所需楼层时 单片机给三极管基极输入一个 低电平 此时基极的电压小于发射级的电压 三极管导通 可以使蜂鸣器作响 三极管在蜂鸣器上 的作用是放大声音信号 三极管是一种控制元件 主要用来控制电流的大小 当基极电压 UB 有一 个微小的变化时 基极电流 IB 也会随之有一小的变化 受基极电流 IB 的控制 集电极电流 IC 会 有一个很大的变化 基极电流 IB 越大 集电极电流 IC 也越大 反之 基极电流越小 集电极电流 也越小 即基极电流控制集电极电流的变化 但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多 这 就是三极管的放大作用 该三极管的放大倍数在 150 200 之间 在 I O 口和三极管 B 级之间串接个 1K 左右的电阻的作用是限制 I O 口电流 防止 I O 口过流烧坏 因为蜂鸣器正极接 VCC 串联的电 阻选择 1k 根据公式可以算出 I O 的电流为 5mA 再加上蜂鸣器的内阻 电流小于 5mA 可以保证 I O 口不被烧坏 2 6 电源电路的设计 2 6 1 稳压电路的介绍 本次设计采用的电源电路是经典的稳压电路 用一个电源适配器直接将 220V 的交流电转换成 9V 然后接入板子上 一开始的设计是用两个电源 将单片机跟电机的电源分开 但考虑到了经济 性和实用性 用了这个模块 只需一个电源输入即可 9V 的电可以直接供给 H 桥驱动 串联一个 二极管可以有效防止反接 然后电压经过输入端滤波 由稳压芯片 7805 输出 再由输出端滤波输 出 5V 直流电给单片机供电 这里的电阻选择 1K 跟上面讲到的发光二极管的电阻选择一样 都是限 流的 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 15 图 2 6 电源电路 2 6 2 稳压芯片的介绍 此次采用的是 7805 三端稳压集成电路 三端 IC 是指这种稳压用的集成电路 只有三条引脚输 出 分别是输入端 接地端和输出端 用 78 79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件 极少 电路内部还有过流 过热及调整管的保护电路 使用起来可靠 方便 而且价格便宜 该系 列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压 如 7805 表示输 出电压为正 5V 7905 表示输出电压为负 5V 在实物制作中 在 7805 上安装了散热器 为了防止 温度过高时 稳压性能变差 图 2 7 稳压芯片 7805 2 7 H 桥驱动电路的设计 2 7 1 光耦的介绍 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 16 图 2 8 光耦内部图 光耦 它是以光为媒介来传输电信号的器件 通常把发光器 红外线发光二极管 LED 与受光 器 光敏半导体管 封装在同一管壳内 当输入端加电信号时发光器发出光线 受光器接受光线之 后就产生光电流 从输出端流出 从而实现了 电 光 电 转换 以光为媒介把输入端信号耦合 到输出端的光电耦合器 这次设计时本来采用要用驱动芯片 L298N 来驱动电机的 但考虑到自己动 手接触过 H 桥电路之后会有更深的了解 后又改用 H 桥 但是刚好有同学也是用 H 桥驱动电机的 所以就加了光耦 跟原先的 H 桥相比 稳定性又有所提升 光耦的主要作用就是强弱电的隔离 因 为单片机是小功率的芯片 而电机是大功率的 所以光耦可以有效的起到隔离作用 光耦合器的主要优点是 信号单向传输 输入端与输出端完全实现了电气隔离 输出信号对输 入端无影响 抗干扰能力强 工作稳定 无触点 使用寿命长 传输效率高 光耦合器是 70 年代 发展起来产新型器件 现已广泛用于电气绝缘 电平转换 级间耦合 驱动电路开关电路 斩波器 多谐振荡器 信号隔离 级间隔离 脉冲放大电路 数字仪表 远距离信号传输 脉冲放大 固 态继电器 SSR 仪器仪表 通信设备及微机接口中 在单片开关电源中 利用线性光耦合器可构 成光耦反馈电路 通过调节控制端电流来改变占空比 达到精密稳压目的 2 如上图 二极管负极接 VCC 二极管正极接单片机 I O 口 发射极接地 集电极接入 H 桥电路 当电梯需要上升或者下降时 给二极管正极输入一个高电平或者低电平 控制二极管的通断 假如 芯片给二极管正极的是低电平 此时二极管导通 然后三极管也导通 因为发射极是接地的 所以 集电极端也是低电平 将此信号传输给 H 桥 光耦在电路中一左一右两个 给左边的光耦输入低电 平了 那右边的就是要输入高电平 这样才能维持电机的运转 这个在下面的 H 桥电路设计中会解 释 2 7 2 H 桥驱动电路的介绍 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 17 图 2 9 H 桥驱动电路图 如上为本次设计的 H 桥驱动电路 电路得名于 H 桥驱动电路 是因为它的形状酷似字母 H 4 个三极管组成 H 的 4 条垂直腿 而电机就是 H 中的横杠 在桥路左边加了一个 NPN 三极管 Q12 和 PNP 三极管 Q8 右边也同样加了 Q7 和 Q11 可以更有效的控制和保护电路 要使电机运转 必须 是一条对角线上的三极管导通 下面 我们用一个例子来解释下 H 桥电路的工作原理 假设左边是 低电平 那相对应的右边为高电平 所以左边的光耦 C 脚输入低电平 右边的光耦内的三极管不导 通 因为 PNP 是低电平导通 所以左边第一个三极管 Q8 导通 因为下面串联一个电阻 所以呈高 电平状态 所以左边第二个三极管 Q12 导通 所以 H 桥中右下角的三极管 Q14 也导通 左上角的 三极管 Q9 的基极 B 经过了三个电阻 而他的发射极只经过一个电阻 所以基极的电压相对的低于 发射极 所以左上角的三极管 Q9 也导通 所以电机可以运转 接下来要验证右上角的三极管 Q10 和左下角的三极管 Q13 不导通 因为光耦不导通 所以右边第一个三极管 Q7 没有构成回路 所以 不导通 右边第二个三极管 Q11 和 H 桥右上角的三极管 Q10 同理也不导通 左下角的三极管 Q13 B 级没电压 所以也不导通 所以 当左边输入低电平 右边输入高电平时 左上角和右下角的三极 管 Q9 Q14 导通 电机正转 反之 电机反转 四个并联在 H 桥三极管两端的二极管起到续流保护 的作用 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 18 第三章 电梯系统的控制程序设计 3 7 程序流程图 3 7 1 主程序流程图 开始 初始化 扫描键盘查询变量 调用子程序 电梯运行 当电梯上电了之后 程序开始执行 数码管显示为 1 楼 同时开始扫描键盘 判断是否有按键 按下 当有按键按下后 根据按键修改变量 然后电梯运行 同时数码管显示相应楼层 当抵达所 需楼层楼层后 开始开门 同时蜂鸣器发出声音 提示已到达 然后循环以上过程 3 7 2 中断程序流程图 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 19 入口 键盘扫描 有键按下 修改请求变量 电梯运行 返回 N Y 当有键按下之后 中断开始 修改变量 然后电机开始转 电梯运行 当电梯到达所需楼层后 中断结束 电梯开始开门 同时蜂鸣器发出声音提示到达 然后循环上述过程 3 7 3 电梯运行流程图 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 20 入口 电机运行 关门 是否到达所 需楼层 开门 返回 数码管显示楼 层 N Y 当有键按下 电梯开始运行时 先关门 然后电梯运行 数码管显示电梯所在位置 当到达所 需楼层时 电梯门打开 并且蜂鸣器发出声音 提示到达 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 21 第四章 系统的调试 4 1 系统调试过程 4 1 1 软件调试 程序在调试的时候会出现很多错误 书写格式上的疏忽或者循环错误及参数表语法错误等等 此次的程序是在 keil 中编译完成的 在编写好程序之后 出现的错误很多 比如 Declaration missing Do statement must have while unction call missing 等等一大堆 然后自己根据这些提示 去查找错误 然后一点点的修改 最后成功编译 当编译成功之后仿真然后在开发板上进行调试 一开始的时候一些功能实现不了 比如开门关门的状态跟自己预先想的完全反了 后面又去程序中 修改 这样反反复复直到功能全部实现 5 4 1 2 系统仿真 此次系统仿真用的是 protues 进行仿真的 首先用 keil 编译程序产生 hex 文件并保存 然后 在 protues 上画出仿真图 导入程序并进行仿真 一开始仿真的时候是使用 L298N 进行仿真的 正 在关门的状态显示不出来 去查了正在关门的程序 是直接把那个和关门的程序写一样了 修改过 来之后就好了 后来因为设计的更改 采用了 H 桥驱动电路的仿真仿真图如下 7 图 4 1 仿真图片 4 1 3 硬件调试 在调试过程中 一开始的时候蜂鸣器一直不响 一开始以为蜂鸣器是坏的 用万用表的二极管 档测了之后发现蜂鸣器能响 然后又看三极管 接法也没错误 最后去检查了程序的 I O 口才发现 是 I O 口定义错了 本来是应该定义 P1 6 的 程序上写成了 P3 7 将这个改过来之后蜂鸣器就能 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 22 响了 还有就是电机只会正转 不会反转 然后找到当电机反转时电流的流向 后来发现光耦接反 了 按照那个接法 光耦内的三极管会一直处于断路状态 所以无法驱动 H 桥内的电机 当全部修 改好之后 电梯就可以正常运行了 4 2 系统调试成果 当插上电源的时候 电梯显示的楼层在 1 楼 电梯运行指示灯亮 电源指示灯亮 电源模块的 二极管也亮 图片如下 图 4 2 调试图片 假设我在 4 楼 现在我要到 1 楼去 我按下 4 楼下召唤按钮 然后电机反转 电梯到达 4 楼 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 23 图片如下 图 4 3 调试图片 进入门后 按下 1 楼按键 电梯运行 图片如下 图 4 4 调试图片 其他的各个功能也都能正常运行 这样调试就好了 最后附上完成后的实物图 如下 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 24 图 4 5 实物图片 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 25 结束语 经过了几个月的努力 毕业设计到此终于算是完成了 回头看看自己这几个月下来的努力 真 是一段辛酸史 起初 自己对这一块的了解只是那么一点点 仅仅只是一点点 但是接触的越多 发现自己以前学的真的太少太少 大学四年 也许只有这次是自己最认真的一次 这一次的收获比 任何时候都多 在这过程中 每当自己接触到自己没有接触过或者了解不深刻的事物 最后被我彻 底了解之后 心情总是很愉悦 这是种久违的感觉 就像曾经的高中 当自己解出一道难题 心里 的满足感是满满的 渐渐的 发现自己喜欢上了搞这些东西 以后有机会 一定要再自己没有目的 的做这些设计 仅仅为了能够让自己满足 也许 做这类设计已经成为了我的兴趣 我将持之以恒 的坚持下去 保留这份激情 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 26 参考文献 1 张毅刚 单片机原理及应用 M 北京 高等教育出版社 2004 2 刘守义 单片机应用技术 M 西安电子科技大学出版社 2008 3 吉雷 Protel99 从入门到精通 M 西安电子科技大学出版社 2001 4 清源计算机工作室 Protel99 SE 原理图于 PCB 设计 M 机械工业出版社 2003 5 张义和等 例说 51 单片机 c 语言版 第 3 版 M 北京人民邮电出版社 2010 6 宋德杰 机电一体化与控制 用单片机实现电梯控制系统 J 电子制作 2010 10 7 林志琦 基于 Protues 的单片机可视化软硬件仿真 M 北京 北京航空航天大学出版社 2009 8 宗群 基于 NNFPN 模型的电梯故障诊断方法的研究 J 控制与决策 2005 20 3 9 FENG Yong hui ZHANG Jian wuThe Modeling and Simulation of Horizontal Vibrations for High speed Elevator J Journal of Shanghai Jiaotong University 2007 41 4 10 YU Zhong hua ZHOU Lei Key technologies of vertical press straightening of elevator rail J Journal of Zhejiang University Engineering Science 2010 44 8 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 27 致谢 通过这一阶段的努力 我的毕业论文 基于单片机的模拟电梯系统设计 终于完成了 这意味 着大学生活即将结束 在大学阶段 我在学习上和思想上都受益非浅 这除了自身的努力外 与各 位老师 同学和朋友的关心 支持和鼓励是分不开的 在此毕业论文完成之际 首先要向我的指导 老师凌忠兴致以诚挚的谢意 在实物的制作和论文的写作过程中 凌老师给了我许许多多的帮助 在老师的悉心指导下 自己的专业知识更加扎实了 也让自己找到了正确的学习方法 凌老师治学 严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样 并将积极影响我今后的学习和工作 我才得以解决 毕业设计中遇到的种种问题 同时感谢我院 系领导对我们的教导和关注 感谢大学四年传授我们 专业知识的所有老师 谢谢你们呕心沥血的教导 还有谢谢我周围的同窗朋友 他们给了我无数的 关心和鼓励 也让我的大学生活充满了温暖和欢乐 如果没有他们的帮助 此次毕业论文的完成将 变得困难 他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议 同时也要感谢自己遇到困难的时候没有 一蹶不振 取而代之的是找到了最好的方法来解决问题 最后 感谢生我养我的父母 谢谢他们给 了我无私的爱 为我求学所付出的巨大牺牲和努力 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 28 附录一 系统电路总图 360 R35 360 R26 10K R25 4 7K R33 360 R36 10K R24 360 R27 104 C8 Q9 8550 Q10 8550 Q12 9013 Q13 8050 Q14 8050 A 1 K 2 D2 4148 D3 4148 D5 4148 D4 4148 M B1 Q11 9013 Q8 8550 Q7 8550 510 R21 510 R20 10K R34 4 7K R32 10K R37 Q15 8050 410 R38 10K R31 10K R30 10K R23 10K R22 A 1 K 2 C 4 E 3 U4U5 510 R28 510 R29 VCC VCC Vin 1 GND 2 Vout 3 U2 7805 104 C6 104 C7 470U C4 470U C5 VCC 1 2 P2 Header 2 D1L1 1K R15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 RST 9 P30 10 P31 11 P32 12 P33 13 P34 14 P35 15 P36 16 P37 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 VCC 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 12 Y1 30pF C9 30pF C10 10UF C11 10K R8 VCCP10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P30 P31 P32 RST P24 P25 P37 P36 IN1 IN2 K1 com 3 com 8 f 9 g 10 e 1 d 2 c 4 b 6 a 7 DS1 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR1 360 R1 360 R2 360 R3 360 R4 360 R5 360 R6 360 R7a a b b c c dd e e f f g g P33 P34 P35 1k R10 VCC P26 P27 VCC 1KR9 VCC 1 LS1 Bell P16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P30 P31 P32 P33 P34 P35 1k R14 1k R42 1k R17 P24 1k R18 VCC P25 P26 P27 IN1 IN2 R40 R41 R53 R43 R44 R45 R46 R47 R48 R49 R50 R51 VCCVCC L2 L3 L4 L5 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12 K13 L6 Q1 9V 9V 1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 29 附录二 PCB 图 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 30 附录四 源程序 include Ungined char code table 0 xC0 0 xF9 0 xA4 0 xB0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xF8 0 x80 0 x90 0 x88 0 x83 0 xC6 0 xA1 0 x8 6 0 x8E sbit S1 UP P3 0 1 楼上按键 sbit S2 UP P3 1 2 楼上按键 sbit S2 DOWN P3 2 2 楼下按键 sbit S3 UP P3 3 3 楼上按键 sbit S3 DOWN P3 4 3 楼下按键 sbit S4 DOWN P3 5 4 楼下按键 sbit FAST OPEN P1 4 开门 sbit FAST CLOSE P1 5 关门 sbit S1 P1 0 1 sbit S2 P1 1 2 sbit S3 P1 2 3 sbit S4 P1 3 4 sbit BEEP P1 6 define NOKEY0 define S1UP1 define S2UP2 define S2DOWN3 define S3UP4 define S3DOWN5 define S4DOWN6 define FASTOPEN 7 define FASTCLOSE8 define F19 define F210 define F311 define F412 sbit STATE P2 6 电梯升降状态 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 31 sbit DOORSTATE1 P2 5 开门关门状态指示灯 sbit DOORSTATE2 P2 4 开门关门状态指示灯 sbit LP P2 0 sbit LN P2 1 sbit LED P2 7 define STOP 0 define UP 1 define CLOSE 2 define CLOSING 3 define DOWN 4 define OPEN5 define OPENING 6 define Rise do LP 1 LN 0 STATE 0 while 0 上升 define Down do LP 0 LN 1 STATE 1 while 0 下降 define Stop do LP 0 LN 0 while 0 停止 define Open do DOORSTATE1 0 DOORSTATE2 1 while 0 开 define Opening do DOORSTATE1 0 DOORSTATE2 0 while 0 正在开 define Close do DOORSTATE1 1 DOORSTATE2 0 while 0 关 define Closing do DOORSTATE1 1 DOORSTATE2 1 while 0 正在关 unsigned char gcount floor 20 1 unsigned char wait 0 unsigned char time unsigned char buttom 0 unsigned char Timer unsigned char CurrentFloor 1 unsigned char state unsigned char KeyNum bit flag void init unsigned char getkey unsigned char keyscan void stop void up void close void closing void opening 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 32 void open void down void Beep void DisPlay void delay unsigned char a void main init while 1 KeyNum keyscan DisPlay 数码管显示 switch state 判断状态 case STOP stop break case UP up break case DOWN down break case CLOSE close break case CLOSING closing break case OPEN open break case OPENING opening 基于单片机的模拟电梯系统设计 丽水学院 2013 届学生毕业设计 论文 33 default break void init 定时器初始化 TMOD 0X01 TH0 15536 256 TL0 15536 256 TR0 1 ET0 1 Stop unsigned char getkey 判断哪个按键按下 if S1 UP 0 return S1UP if S2 UP 0 return S2UP if S2 DOWN 0 return S2DOWN if S3 UP 0 return S3UP if S3 DOWN 0 return S3DOWN