单片机电梯控制系统设计

1、单片机电梯控制系统设计,毕 业 设 计（论 文）,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，在现代社会中电梯已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。 基于单片机的电梯智能控制系统的设计分别从系统要求、硬件设计、软件设计等几个部分设计，介绍了以

2、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本功能,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,Based on SCM elevator control system of intelligent design,Abstract: With the improvement of the modernization of our country. The elevator has bec

3、ome an important tool for high-rise buildings. It is safe, reliable and vertical fluctuation in high buildings, which works both in improving working conditions and reduces labor intensity. At the same time, the elevator makes our life much easier and provides a powerful guarantee for the modernizat

4、ion in our country. Applications of elevators are wide. We can see them in hotels, restaurants, office buildings, shopping, entertainment, warehouses and residential buildings. Therefore, elevators have become an indispensable facility to us, Using single-chip microcomputer control of elevator has a

5、 low cost, versatility, flexibility and easy to realize complex control, EST. Based on SCM elevator control system of intelligent design separately form the system requirements and hardware design, software design and so on several parts design, introducing the AT89C51 series microcontroller as the

6、core, and combined with 74LS245 and LED etc chip and with matching assembler language software on concrete realization method of the elevator simulation, this method can not only realize the basic function of the elevator, and can set the elevator nonstop, abrupt stop, blackouts, thus, can repair fu

7、nction such as the realization of elevator intelligent control and the corresponding optimal route choice, improve elevator utilization. Key Words: Microcontroller; Elevator; System; Control.,1.概 述,1.1 课题研究背景与意义 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。 目前，由可编程控制器（PLC）或微型

8、计算机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境，所以现在的电梯控制系统主要还是由可编程控制器控制。但是由于PLC的针对性较强，每一台PLC都是根据一个设备而设计的，所以价格比较昂贵。而单片机的价格相当便宜，如果在抗干扰功能上有所提高的话完全可以代替PLC实现对工控设备的控制。 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

9、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。,1.2 课题设计内容 本课题的主要任务是完成一个电梯系统的智能控制模块，即根据每个楼层不同顾客的按键要求，让电梯做出合理的判断，正确高效的指导电梯完成各项载客任务。设计基于单片机的电梯智能控制系统的硬件电路与软件程序，给出硬件系统的电路原理图与PCB图，对硬件电路与软件分别进行调试，得到调试成功的基于单片机的电梯智能控制系统。 根据此任务，本课题需要研究的内容有： 1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计； 2、学习单片机的相关知识，并且加以运用； 3、选择适当的芯片，并对其内部

10、协议有所掌握，便于应用。 4、研究单片机C语言编程，并且规定电梯的工作规则，用C语言加以实现； 5、对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。,图2-1 硬件结构框图,2. 硬件设计 基于单片机智能控制系统的设计系统电路原理图如下2-2所示。系统由控制模块，LED显示模块，电源模块三部分组成。,图2-2 基于单片机智能控制系统的设计系统电路原理图,图2-2 基于单片机智能控制系统的设计系统电路原理图,2.1 控制模块,控制模块原理图如图2-3所示。主控制器采用AT89C51。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。它具有

11、4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。 在本设计中，P1口用于对电梯按钮的控制，连接输入设备。P3口用于对LED点阵显示器的控制。P0口用于连接锁存器74LS245，以保护单片机的输出端口。,图2-3 控制模块原理图,2.2按键模块 乘客可由按键控制电梯上升下降，按下对应楼层按键，点阵屏数字将从当前位置向下或向上平滑滚动显示到指定楼层位置。,图2-4 按键模块原理图,2.3 LED显示模块 LED输出显示模块如图2-5所示，采用LED点阵显示器，其中点阵列接单片机P3口，行接锁存器

12、74LS245。在单片机的输出口接驱动电路74LS245，以保护单片机的输出端口。,图2-5 LED输出显示模块,2.4 电源电路 电源电路如图2-6所示。整个系统采用的电源电压只需+5V电压，将交流电经变压器变换为12V交流电，再用整流桥得到8.5V左右的直流电，采用不可调的3端稳压器件LM7805将电源稳定在5V直流输出。,图2-6 电源电路,2.5 硬件电路中器件选择,A. AT89C51单片机 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存

13、储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。 本设计采用AT89C51，它提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有

14、部件的工作直到下一个复位,2-7 AT89C51引脚,VCC：电源电压 GND：地 P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。 P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有

15、电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。 P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。 P3口：P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路

16、。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能,P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。 ALE/ ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输

17、入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号不出现。 EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则

18、执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。 XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生线路的输入端。使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。 XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容。,如下表所示：,表2-1,B.74LS245 74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路相同三态双向总线收发器，可双向传输数据。 74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0口最大负载

19、能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收） DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高组态。 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245d 三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连，E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR,使得RD且PSEN有效时，74LS245输入(P0.1D1),其他时间处于输出（P01D1）。,图2-874LS245,C.LED点阵 显示屏是由发光二极管行列组成的LED点阵模块组成显

20、示屏体。本设计中选择8*8的点阵是由64个发光二极管按规律组成的。如图2-10。,图2-9 LED点阵外观,图2-10 LED点阵内部结构,3. 软件设计,图3-1 电梯智能控制功能实现流程图,3.1 主程序模块 系统主程序主要用于变量及其他部件的初始化，如定时器T0的初始化，以便能够准确的进行相应的操作。同时进行相应的功能键判断，从而实现特殊功能。其相应的流程图如下：,3-2主程序流程图,3.2 判断子程序 系统判断子程序的相应流程图如3-2图所示。 在相应的中断子程序中，需要进行相应楼层的逻辑判断，尤其是两个楼层申请的时候，一般都需要根据现在的楼层状态以及相应的升降标志位进行相应的处理，例

21、如在上升状态时，若第二个楼层的申请较第一个申请离现在的楼层状态更近，则应先响应第二个申请的响应，然后再对第一个申请进行响应；若有楼层申请在当前楼层的下面，也应根据升降的标志位进行判断，如果是上升状态，应先响应上面的楼层，然后再响应其他的申请。当然，如果处于下降状态，则以相反的顺序进行响应。这里只是两个楼层申请时的讨论。当有更多楼层响应时，还需进一步进行逻辑的思考与判断。,图3-3 判断子程序流程图,4. 系统调试 根据前述第2大节中硬件和软件设计，制作了基于单片机的电梯智能控制系统样机实物。对样机的硬件和软件分别进行了调试，最后进行了软件、硬件联调。 4.1 硬件调试 4.1.1 静态检查 根

22、据硬件电路图核对了元器件的型号、极性，安装是否正确，检查硬件电路连线是否与电路原理图一致，检查电路元器件是否都已经连接好，用万用表一一测试。 4.1.1 通电检查 首先调试电源部分。整个电路只需要+5V的电压，接上电源，将220V交流电通入，测试变压器的输出端，整流桥输出，LM7805的输出电压是否和理论计算值一致，再用示波器检测单片机的复位和晶振电路是否有复位信号和振荡信号。 4.2软件调试及软硬件联调 对软件先用仿真器进行了调试。用仿真器运行正常后，再用烧写器将程序烧到AT89C51单片机中，进行了脱机调试。,5 结 论 本文对电梯控制系统这一毕业设计做了详细的报告与总结，其中包括硬件部分

23、与软件部分两大模块，而且对其中各个重要的子模块加以了重点详细地说明。 （1）经验证，本设计所设计的电梯完全符合当初的预想，该电梯的调度完全符合高效、省时、人性化的特点。运行结果完美无误，可以作为真实电梯的调度系统使用。 （2）本毕设的主导思想是：当有顾客按下按键呼叫电梯时，运用单片机的中断，将该信息传递给单片机，从而单片机置位相关的状态参量，为电梯判决函数的判断提供依据，然后单片机再实时地控制82C55点亮或者熄灭相关发光二极管。其中，单片机中断系统是基础，对82C55与8279的寄存器读写是基石，电梯运行函数为主导，电梯目标楼层判决函数为关键与核心。,(3)本程序的编写不仅仅是为了应对八层楼

24、的电梯，更多层的电梯也可以实现，比如8279可以控制64各按键，如果对单片机的其他I/O再进行扩展的话，可以实现十几层电梯的需求。当然，如果更高层的电梯，就会受到单片机管脚资源的限制了。而程序本身的思想本身是可以支持更多层电梯的运行调度的，如果用其他管脚多的处理器的话（如ARM型处理器），则这一设想完全可以实现。 (4)本设计还是有些不足之处的，比如这只是单个电梯在运行，如果某些大楼载客量过多时，当然无法满足需求，故我想以后可以设计出两个轿厢的电梯，这样两者相互补充，可以满足更多要求，使顾客更方便。当然难度也是有的，它们之间需要共同维护一些变量，都会带来一些未知的麻烦等等，但我想只要去思考，总会可以找到解决之路的。,参考文献 1 何立民.单片机应用技术选编M.北京：北京航空航天大学出版社，1999. 2 陈小忠.单