基于单片机的6层电梯模拟控制系统设计

1、单片机原理及系统课程设计评语：考勤10分守纪10分过程30分设计报告30分答其20分总成绩（100分）专 业：自动化班 级：自动化02班姓 名：魏振东学 号：201209110指导教师：张超兰州交通大学自动化与电气工程学院2015年1月7日单片机原理及系统课程设计报告单片机的6层电梯模拟控制系统设计1设计目的这次设计给出了一种基于 AT89C52I片机的电梯模型控制系统设计。以单片 机为核心，再辅以适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个电梯的信号，具 有成本低、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于实现复杂控制等优点。2方案设计2.1 设计要求(1)设置电梯的内外按键，即电梯外都有上或下的按键，

2、电梯内有楼层的选择 按键。(2)电梯状态要有指示灯显示，即电梯目前运行到达楼层的实时显示，电梯开降的状态显示等。(3)电梯无人时，应默认停在第一层。2.2 系统的结构框图图2-1系统的结构框图如上图2-1所示，楼层电梯呼叫按键就是楼层外面的上行、下行按键，有需 求时即可按下；电梯内呼叫按键就是电梯内部的数字按键，它是内部按键需求的 输入；单片机就是整个系统的核心，接收输入信息，经过处理后输出信息；楼层 显示数码管就是接收单片机处理的信息，显示此时的楼层数；电梯状态指示灯就 是接收单片机处理的信息，显示电梯的状态：上升、下降、停止。电动机的驱动和控制就是接收单片机的PW脉冲信号来控制驱动器，进而

3、控制电动机的正反转, 使电动机牵引电梯做上下运动。2.3 电动机的选择我们选用Y100L24三相异步电动机，因为它还具有性能好、寿命长、可靠性 高、维护方便、启动转矩大等优点，其功能参数为额定电压380V,额定频率50HZ； 额定功率3000W 额定转速1400转/分。2.4 AT89C52 单片机这次设计采用的是 AT89C52I片机，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS位单片机，器件采用ATME心司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和 Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。其外形及引

4、脚排列如图2-2所示：>TXAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2TXAL2P0.3/AD3RSTP0.4/AD4P0.5/AD5AT98C52P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8PSENP2.1/A9ALEP2.2/A10eaP2.3/A11P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0"P3.3/INTTP3.4/T0P1.5P1.6P3.5/T1P1.7P3.6/WRP3.7/RD39-377 竺35-33-23_?2527

5、五10一11112-13卫15317_1918929一931一12 3-4567 8图2-2 AT89C52单片机外形及引脚排列3硬件系统的设计3.1 硬件设计思路电梯最底层为1楼，因此在1楼仅有上升按键，而电梯最高层为6楼，因此6楼 应仅有下降按键。其他楼层则既有上升按键，也有下降按键。在电梯内部按键设置方面，则应有16楼的各层选择按键。按键的一端接地，另一端通过集成电路芯片连至单片机引脚。 这里用五片双4输入与门74LS21实现16个按键对象的集体与运算的最终结果，按键动作最终是送到单片机的INTO端。无论哪一个按键有动作，低电平信号就会送到 IN而端，从而引发外部中断0 服务子程序运行。

6、当定时器0中断时，单片机向电动机发送 PW嘛冲信号，电动 机接到脉冲信号后，经过驱动器的驱动，电动机便牵引电梯上下运动。电梯的楼层显示用七段数码管完成显示。数码管的显示数据通过单片机的P0口来进行传送。电梯升降的状态用上升和下降指示灯来进行显示， 通过单片机的P3.7和P3.6 引脚分别连接上升和下降指示灯的负极，其正极均连接至系统正电源处。3.2 时钟电路XTAL1C130pF20X130pFXTAL2C2图3-1时钟电路图单片机的时钟电路有振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由反相器以及 并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡 脉冲分频，以得到所需要的时钟信

7、号。这次设计选择频率为12MHz勺晶振，当振荡脉冲频率为12MHz寸，一个机器周期为1uso3.3 复位电路VCC RSTR110KC1 10uF图3-2复位电路图复位是单片机的初始化操作，程序给单片机的复位引脚RST加大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。我们采用电平方式的 复位。如图3-2所示，我们通过RS础经由电阻与电源VCC8通而实现，当按键 按下时，RST®为高电平复位。3.4 中断电路各中断的优先级：外部0中断、定时器T0中断、外部1中断、定时器T0中 断、串行发送中断、串行接收中断、定时器 T2中断。图3-3中断电路图中断电路如上图3-3所示

8、。图中外部0中断INT0与74LS21与门相接，低电 平有效，所以当单片机接电源后，P1.0P1.3引脚此时为高电平，当任一按键按 下后，相应的中断输入口直接与地相接，高电平变为低电平，外部 0中断立即响 应，单片机系统进入中断控制子程序系统，在中断服务子程序中做出相应的执行 指令。L1 L2 L3C13.5 电动机正反转控制电路 QMeSB2 C c2*$j*KL图3-4带有联锁的正反控制电路如上图3-4所示，继电接触控制电路，通过接触器、继电器之间的相互联锁， 可以实现多台设备按生产工艺进行工作，是实现自动控制及保护的重要环节。当 接通电源后，闭合负荷开关 QM按下开关SB1,线圈C1得电

9、，使电动机启动，此 时电动机正转。按下开关 SB2线圈C2得电，线圈C1断开，此时电机开始反转。3.6 数码管显示模块LED是Light Emiting Diode （发光二极管）的缩写，发光二极管是可以将电信号转换为光信号的电致发光器件。由条形发光二极管组成“8”字形的LED显示器称数码管。通过数码管中发光二极管的亮暗组合， 可以显示多种数字，字母以及 其他符号。这次设计采用七段数码管。外形如图 3-5所示，即左边的7个引脚跟 单片机P0 口相接，下边的引脚连接地。图3-5七段数码管3.7 按钮控制电路模块图3-6电梯不同楼层的按钮如图3-6所示，按键显示电路模块包括电梯内部的按钮和每层楼的

10、上下按钮， 这些按钮一端与地相接，一端又与单片机和与门74LS21相接，外部0中断低电平 有效，这样可以实现模拟按键的自如操作。3.8 模拟电路图PM I :P25Z! :PR “ P2T L血忙3CX4CHCCTCB 口 B 日 E 口口 1 2 1- 4 S 6 7XTAB.1UP LEDXTA12RSTPP5SW3 PS.ma I22A1D F2JUA1I #2.iWil2F口明 口口 FD H ! F02#lD2 F 口"E ra.4#>Di 陌副95 2丽8 rajjow?P PP阳炉RX 口 F3.IHXP Pl 如 MTD 口;>!行TP3.iHT P3JS

11、fTI035MJF PTF而PSEM ALE 百U2A7glTEHATBSC52，配GAMHl呷改1D上行下行指示灯g，响i LEDD2 LEI>>¥ELL£MAI tTECT'六整呼叫按钮F6下PIO 尸七F2TF3 TO11vTEKTkn上 皙三三<TE<T>F2±-=TB<T>F3±c二楼呼喊幽三榭甲噬期F4下F4±f11 o o-四楼砰叫B语!图3-7模拟电路原理图4软件系统的设计4.1 程序设计思路首先，必须得合理考虑按键的响应问题。一段时间内可能有多个不同的按键 有动作，程序必须记录

12、每一个按键的动作，并根据电梯本身所处的楼层情况与按 键楼层之间的位置关系，合理判断出电梯应当做出上升或下降的响应动作。其次，电梯系统还有一个判断是否无人的情况。即电梯到达某楼层后，其他楼层无按键动作，且电梯内也无楼层选择按键动作，电梯应自动返回到1层等待。然后，两个楼层之间应考虑有一段运行时间，而且也要设置在一个楼层的停留时间。本设计中两个楼层之间的运行时间设为 1s,每层停留时间设为5s。另外, 当电梯上升或者下降时，相应的状态指示灯应及时同步点亮。4.2 程序流程图图4-2启动电梯子程序流程图图4-3选择当前要去楼层子程序流程图本设计程序流程图主要包括主程序流程图、启动电梯子程序流程图、选

13、择当 前要去楼层子程序流程图。如上图所示。5 .电路仿真及调试XTML'IFDJYJlinPD/CEFDJVJUB 口面FJK isrNk心rzrpm 丈g FZaC PN*WA IEF2.-A-CISFZWACflJSTAU rzjirA-sFlairPHLDTIMri.irrawFxvmI*FisrnrniMJFX3TWHM4 r-ifvwnriiriliTH：M.TUhW±4?T Ht-K-t. hh构中MttaP3O53图5-1电梯默认停在一楼解析：如上图5-1所示，电梯没有其他响应时，默认停在一楼，数码管显示1楼。此时各内外按键接地的一侧全部为低电平， 接单片和74

14、LS21与门一侧全部为高电 平，一旦按钮按下，凡是按键所接的引脚全部为低电平，此时外部0中断低电平有效，外部0中断立即响应。当定时器0中断响应后，开始计时并向电动机发送 PW做冲信号，经驱动器驱动后，电动机就会牵引电梯做上升或者下降运动，数 码管收到单片机的控制信号后就会显示楼层的同步变化，相应的上升、下降指示 灯会有所指示。RP1 R0MKfi在3靖疆雄性翻IP 口加虻 FD3PAP3，口 WF FDA'AM FUA吊 WrznzKG烹 P工工工W工工tin中 doFPlLWTKBi piivinn P33TF1P3.VTD MJ-I I 叮MW F37iTTm3s二口不口也雪 F-

15、P-P表"一1 , 008000Jbl( Tii 施乐H 出二根才叫:0物4/石工郭力科则1图5-2电梯处于上行中，经过三楼，上行指示灯亮解析：如上图5-2所示，电梯在四楼及以上有响应，经过三楼，上升指示灯亮。按 键按下后，外部0中断立即响应，去执行外部0中断服务子程序。当定时器T0开 始计数时，并向电动机发送 PW啾冲信号，经驱动器驱动后，此时电机正转，就 会牵引电梯做上升运动，电梯经过三楼，数码管同步显示3楼，上升指示灯亮，下降指示灯灭。RP1MmcTEffrg1£w3c褂WB*1IHW 1«口“怎00 mgAn P 0 FUWMD足国加工 PCCWi.?3

16、PEL -即， PGjVMV 阳口MG 陌琳到rzjru FZ.SMPF2¥i1D*rrjmia 工 JBfM+ranruxi fzvtxp flz-IiT3 faifITlF； -TH FMTI raaFW 37Mr上忖Fli施宅内 A图5-3电梯处于下行中，经过四楼，下行指示灯亮零赢薪潞囱解析：如上图5-3所示，电梯可能没有响应，在四楼以上停了 5s就返回一楼，或者 是在四楼以下有响应，执行外部0中断服务子程序。当定时器T0开始计数时，并 向电动机发送PW脉冲信号，经驱动器驱动后，此时电机反转，就会牵引电梯做 下降运动，电梯下行，经过四楼，数码管同步显示 4楼，上升指示灯灭，下降

17、指 示灯亮。6 .总结这次设计是对传统设计电梯的部分改进，可以降低电梯的设计成本，实现楼 层快速通行的模拟控制。另外由于此次设计实现的功能简单，简化处理了一些实 际情况，没有去考虑电梯在实际应用中的故障问题，以及一些更智能的硬件与软 件的安装与调试。由于时间紧迫，而我能力有限，还有许多功能可以在此基础上进行拓展，例 如可以扩展单片机增加智能识别系统，增加电梯内部的温度控制、增加单片机的 故障预警等一些智能控制系统。随着科技与经济的深入发展，单片机技术的不断进步，以后的电梯控制系统将会越来越智能化，这对提升人们的生活质量有着深 远的意义。此次设计中我也是遇到了各种各样的难题，经过我的努力以及同学

18、的帮助也 是解决了。通过这次的课程设计，使我认识到一个人的能力是有限的，但是一群 人的能力是无限的，在以后的工作和学习中，要勤奋踏实，善于思考，这样才能 在竞争激烈的社会中提升自我的实用价值。最后我还要感谢老师的指点迷津以及细心答疑，这让我受益匪浅。参考文献1王思明，张金敏，苟军年.单片机原理及应用系统设计M.北京：人民邮电出版社，2008.2冯育长，邹小兵.单片机系统设计与实例指导M.西安：西安电子科技大学出版社，2004.附录：源程序代码#include<reg52.h>#define MAXFLOOR 6 unsigned char code LED_CODES=0x3f,0

19、x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d;/电梯外面的按键上下键 sbit F6D=P1A0;sbit F1U=PW1； sbit F2D=PW2; sbit F2U=PW3;sbit F3D=PW4;sbit F3U=PW5;sbit F4D=PW6;sbit F4U=PW7； sbit F5D=P3A0;sbit F5U=P3A1;/电梯内的按键sbit F1=P2A0； sbit F2=P3A3;sbit F3=P3A4;sbit F4=P3A5;sbit F5=P2A1;sbit F6=P2A2;/指示灯 sbit ledu=P3A7;sbit ledd=P3A6;sb

20、it open=P2A3; /开门键sbit close=P0A7; /关门键/电动机的驱动接线 sbit a1=P2A4;sbit a2=P2A5;sbit a3=P2A6;sbit a4=P2A7;表示1为向上，0为向下；stop表电梯是否停止当前楼层要去楼层楼层差（电梯停止依据）：df=|cf-nf|暂存当前楼层（显示码指针）：tf=nfbit dir=1,stop=0; /dirunsigned char nf=1; / unsigned char cf=1; / unsigned char df; / unsigned char tf; /unsigned char flag,cou

21、nt=0; /flag=1表示正在运行；count=乘坐时计数值unsigned int timer1=0,timer2=0; /timeri为楼层间运行时间计数值,为等待计数值unsigned char call_floor7=0,0,0,0,0,0,0; /存储每层楼的信息,人呼叫或者有人前往/主程序void select_next();void step(bit dir);void delay(unsigned int z);void main(void)P0=LED_CODES1;TH0=0x3C;TL0=0xB0;TMOD=0x01;/工作方式 1ET0=1;/允许定时器中断EA=1

22、;/中断总允许EX0=1;/允许外部0中断timer21为有while(1) if(!flag&&!stop) select_next(); step(dir);else if(stop)timer2=0;TR0=1; /决定电梯去哪一层 电梯启动启动定时器/计数器工作IT0=1;/为脉冲触发方式，下降沿有效while(timer2<100&&stop);TR0=0;timer2=0;stop=0;/选择当前要去的楼层子程序void select_next() char i;if(nf=MAXFLOOR)dir=0;else if(nf=1)dir=1;i

23、f(dir=0)if(call_floornf=1) /call_floornf=0;stop=1;return;for(i=nf-1;i>=1;i-) if(call_floori) cf=i;return;dir=1;for(i=nf+1;i<=MAXFLOOR;i+) if(call_floori) cf=i;return;要去的为当前层，即只需延时5s/向下运行时查找下一个要去的楼层/没有向下走的人，即反向运行经过上面的判断此处表示电梯没有人，默认停在一楼dir=0;cf=1;/if(call_floornf=1)call_floornf=0;stop=1;return;for(i=nf+1;i<=MAXFLOOR;i+) if(call_floori)cf=i;return;if(i=7)dir=0;/启动电梯子程序void step(bit dir)if(cf=nf)return;else if(!flag)flag=1;delay(50);if(dir=1) ledu=0;ledd=1; else ledd=0; ledu=1; timer