基于51单片机控制电梯系统设计

1、 沧州师范学院 毕业设计（论文） 单片机电梯控制系统设计 电气自动化 2013年11月 学员姓名: 指导导师: 年 级: 专 业: 学 号： 毕业设计（论文）任务书 题目 基于51单片机控制电梯系统设计 专业 电气自动化 学生姓名 所在系 机电工程系 导师 姜荣东 导师 一、设计（论文）内容 基于51单片机控制电梯系统设计，楼层为8层。 二、基本要求 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2章 进行方案的提出与论证，分析本次设计所釆用方案的可行性 三、主要技术指标（或研究方法） 采用可编程控

2、制器（PLC）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髙，硬件设计不灵活，故不采用本方案。 四、应收集的资料及参考文献 51单片机应用设计，单片机轻松入门，模拟电子技术，数字电子技术。 五、进度计划 第1-2周查找相关资料和整理所需资料设备技术参数，分析任务的具体要求制定 总体方案。完成开题课题报告。第3-4周设计框图和电路原理图完成设计电路的连接 电路完成电梯控制的程序设计及调试。完成对系统的改进和再次调试直至系统能够圆 满完成任务的具体要求。撰写论文。 指导教师签字时间2013年11月29日 摘要:.5 关键词：5 引言：6 一、系统

3、功能介绍及方案论证6 1.1电梯的组成6 1. 2电梯控制系统组成框图及工作原理6 1. 3单元电路的设计与论证7 1. 3. 1单片机最小系统7 1. 3. 2电机驱动电路模块7 1. 3. 3报警模块7 1. 3. 4电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计7 二、基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计8 2. 1单片机最小系统9 2. 1.1各楼层电梯间电路（三级标题 黑体小四号）9 2. 1.2电梯内电路9 2. 1.3控制台电路9 2. 1. 4楼层检测10 2. 1.5电动机驱动10 2. 1.6报警部分11 三、软件设计11 3. 1按键查询部分11 3. 1. 1电机控制

4、部分12 3. 1.2楼层检测及显示部分12 致谢12 参考文献1 错误!未定义书签。 附图图纸14 程序清单15 摘要: 伴随着我国现代化程度的提高，电梯成为高层建筑中的重 要交通工具，它是高层建筑中安全、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。同时也 给人们的生活带来了便利，为我国现代化建设的加速发展提供 了强大的保障。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。因此， 在现代社会中电梯己成为人类必不可少的垂直运输交通工具。 利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大以及易于 实现复杂控制等优点。 基于单片机

5、的分设计，介绍了以AT89C51系列单片机为核 心，并结合74LS245和LED等芯片以及与之相配套的汇编语 言软件等进行电梯模拟的具体实现方法,该方法不仅可以实现 电梯的基木功能，而且可以设置电梯直达、急停、停电检修等功 能，从而可实现电梯的智能控制及相应的最佳路线选择,提高电 梯的有效利用率。 关键词： 单片机；电梯；系统；控制 电动机控制模块 7V AA 7 电梯内电路 7 电梯间电路 单片机电梯控制系统设计 11级电气自动化专业学生王新 指导教师姜荣东 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

6、工具。 当然单片机并不像PLC那么有针对性，所以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。在科技的不断发展 下，单片机控制系统很快可以解决抗扰性，成为方便有效的电梯控制系统。 一、系统功能介绍及方案论证 仁1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，设计一种基于MCU的电梯控制 系统，实现电梯运行的模拟。 仁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

7、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 楼层检测 1. 3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： 1. 3. 1单片机最小系统 此处选用最常用的AT89C51,它是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存 储器(FPEROM一Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电 压，高性能CM0S8位微处理器。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。山于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片

8、中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器， AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单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 主要特性： 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，128*8位内部 RAM, 32可编程I/O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 1. 3. 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

9、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。 1. 3. 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。 1. 3. 4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III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：LI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

10、“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。釆用74HC164共阴 极数码管显示，公共端接地。 显示数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 代码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 二、基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计 2. 1单片机最小系统 SET Pl()1 Pl ()? Pl。 3 Pi q 4 Pl 45 Pl 56 STOP 7 ,TART 久 P3 313 P12 P?勺5 P3 4I4 31 VCC 19 P3 717 . P3 616 / 01234

11、567 n n n n 1 1 n PPPPPPPP 1 o T T ININT1T0 EA/VP XI X2 RESET RD WR RXD TXD ALE/P PSEN 3R PO 1 37 PO ? 36 PO 3 35 PO 4 34 PO 5 33 P0.6 3? PO 7 ? 1 P? 0 ?P? 1 ?4 P? 3 ?5P? 4 ?6P? 5 ?7P? 6 ?RP? 7 10P3 0 11 P3 1 39 POO 30 _29. 0 12 3 4 5 6 7 OOOOOOOO p p p p p p p P 01234567 22222222 PPPPPPPP AT89C51 c

12、 VC 单片机最小系统电路如图所示，单片机米用ATMEL公司的AT89C51,晶体振 荡器选12MHz, Cl、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。 2. 1. 1各楼层电梯间电路 如上图所示，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Pl. 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变为低电

13、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Pl.OP1.2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P0 口的P0. 0P0. 5连接。每个发光二 极管通过一只阻值为470Q的限流电阻接电源(VCC),这样流经发光二极管的电 流约为7. 5 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 2. 1. 2电梯内电路 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!_!标楼层选 择按键Fl、F2、F3、F4和4个与之

14、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R1PR14的作用同上。 2. 1. 3控制台电路 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肖前楼层，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，QO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 2. 1. 4楼层检

15、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，DI, 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输出髙电平。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。 2. 1. 5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。釆用L298N驱动，可根据PWM 调节脉宽进行电机调速和正反转。III 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

16、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.-台用于电梯上 升和下降，另台电机用于带动电梯门的开关。 2. 1. 6报警部分 如图3-8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。 三、软件设计 3. 1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

17、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: 3. 1. 1电机控制部分 本设计只是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。III 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0UT1, 00UT2, 0UT3, 0UT4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30V。 3. 1. 2楼层检测及显示部分 利用光电传感器检测楼层，电梯行至楼层标志处（

18、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。程序 详见附录主程序清单。 报警部分 当电梯运行中发生故障停止时，P3.7置1,发出报警，另外还可以通过手动 按“HELP”实现报警求救。程序详见附录主程序清单 致谢： 毕业论文暂告收尾，这也意味着我在沧州师院的学习中，学习上和思想 上都受益匪浅。这除了自身努力外，与各位老师、各位同学和各位朋友的关 心支持和鼓励是分不开的。在此，我非常感谢江荣东老师在我大学的最后学 习阶段给自己的指导。从最初的定题，到硬件的制作再到软件

19、的调试，每个 方面都离不开杨老师热情耐心的帮助和教导。每当遇到比较棘手的问题，江 老师都会耐心的亲自给我解答，直到解决问题。江老师认真的工作态度，诚 信宽厚的为人处世态度，都给我留下了难以磨灭的印象，也为我今后的工作 树立了优秀的榜样。 参考文献： 1 王宜怀编著单片机原理及其嵌入式应用教程北京希望电 子出版社2002年 2 冯涛 秦永左主编 单片机原理及运用 国防工业出版社2009 年 3 叶斌主编电力电子应用技术清华大学出版社2006年 4 张崇巍张兴编著PWM整流器及其控制机械工业出版社2003 年 5 夏明娜高玉芝主编单片机系统设计及应用 北京理工大学出版 社2011年 7 胡宴如主编

20、模拟电子技术髙等教育出版社2004年 8 杨志忠主编数字电子技术高等教育出版社2003年 附录： 电动机驱动图 电源电路图 10 整体电路图 二:二 一卡 K. 附录二：主程序清单 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP TIME ORG 001BH TIME1 AJMP ；*START 启动程序* START： MOV TMOD, #11H MOV IE, #8AH MOV THO, #3CH ；定时100ms MOV TLO, #0B0H MOV TH1, #0ECH ；定时10ms MOV TL1, #78H SETB TRO MOV SP, #6FH ；

21、*STOP 停止程疗:*睿 11 STOP： CLR P0.6 CLR P0.7 MOV R3, #0 MOV DPTR, #06H ；数码管显示“1” JB P1.7, $ ；等待开始工作指令 CLR P2.4 CLR P2.5 ；电动机制动 SETB P0.6 SETB P2.7 ；蜂鸣器报警 SETB TR1 ;启动T1 :10ms 一次读取按键 UP1： MOV A, 20H ;目前在1楼 ORL A, 21H :取得1楼请求悄况 ORL A, 22H ANL A, #0EH JZ UP1 ;无请求，则等待 CLR P0.7 ;上升指示灯亮 SETB P2.5 SETB P2.7 ；电

22、动机正转上升 UP2： MOV DPTR, #5BH ；到达2楼，数码管显示“2” JB 20H.1, UP21 :是2楼电梯间的上升请求，转UP21 JB 22H.1, UP21 ；是电梯内目标2楼请求，转UP21 SJMP UP22 UP21： CLR 20H.1 清二楼电梯间上升请求标志位 CLR 22H.1 清电梯内L1标2楼请求标志位 SETB P0.7 上升指示灯灭 SETB P2.4 SETB P2.6 ；电机正转电梯门开 MOV R2, #0； 5s定时开始 CJNE R2, #50, $ ；等待5s延时 CLR P2.6 ;门关 SETB P2.5 12 SETB P2.7

23、；电动机正转上升 UP22： MOV A,20H ORL A,21H ORL A,22H ANL A, #0CH ;取得2楼请求情况 JNZ UP23 AJMP DOWN22 ;2楼无请求，转2楼下降 UP23： CLR P0.7 ;上升指示灯亮 SETB P2.5 SETB P2.7 ;电动机正转上升 UP3： MOV DPTR, #4FH ;到达3楼，数码管显示“3” JB 20H.2,UP31 ;是3楼电梯间的上升请求，转UP31 JB 22H.2, UP31 ;是电梯内目标3楼请求，转UP31 SJMP UP32 UP31： CLR 20H.1 ;清3楼电梯间上升请求标志位 CLR 2

24、2H.1 ;清电梯内LI标3楼请求标志位 SETB P0.7 ;上升指示灯灭 SETB P2.4 SETB P2.6 ;门开 MOV R2, #0 :5s定时开始 CJNE R2, #50, $ ;等待5s延时 CLR P2.6 ;门关 SETB P2.5 SETB P2.7 ;电动机正转上升 UP32： MOV A, 20H ORL A, 21H ORL A, 22H ANL A, #08H ;取得3楼请求情况 JNZ UP33 AJMP DOWN32 ;3楼无请求，转3楼下降 UP33： CLR P0.7 ;上升指示灯亮 13 SETB P2.5 SETB P2.7；电动机正转上升 UP3

25、4： MOV DPTR, #66H；到达4楼，数码管显示“4” *四楼下降按键选择程序* UP41： CLR 20.H3 CLR 22H.3 SETB P0.7 SETB P2.4 SETB P2.6 MOV R2, #0 CJNE R2, #50, $ CLR P2.6 SETB P2.5 SETB P2.7 UD4： MOV A, 50H ORL A, 21H ORL A, 22H ANL A, #07H JNZ DOWN4 AJMP UD4 DOWN4： CLR P0.6 SETB P2.5 CLR P2.7 ;清4楼电梯间下降请求标志位 ;清电梯内LI标4楼请求标志位 ;上升指示灯灭

26、;门开 :5s定时开始 ;等待5s延时 ;门关 ;电动机正转上升 ;取得V4楼的请求情况 ;下降指示灯亮 ;下降 *三楼下降按键洗择稈丿了;* DOWN3： MOV DPTR, #4FH JB 21H.2,DOWN31 JB 22H.2, DOWN31 S JMP DOWN32 DOWN31： CLR 21H.2 CLR 22H.2 SETB P0.6 SETB P2.4 SEBT P2.6 ;到达3楼，数码管显示“3” ;是3楼电梯间的下降请求，转DOWN31 ;是电梯内U标3楼请求，转DOWN31 ;清3楼电梯间下降请求标志位 :清电梯内目标3楼请求标志位 ;下降指示灯灭 14 MOV R

27、2, #0 ；5s定时开始 CJNE R2, #50, $ ;等待5s延时 CLR P2.6 ;门关 SETB P2.5 CLR P2.7 ;下降 DOWN32： MOV A, 20H ORL A, 21H ORL A, 22H ANL A, #03H ;取得3楼的请求情况 JNZ DOWN33 AJMP UP32 ;V3无楼请求，转3楼上升 DOWN33： CLR P0.6 ;下降指示灯亮 SEBT P2.5 CLR P2.7 ;下降 ;* 1.楼下降按键选择程序* DOWN2： MOV DPTR, #5BH ;到达2楼，数码管显示“2” JB 21H.1,DOWN21 ;是2电梯间的下降请

28、求，转DOWN21 JB 22H.LDOWN2 ;是电梯内目标3楼请求，转 DOWN21 SJMP DOWN22 DOWN21： :CLR 21H.1 ;清2楼电梯间下降请求标志位 CLR 22H.1 ;清电梯内目标2楼请求标志位 SETB P0.6 ;下降指示灯灭 SETB P2.4 SETB P2.6 ;门开 MOV R2, #0 ；5s定时开始 CJNE R2, #50, $ ;等待5s延时 CLR P2.6 ;门关 SETB P2.5 CLR P2.7 ;下降 DOWN22： :MOV A, 20H ORL A, 21H ORL A, 22H ANL A, #02H ;取得2的请求情况

29、 15 JNZ AJMP DOWN23 UP22 ;v2楼请求，转2楼上升 DOWN23： CLR P0.6 ;下降指示灯亮 SETB P2.5 CLR P2.7 ;下降 DOWN1： MOV DPTR, #06H:到达1,数码管显示“1” DOWN11： CLR 21H.0 :清电梯内LI标1请求标志位 SETB P0.6 ；下降指示灯灭 SETB P2.4 SETB P2.6 ；门开 MOV R2, #0 ;5s定时开始 CJNE R2, #50, $;等待5s延时 CLR P2.6 ;门关 SETB P2.5 CLR P2.7 ;下降 CJNE R3, #0, DOWN 12； Stop

30、键是否按下过 AJMP UP1 DOWN 12： CLR P0.6 ;若Stop键按下过，转S1停止工作 CLR P0.7 AJMP SI :定时器TO中断服务程序：5s 计时 TIME： MOV THO, #3CH MOV TLO, #0B0H INC R2 ;R2计数器 RETI ；* T1中断服务程序: 按键 状态检 查* TIME1： MOV THl, #0ECH；每10s检查一次按键 MOV TL1, #78H MOV 6EH, A MOV 30H, Pl;读入所有按键状态 MOV 31H, P3 JB Pl.6, TIME 11；若Stop键未按下，则正常运 行 MOV R3, #

31、OFFH； Stop键按下，标志R3置非0数 16 MOV 20H, #0 ;清除全部电梯间上升请求 MOV 21H, #0 ;清除全部电梯间下降请求 MOV 22H, #0 :清除全部电梯内U标楼层请求 MOV 30H, #OFFH ;修改读入的按键状态，使之为 MOV 31H, #0FEH :电梯内目标为一楼 CLR TRI ;并关闭T1,不再读取按键 TIME11： MOV A, 30H CPL A ANL A, #07H :取得电梯间上升请求 ORL 20H, A MOV A, 20H ;取得上升指示灯状态 CPL A ANL A, #07H MOV 32H, A MOV A, 30H CPL A ANL A, #38H ;取得电梯间下降请求 RR A RR A ORL 21H, A MOV A, 21H CPL A ANL A, #0EH RL A RL A ORL 32H, A MOV A, P0 ANL A, #0C0H ORL A, 32H MOV PO, A ;刷新上升、下降请求指示灯 MOV A, 31H ANL A, #OFH ;取得电梯内U标楼层请求 ORL 22H, A MOV A, 22H DLY： MOV R5, #20 DLY1： MOV R6, #100 DLY2： MOV R7, #250 DJNZ R7, $ DJNZ R6,