电梯控制课程

目录目录 第1章 引言 1 第2章 总体设计方案 1 2 1设计思路 2 2 2总体设计框图 2 第3章 电梯控制系统原理分析 2 3 1 硬件系统实现 2 3 1 1 AT89C51芯片简介 2 3 1 2 电梯内部呼叫电路 3 3 1 3 电梯外部呼叫电路 3 3 1 4 显示楼层电路 4 3 1 5 电机控制电路 5 3 2 软件系统实现 5 第4章 总电路工作原理分析 8 第5章 总结与体会 8 考文献 8 附录一 9 附录二 10 附录三 11 附录四 13 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 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 本设计选择 AT89S51 为核心控制元件 设计了一 个六层电梯系统 使用 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 控制 第 1 章 引言 随着现代高科技的发展 住房和办公用楼都已经逐渐向高层发展 电梯是高层 宾馆 商店 住宅 多层仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具 1889 年美国奥梯斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机 同年 在纽约市马累特大厦安装成功 随着建筑物规模越来越大 楼层也越来越高 对电 梯的调速精度 调速范围等静态和动态特性都提出了更高的要求 由于传统的电梯 运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路 采用这种控制线路 存在易出故障 维护不便 运行寿命较短 占用空间大等缺点 而由单片机设计的控制系统可以随 着设备的更新而不断修改完善 更完美的实现设备的升级 且有价格便宜 电路简 单 出现故障容易维护等优点 第 2 章 总体设计方案 电梯控制系统由外部呼叫 内部呼叫电机部分组成 电梯在各楼层的定位本应采用行程开 关或者传感器 由于条件限制 采用延时控制 相邻楼层间升降时间设为 3 秒 2 1 设计思路 本设计是八层电梯的单片机控制系统 在电梯停靠的每一层都有上下呼叫按钮 六楼只有向下呼叫按钮 一楼只有向上呼叫按钮 需要电梯的乘客只需按一下呼 叫按钮 然后等待电梯 进入电梯后电梯有八个楼层的内部呼叫按钮 乘客要到哪 一层只需按下其按钮 轿厢内有一个由数码管组成的显示屏 它用来显示轿厢的楼 层 在每一层厅站的门外有两个发光二极管用来显示轿厢此刻的上下行 2 2 设计方框图 楼层电梯呼 叫按键 电梯内部呼 叫按键 楼层显示数 码管 电机控制电路 单片机 图 1 设计方框图 第 3 章 电梯控制系统原理分析 3 1 硬件系统实现 硬件由单片机最小系统 电梯内外呼叫电路 显示电路 电机控制电路等组 成 3 1 1AT89C51 简介 本设计主要采用 AT89S51 芯片 如图 2 所示 AT89S51 是一个低功耗 高性 能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k Bytes ISP In system programmable 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 80C51 引脚结构 芯片内集成了 通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 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 4k Bytes Flash 片内程序存储器 128 bytes 的随机存取数据存储 器 RAM 32 个外部双向输入 输出 I O 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 VC C 40 GND 20 R S T 9 X1 19 X0 18 PS EN 29 ALE 30 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 2 INT0 12 P3 2 INT1 13 P3 1 TXD0 11 P3 0 R XD0 10 P3 6 W R 16 P3 7 R D 17 EA 31 U1 89C 51 图 2 AT89C51 3 1 2 电梯内部呼叫电路 电梯内电路如图 3 所示 八个目标楼层选择按键 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 与单片机 P0 口的 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 连接 P0 口作为输出端驱动外部电路时须外界上拉电阻 人进入轿厢内按下要去的楼 层对应的按键 就会控制电机转动 达到相应楼层 若按下的外部呼叫按键为上升 的 则在轿厢内按比该楼层低的按键 电梯不会响应 反之亦然 S1 S2 S3 S4 S5 S6 1K R8 1K R7 1K R6 1K R5 1K R4 1K R3 5 K1 K2 K3 K4 K5 K6 1 2 3 4 5 6 7 8 C51 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 图 3 电梯内部呼叫电路 3 1 3 电梯外部呼叫电路 电梯外部呼叫电路如图 4 所示 按键 UP1 UP2 DOWN2 UP3 DOWN3 UP4 DOWN4 UP5 DOWN5 DOWN6 接单片机的 P2 口和 P1 0 P1 1 若按下上升键 则电梯在上升过程中不响应下降键 反之亦然 S9 S11 U P1 U P2 S12 SW PB S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 D O WN 2 U P3 D O WN 3 U P4 D O WN 4 U P5 D O WN 5 D O WN 6 1 2 3 4 5 6 7 8 C51 1 2 3 4 5 6 7 8 C51 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 P1 1 P1 0 图 4 电梯外部呼叫电路 3 1 4 显示楼层电路 显示电路的作用是实时显示电梯所在楼层 用一个八段数码管来实现 电路 如图 5 所示 89C51 VCC 14 R 9 CLK 8 A 1 Q5 10 Q6 11 Q3 5 Q4 6 Q1 3 Q7 12 Q8 13 Q4 6 GND 7 B 2 3 5 5 a b f c g d e VCC 1 2 3 4 5 6 7 abc de fg 8 dp dp 9 DS1 REDCA R12 RES2 1 2 C51 P3 1 P3 0 图 5 显示楼层电路 3 1 5 电机控制电路 电机采用普通直流电机 直流电机具有优良的调速特性 调速平滑 方便 调 整范围广 过载能力强 能承受频繁的冲击负载 可实现频繁的无极快速启动 制 动和反转 能满足生产自动化系统各种不同的特殊运行要求 用电机驱动芯片 L298 来驱动 电机控制电路用来控制电机的正反转 当按下上升键时 电机正转 按下 下降键时 电机反转 电路如图 6 所示 OUT1 2 OUT2 3 OUT3 13 OUT4 14 IN1 5 IN2 7 IN3 10 IN4 12 EN1 6 EN2 11 SENS1 1 SENS2 15 VCC 9 VS 4GND 8 L1 5 12 M B M otor 1 2 3 4 5 6 7 8 C51 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 图 6 电机控制电路 3 2 软件系统的实现 调用选择当前要去的 楼层子程序 停留 3s 电梯未运行或虽运行 但还没停止 电梯已到目的层 是 否 是 否 启动电梯显示在一楼 图 7 主程序流程图 电梯改为上升 电梯改为下降 电梯到达最顶层 电梯到达最底层 电梯在下降 当前楼层 目的楼层 继续下行查找下一个要去的楼层 若无下行需求 则反向查询 向上查找下一个要去的楼层 若无按键需求则停止 当前楼层 目的楼 层 延时等待 3s 开始 是 2 4 是 2 4 是 2 4 是 2 4 是 2 4 延时等待 3s 否 否 否 否 图 8 选择当前要去的楼层子程序流程图 第 4 章 总电路工作原理分析 电路通电 显示器显示 1 当按下相应的外部呼叫按键时 电梯运行到目的楼层 显示 器实时显示所在楼层 当人进入轿箱内 按下要去的楼层对应的按键 电梯就会运行到相应位 置 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 两相 邻楼层之间电机运行时间为 3 秒 第 5 章 总结与体会 这次单片机实习已经结束 我们学到了很多东西 查资料对于学习是很重要的 又快又 好的查到想要的资料 可以提高工作效率 我们设计的电梯自动控制用到了 PROTUESF 仿真系统 使 我对单片机的学习更加感兴趣 在写程序时需要极大的耐心 一点一点的改正 达到想要的效 果 参考文献 1 李朝青 单片机通讯技术与工程实践 北京 航空航天大学出版 2007 2 2 李群芳 单片机原理接口与应用 北京 清华大学出版社 2005 6 3 杨志亮 Protel 99 SE 电路原理图设计技术 西安 西北工业大学出版社 2002 2 4 马忠梅 单片机 C 语言应用程序设计 北京 航空航天大学出版社 1997 10 5 谢自美 电子线路设计 武汉 华中科技大学出版社 2000 5 6 中国电器工业协会微电机分会 微特电机应用手册 福建 福建科技出版社 2010 4 7 胡烨 Protel99SE 电路设计与仿真教程 北京 机械工业出版社 2005 5 附录一 总体电路原理 VCC 40 GND 20 RST 9 X1 19 X0 18 PSEN 29 ALE 30 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 2 INT0 12 P3 2 INT1 13 P3 1 TXD0 11 P3 0 RXD0 10 P3 6 W R 16 P3 7 RD 17 EA 31 U1 89C51 1K R11 Res2 12 2 C1 5 30pF C1 Cap 30pF C2 Cap 5 12 Y1 XTAL S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S11 1K R8 1K R7 1K R6 1K R5 1K R4 1K R3 1K R2 1K R1 5 K1 K2 K3 K4 K5 K6 KM GM K1 K2 K3 K4 K5 K6 KM GM UP1 UP2 UP1 UP2 S12 SW PB S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 DOW N2 UP3 DOW N3 UP4 DOW N4 UP5 DOW N5 DOW N6 DOW N2 UP3 DOW N3 UP4 DOW N4 UP5 DOW N5 DOW N6 VCC 14 R 9 CLK 8 A 1 Q5 10 Q6 11 Q3 5 Q4 6 Q1 3 Q7 12 Q8 13 Q4 6 GND 7 B 2 3 OUT1 2 OUT2 3 OUT3 13 OUT4 14 IN1 5 IN2 7 IN3 10 IN4 12 EN1 6 EN2 11 SENS1 1 SENS2 15 VCC 9 VS 4GND 8 L1 5 5 12 N11 N12 N21 N22 N11 N12 N21 N22 E1 E2 E1 E2 5 in 1 out 3 2 GND JP1 7805 D1 Diode 1N4007 a b f c g d e VCC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS1 REDCA A 1 K 2 1 Led 1K R9 Res2 12 5 1 1 2 2 JP2 2PIN S10 SW PB 1K R10 Res2 R12 RES2 M B M otor 图 9 总体电路原理图 附录二 PCB 图 图 10 PCB 图 附录三 仿真图 图 11 PROTUES 仿真界面图 图 11 电梯电路仿真总图 图 11 电梯在四楼上升图 图 11 电梯在四楼下降图 附录四 源程序 sbit k1 P0 0 sbit k2 P0 1 sbit k3 P0 2 sbit k4 P0 3 sbit k5 P0 4 sbit k6 P0 5 sbit km P0 6 sbit gm P0 7 sbit up1 P2 0 sbit up2 P2 1 sbit down2 P2 2 sbit up3 P2 3 sbit down3 P2 4 sbit up4 P2 5 sbit down4 P2 6 sbit up5 P2 7 sbit down5 P1 0 sbit down6 P1 1 sbit d11 P1 2 sbit d12 P1 3 sbit d21 P1 4 sbit d22 P1 5 sbit pwm1 P1 6 sbit pwm2 P1 7 sbit LedUp P3 7 sbit LedDown P3 6 include include 电梯 h void DianTiKey define uchar unsigned char char KeyValueOld 内部按键上次值 char KeyValueOOld 外部按键上次值 char NowFloor 当前所在楼层 char KeyValue 电梯内部按键暂存值 char KeyValueO 电梯外部按键暂存值 char GoFloor 5 要去楼层暂存GoFloor 1 1 2 楼在呼叫上升 GoFloor 1 2 2 楼在呼叫 下降 char t 电梯 运行 停止标 上升 下降 志位 t 0 电梯没有运行 t 11 电梯在上 升 t 10 电梯下降 uchar code play 0 xff 0 xd7 0 x32 0 x92 0 xd4 0 x98 0 x18 串口显示字型码 unsigned int TimeValue 定时器计数 char Num void delay unsigned int a unsigned int i TH0 65535 10000 256 TL0 65535 10000 256 TimeValue 0 TR0 1 while TimeValue a DianTiKey 多人电梯功能添加部分 TR0 0 void ShangSheng 驱动电机上升函数 int i t 11 LedUp 0 LedDown 1 for i 0 i 10 i d11 1 d12 0 d21 0 d22 0 delay 5 d11 1 d12 1 d21 0 d22 0 delay 5 d11 0 d12 1 d21 0 d22 0 delay 5 d11 0 d12 1 d21 1 d22 0 delay 5 d11 0 d12 0 d21 1 d22 0 delay 5 d11 0 d12 0 d21 1 d22 1 delay 5 d11 0 d12 0 d21 0 d22 1 delay 5 d11 1 d12 0 d21 0 d22 1 delay 5 t 0 d11 1 d12 1 d21 1 d22 1 LedDown 1 LedUp 1 void XiaJiang 驱动电机下降函数 int i t 10 LedDown 0 LedUp 1 for i 0 i0 电梯执行上升 while temp 0 ShangSheng Num if GoFloor Num 0 if GoFloor Num temp SBUF play NowFloor while TI TI 0 NowFloor KeyValue if temp 0 电梯执行下降 while temp0 while temp 0 ShangSheng temp NowFloor KeyValue else if t 10 if temp 0 电梯执行下降 while temp0 电梯执行上升 while temp 0 ShangSheng temp SBUF play NowFloor while TI TI 0 NowFloor KeyValueO if temp 0 电梯执行下降 while temp 0 XiaJiang temp SBUF play NowFloor while TI TI 0 NowFloor KeyValueO void DianTiKey 电梯按键扫描函数 switch P0 case 0 x01 KeyValue 1 GoFloor 0 4 break case 0 x02 KeyValue 2 GoFloor 1 4 break case 0 x04 KeyValue 3 GoFloor 2 4 break case 0 x08 KeyValue 4 GoFloor 3 4 break case 0 x10 KeyValue 5 GoFloor 4 4 break case 0 x20 KeyValue 6 GoFloor 5 4 break case 0 x40 break case 0 x80 break if t 0 switch P2 上升按键扫描 case 0 x01 GoFloor 0 1 KeyValueO 1 break 1 楼呼叫上升 case 0 x02 GoFloor 1 1 KeyValueO 2 break 2 楼呼叫上升 case 0 x04 GoFloor 2 1 KeyValueO 3 break 3 楼呼叫上升 case 0 x08 GoFloor 3 1 KeyValueO 4 break 4 楼呼叫上升 case 0 x10 GoFloor 4 1 KeyValueO 5 break 5 楼呼叫上升 case 0 x20 GoFloor 0 2 KeyValueO 2 break 2 楼呼叫下降 case 0 x40 GoFloor 1 2 KeyValueO 3 break 3 楼呼叫下降 case 0 x80 GoFloor 2 2 KeyValueO 4 break 4 楼呼叫下降