電梯設(shè)計論文 基于單片機控制的電梯控制器

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1、 單片機原理與應用技術(shù) 課程設(shè)計報告（論文） 題目 基于單片機控制的電梯控制器 專業(yè)班級： 電氣123班 姓　　名： 桑廣濤 時 間： 2014-11-24---2014-12-8 指導教師： 孔曉紅 2014 年 12 月 8 日 電梯控制器課程設(shè)計任務(wù)書 1．設(shè)計目的與要求 1.1 基本功能

2、 （1）顯示:本設(shè)計要求實現(xiàn)6層控制,實時顯示電梯所在樓層位置。 （2）升降控制:采用一臺電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)電梯的升降。 （3）具備不可逆響應的功能： 　　 電梯上升途中只響應上升呼叫,下降途中只響應下降呼叫,任何反方向呼叫均無效。 1.2 擴展功能 （1）可增加人性化的按鍵語音服務(wù)功能。 （2）可增加遙控或感應操作功能。 2．設(shè)計內(nèi)容 （1）畫出電路原理圖，正確使用邏輯關(guān)系； （2）確定元器件及元件參數(shù)； （3）進行電路模擬仿真； （4）SCH文件生成與打印輸出； 3．編寫設(shè)計報告 　寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。 4．答辯 　在規(guī)定時間

3、內(nèi)，完成敘述并回答問題。 目錄 1 引言 3 2 總體設(shè)計方案 3 2.1 設(shè)計思路 3 2.2 總體設(shè)計框圖 3 3 電梯控制系統(tǒng)原理分析 4 3.1 控制電路的設(shè)計 4 3.1.1 電梯內(nèi)部呼叫電路和電機狀態(tài)顯示電路 4 3.1.2 電梯外部呼叫電路 5 3.1.3 電機控制電路 5 3.2 樓層顯示電路 5 3.3 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 6 4 程序流程圖 6 5 總結(jié)與體會 7 參考文獻 8 附錄一：電路總原理圖 9 附錄二：PCB板 10 附錄三：程序清單 11

4、 1 題目 基于單片機控制的電梯控制器 班級姓名 電氣123 桑廣濤 摘要：隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)，自動控制技術(shù)同樣得到了迅速的發(fā)展，電梯開始成為人們生活中的一種重要交通工具，本設(shè)計選擇AT89C52為核心控制元件，通過各個獨立單元的設(shè)置，設(shè)計一個六層電梯控制系統(tǒng)，通過控制電機的正反轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)電梯的升降，試驗中利用兩個二極管來代替電機，通過二極管的亮滅來判斷電梯的運行狀態(tài)，對于程序則使用C語言進行編程，實現(xiàn)運送乘客到任意樓層，并且實時顯示電梯的樓層和電梯的上下情況。實際生活中單片機具有成本低，通用性強，靈活性大以及易于實現(xiàn)復雜控制等優(yōu)點。因此得以

5、被廣泛應用于我們?nèi)粘Ｉ钪小? 關(guān)鍵詞：AT89C52 LED顯示 電機正反轉(zhuǎn)控制 樓層顯示 1 引言 隨著人們生活水平的不斷提高和國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展。各大城市建筑物在不斷向高層化發(fā)展。因此電梯在我們的生活中起著舉足輕重的作用。電梯已不僅是一種生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備,更是一種人們生活中重要的的交通運輸設(shè)備。因此電梯控制技術(shù)也在不斷的進步和完善，常用的控制技術(shù)主要的有兩種技術(shù)：基于PLC控制和基于單片機控制兩大技術(shù)。用PLC控制的電梯性能可靠、穩(wěn)定，但是造價太高;基于單片機控制的電梯可以大大的降低成本而且運行也較可靠，所以現(xiàn)在電梯控制中大多數(shù)采用單片機控制。 目前大型樓宇的電梯自動控

6、制系統(tǒng)一般是基于PLC,但是在一些干擾較少、層數(shù)較少、控制精度要求不高、且人員不乘的情況下，使用單片機是十分適合的，雖然它的抗干擾及穩(wěn)定性上比不上PLC，但是它的價格、體積及靈活性是PLC比不上的。 本文基于單片機89SC51來控制各部分電路，采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可大大降低成本，而且做成專用控制系統(tǒng)，程序被固化，加強了保密性，提高了可靠性。 2 總體設(shè)計方案 2.1 設(shè)計思路 本次設(shè)計的基本思想是采用AT89C52單片機作為核心，根據(jù)輸出信號來控制電路的整體運行，同時利用其豐富的I/O接口與外圍電路配合進行控制。采用LED靜態(tài)顯示來實時顯示電梯所在樓層，并用74LS245來驅(qū)

7、動LED顯示。采用行列式鍵盤矩陣作為外呼內(nèi)選電路，采用定時器延時來控制電梯的位置校驗，當電梯到達目的樓層時電機停止運行，此時即可進、出乘客，乘客進入電梯之后可選擇去哪一層，然后電梯根據(jù)乘客的選擇判斷去哪一層，繼續(xù)運行。通過單片機控制電梯，在上升過程中只響應上升呼叫，下降過程中只響應下降呼叫，只響應同方向的呼叫，反方向呼叫無效。 2.2 總體設(shè)計框圖 此電路方框圖如圖1所示，電路由鍵盤電路、單片機最小系統(tǒng)電路、樓層顯示電路、電機狀態(tài)顯示電路、電機控制電路5部分構(gòu)成。其中單片機最小系統(tǒng)主要由復位電路和時鐘電路組成。電路復位后樓層顯示數(shù)字1 表示電梯此時在一樓，顯示電路通過74ls164串入并出

8、驅(qū)動8位數(shù)碼管顯示，如有操作者在廂外呼叫，由外呼叫電路把信號輸入單片機，當車廂來到呼叫層（由定時器定時電路判斷，電機控制電路控制電機的正反轉(zhuǎn)），則打開電梯門，人進入后關(guān)門。操作者通過選層電路把目的層告知單片機，控制電機把操作者送到目的樓層。系統(tǒng)等待下次呼叫。系統(tǒng)的正常工作由時鐘電路來保證。顯示電路實時顯示電梯所在的樓層位置，每層之間通過8秒延時控制即每延時8秒表示電梯走了一層。電梯狀態(tài)是通過兩個發(fā)光管顯示的，綠燈亮表示電梯在向上運行，黃燈亮表示電梯在向下運行。鍵盤電路采用獨立鍵盤（共12個按鍵），其中6個按鍵是各層樓外呼按鍵，6個表示電梯內(nèi)部的選擇鍵。電梯的正常工作是通過對單片機寫入程序控制的

9、?？傮w設(shè)計方框圖如下所示： 樓層顯示電路 AT89C52 時鐘電路 電機控制電路 復位電路 鍵盤電路 電機狀態(tài)顯示 圖1.總體設(shè)計方框圖 3 電梯控制系統(tǒng)原理分析 3.1 控制電路的設(shè)計 3.1.1 電梯內(nèi)部呼叫電路和電機狀態(tài)顯示電路 電梯設(shè)計原理是通過對按鍵的控制，從而顯示相應的樓層，把人送到自己想去的樓層，而按鍵的控制分為內(nèi)部按鍵和外部按鍵，一部分是電梯外部的人對電梯控制使電梯得到響應，一部分是電梯內(nèi)部

10、的人對其控制使其得到響應，如圖2，六個目標樓層選擇按鍵K1、K2、K3、K4、K5、K6與單片機P0口的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5連接（P0口作為輸出端驅(qū)動外部電路時須外接上拉電阻）。電機狀態(tài)是通過兩個發(fā)光管顯示的，綠燈、紅燈與單片的P1.6、P1.7連接（須外接上拉電阻），用于顯示電梯的運行狀態(tài)，人進入電梯內(nèi)按下要去的樓層對應的按鍵，就會控制電機轉(zhuǎn)動，達到相應樓層。 K1:一樓內(nèi)部向下呼叫按鍵，此鍵按下表示電梯中的人想去的目的樓層時1樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 K2:二樓內(nèi)部呼叫按鍵，當電梯處于上升狀態(tài)時，表示此時一樓的人想要去二樓

11、；當電梯處于下降狀態(tài)時，表示此時二樓以上中某個樓層的人想要到達二樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 K3:三樓內(nèi)部呼叫按鍵，當電梯處于上升狀態(tài)時，表示此時一樓或者二樓的人想要去三樓；當電梯處于下降狀態(tài)時，表示此時三樓以上中某個樓層的人想要到達三樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 K4:四樓內(nèi)部呼叫按鍵，當電梯處于上升狀態(tài)時，表示此時一樓，二樓和三樓的人想要去四樓；當電梯處于下降狀態(tài)時，表示此時五樓和六樓某個樓層的人想要到達四樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 K5:五樓內(nèi)部呼叫按鍵，當電梯處于上升狀態(tài)時，表示此時一樓，二樓，三樓和四樓的人想

12、要去五樓；當電梯處于下降狀態(tài)時，表示此時六樓的人想要到達五樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 K6:六樓內(nèi)部向上呼叫按鍵，此鍵按下表示電梯中的人想去的目的樓層時六樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 內(nèi)部電梯呼叫按鍵如圖所示： 圖2.電梯內(nèi)部呼叫電路和電機狀態(tài)顯示電路 3.1.2 電梯外部呼叫電路 電梯外部呼叫電路如圖3所示，按鍵s1out，s2out，s3out，s4out，s5out,分別與單片機的p2.4，p2.3，p2.2，p2.1，p2.0口相連，若按下上升鍵，則電梯在上升過程中只響應上升呼

13、叫，下降按鍵呼叫無效；反之亦然。 S1out：此按鍵按下表示此時一樓有人呼叫，想要去以上樓層，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層 S2out：此按鍵按下表示此時二樓有人呼叫，如若二樓向下按鍵，則表示二樓的人想要去一樓；如若二樓向上按鍵，則表示二樓的人想要去二樓以上樓層，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 S3out：此按鍵按下表示此時三樓有人呼叫，如若三樓向下按鍵，則表示三樓的人想要去一樓或者二樓；如若三樓向上按鍵，則表示三樓的人想要去三樓以上樓層，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 S4out：此按鍵按下表示此時四樓有人呼叫，如若四樓向下按鍵，則表示

14、四樓的人想要向下；如若四樓向上按鍵，則表示四樓的人想要去五樓或者六樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 S5out：此按鍵按下表示此時五樓有人呼叫，如若五樓向下按鍵，則表示五樓的人想要向下；如若五樓向上按鍵，則表示五樓的人想要六樓，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 S6out：此按鍵按下表示此時六樓有人呼叫，表示想去以下樓層，單片機根據(jù)此信號控制電梯的運行以到達目的樓層。 本實驗由于部分功能未能實現(xiàn)，在這里只列出了外部六個按鍵的設(shè)置。 外部電梯呼叫如圖所示： 圖3.電梯外部呼叫電路 3.1.3 電機控制電路 電機采用普通直流電機

15、，直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。用電機驅(qū)動芯片L298來驅(qū)動。電機控制電路用來控制電機的正反轉(zhuǎn)，當按下上升鍵時，電機正轉(zhuǎn)，按下下降鍵時，電機反轉(zhuǎn)。電路如圖4所示。 圖4.電機控制電路 3.2 樓層顯示電路 顯示電路是根據(jù)數(shù)碼管的狀態(tài)顯示進而讓我們知道電梯此刻的狀態(tài)，本實驗中我們用一個八段數(shù)碼管來實現(xiàn)，根據(jù)數(shù)碼管的數(shù)字顯示讓我們知道我們需要的目的樓層，我們用74ls164驅(qū)動數(shù)碼管，其管腳1、2接單片機P3.0口，管腳8接P3.1

16、口，通過3,4,5,10,11,12,13各個口的輸出狀態(tài)進而起到對數(shù)碼管的顯示控制作用。數(shù)碼管的9,10兩個引腳接高電平用于保證數(shù)碼管的工作。 電路如圖5所示 圖5.顯示樓層電路 3.3 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 單片機的最小系統(tǒng)是控制單片機工作的核心部分，用于控制單片機的工作和脈沖的變化，進而實現(xiàn)對其設(shè)計功能的實現(xiàn)，而此電路組主要包括復位電路和時鐘電路兩部分，其中復位電路采用按鍵手動復位和上電自動復位組合，電路如圖6（左）所示：其中9 腳為單片機的復位端，接單片機的RST端，通過對按鍵的控制實現(xiàn)電路的復位。時鐘電路如圖6（右）所示，主要由晶振和電容構(gòu)成，此晶振采用的是12MHZ

17、的，電容則為30PF，電路的XATL2和XATL1端分別與單片機的18和19腳相連. 圖6.最小系統(tǒng)電路 4 程序流程圖 程序流程圖是設(shè)計的核心部分，可以簡單明了的反應出設(shè)計的思路，本實驗是基于單片機的電梯控制設(shè)計，電梯共六層，通過對按鍵的掃描來判斷是否有按鍵的按下，從而是單片機響應控制電機的轉(zhuǎn)動，圖7則為電梯設(shè)計流程圖。 程序如下圖： 調(diào)用選擇當前要去的樓層子程序 停留8s 電梯未運行或仍在運 行之中 電梯已到達相應的目的層？ 是 否 是 否 電梯啟動此時顯示一樓 圖7.程序流

18、程圖 5 總結(jié)與體會 實習已接近尾聲，通過這次實習，讓我明白了很多，也學會了很多，從最初剛剛拿到課題時的茫然，過度到每天都與圖書館打交道，查閱各種資料，將實習中遇到的難題各個擊破，這其中充滿了挑戰(zhàn)和艱辛，可是這些都無所謂，因為更多的則是我們克服難題時的興奮和獲得知識的喜悅，我們的設(shè)計為電梯控制，從最初程序的編譯到電路的仿真，以至于最后的實物成形，中間不僅融匯了我們對基礎(chǔ)知識的應用還有對計算機軟件的學習，當然期間也遺忘了很多東西，不過經(jīng)過與同學之間的討論和老師悉心的指導以及自己的細心摸索，總算是完成了制作，電梯的仿真結(jié)果功能實現(xiàn)了，可是等到實物出來測試時，并沒有實現(xiàn)應有的結(jié)果，這讓我認識到了

19、理論與實際的差距，更讓我懂得了在今后的學習生活中要認識到理論與實際結(jié)合的重要性，在學習基礎(chǔ)理論的同時，要重視實際的應用，從而把知識學習的更加牢固。 參考文獻 [1] 劉瑞新.單片機原理及應用教程［Ｍ］.機械工業(yè)出版社， 2003.7 [2] 趙曉安. MCS-51單片機原理及應用. 天津大學出版社，2001.3 [3] 夏繼強. 單片機實驗與實踐教程. 北京：北京航空航天大學出版社, 2001 [4] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)［Ｍ］.北京：北京航空航天出版社，2005.10 [5] 肖洪兵. 跟我學用單片機. 北京：北京航空航天大學出版社,2002.8 [6] 曹巧媛

20、.單片機原理及應用［Ｍ］.大連.大連理工大學出版社，1996.5 [7] 葉挺秀.應用電子學［Ｍ］.杭州：浙江大學出版社，1994 [8] 朱承高.電工及電子技術(shù)手冊［Ｍ］.北京：高等教育出版社，1990 [9] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版社，2006 [11] 唐俊翟.單片機原理與應用［Ｍ］.冶金工業(yè)出版社， 2003.9 [13] 劉瑞新.單片機原理及應用教程［Ｍ］.機械工業(yè)出版社， 2003.7 [14] 吳國經(jīng).單片機應用技術(shù)［Ｍ］.中國電力出版社， 2004.1 [15] 何立民.單片機應用系統(tǒng)設(shè)計［Ｍ］.北京航空航天出版社， 199

21、5 附錄一：電路總原理圖 附錄二：PCB板 附錄三：程序清單 #include #include"電梯.h" 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 LedDown=P0^6; sbit LedUp=P0^7; sbit up1=P2^0; sbit up2=P

22、2^1; 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; void DianTiKey(); #define uchar unsigned char char

23、KeyValueOld; //內(nèi)部按鍵上次值 char KeyValueOOld; //外部按鍵上次值 char NowFloor; //當前所在樓層 char KeyValue; //電梯內(nèi)部按鍵暫存值 char KeyValueO; //電梯外部按鍵暫存值 char GoFloor[5]; char t; uchar code play[]={0xff,0xd7,0x32,0x92,0xd4,0x98,0x18}; //串口顯示字型碼 unsigned int TimeValue; // 定時器計數(shù) char Num; void

24、 delay(unsigned int a) { // unsigned int i; TH0=(65535-10000)/256; TL0=(65535-10000)%256; TimeValue=0; TR0=1; while(TimeValue

25、=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; dela

26、y(5); } t=0; // d11=1,d12=1,d21=1,d22=1; LedDown=1; LedUp=1; } void XiaJiang() { int i; t=10; LedDown=0; LedUp=1; for(i=0;i<10;i++) { d11=0,d12=0,d21=0,d22=1; delay(5); d11=0,d12=0,d21=1,d22=1; delay(5); d11=0,d12=0,d21=1,d22=0; delay(5); d11=0,d12=

27、1,d21=1,d22=0; delay(5); d11=0,d12=1,d21=0,d22=0; delay(5); d11=1,d12=1,d21=0,d22=0; delay(5); d11=1,d12=0,d21=0,d22=0; 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 Go() //電梯內(nèi)部按鍵響應程序 { char tem

28、p; if(KeyValue!=KeyValueOld) { KeyValueOld=KeyValue; temp=NowFloor-KeyValue; if(t==0) { if(temp>0) //電梯執(zhí)行上升 { while(temp>0) { ShangSheng(); Num++; if(GoFloor[Num]!=0) { if(((GoFloor[Num]&0x01)+(GoFloor[Num]&0x04))>0); } temp--; SBUF=

29、play[--NowFloor]; while(!TI); TI=0; } NowFloor=KeyValue; } if(temp<0) //電梯執(zhí)行下降 { while(temp<0) { XiaJiang(); temp++; SBUF=play[++NowFloor]; while(!TI); TI=0; } NowFloor=KeyValue; } } } } void OutK

30、ey() //外部按鍵響應程序 { char temp; if(KeyValueO!=KeyValueOOld)//按鍵是否按下 { KeyValueOOld=KeyValueO; temp=NowFloor-KeyValueO; if(t==0) { if(temp>0) //電梯執(zhí)行上升 { while(temp>0) { ShangSheng(); temp--; SBUF=play[--NowFloor]; while(!TI);

31、 TI=0; } NowFloor=KeyValueO; } if(temp<0) //電梯執(zhí)行下降 { while(temp<0) { XiaJiang(); temp++; SBUF=play[++NowFloor]; while(!TI); TI=0; } NowFloor=KeyValueO; } } } } void DianTiKey() //電梯按鍵掃描函數(shù)

32、 { switch(~P0) { case 0x01:KeyValue=1;GoFloor[0]|=4;break; case 0x02:KeyValue=2;GoFloor[1]|=4;break; case 0x04:KeyValue=3;GoFloor[2]|=4;break; case 0x08:KeyValue=4;GoFloor[3]|=4;break; case 0x10:KeyValue=5;GoFloor[4]|=4;break; case 0x20:KeyValue=6;GoFloor[5]|=4;break; case 0

33、x40:break; case 0x80:break; } if(t==0) { switch(~P2) //上升按鍵掃描 { case 0x01:GoFloor[0]|=1;KeyValueO=1;break;//1樓呼叫上升 case 0x02:GoFloor[1]|=1;KeyValueO=2;break;//2樓呼叫上升 case 0x04:GoFloor[2]|=1;KeyValueO=3;break;//3樓呼叫上升 case 0x08:GoFloor[3]|=1;KeyValueO=4;break;//4

34、樓呼叫上升 case 0x10:GoFloor[4]|=1;KeyValueO=5;break;//5樓呼叫上升 case 0x20:GoFloor[0]|=2;KeyValueO=2;break;//2樓呼叫下降 case 0x40:GoFloor[1]|=2;KeyValueO=3;break;//3樓呼叫下降 case 0x80:GoFloor[2]|=2;KeyValueO=4;break;//4樓呼叫下降 } if(!down6) { GoFloor[4]|=2; //6樓呼叫下降

35、 KeyValueO=6; } if(!down5) //5樓呼叫下降 { GoFloor[3]|=2; KeyValueO=5; } } else { if(t==11) //電梯在上升時響應上升呼叫 switch(~P2) //上升按鍵掃描 { case 0x01:GoFloor[0]|=1;KeyValueO=1;break;//1樓呼叫上升 case 0x02:GoFloor[1]|=1;KeyValueO=2;break;//2樓呼叫上升

36、 case 0x04:GoFloor[2]|=1;KeyValueO=3;break;//3樓呼叫上升 case 0x08:GoFloor[3]|=1;KeyValueO=4;break;//4樓呼叫上升 case 0x10:GoFloor[4]|=1;KeyValueO=5;break;//5樓呼叫上升 } else if(t==10) //電梯在下降時響應下降呼叫 { switch(~P2) { case 0x20:GoFloor[0]|=2;KeyValueO=2;break;//2樓呼叫下降 cas

37、e 0x40:GoFloor[1]|=2;KeyValueO=3;break;//3樓呼叫下降 case 0x80:GoFloor[2]|=2;KeyValueO=4;break;//4樓呼叫下降 } if(!down6) { GoFloor[4]|=2; //6樓呼叫下降 KeyValueO=6; } if(!down5) { GoFloor[3]|=2; KeyValueO=5; } } } } v

38、oid start() SCON=0X00; TMOD=0X01; ET0=1; EA=1; TI=0; NowFloor=1; KeyValueOld=KeyValueOOld=KeyValue=KeyValueO=1; pwm1=pwm2=1; SBUF=play[1]; while(!TI); TI=0; } void main() { start(); while(1) { DianTiKey(); OutKey(); Go(); } } void t0() interrupt 1 { TH0=(65535-10000)/256; TL0=(65535-10000)%256; TimeValue++; } 18