一款基于單片機(jī)的電梯控制器的設(shè)計(jì)

【摘要】本文介紹了基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用單片機(jī)（89C52）作為控制核心，使用按鍵控制電平的改變，作為用戶請(qǐng)求信息發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)根據(jù)樓層檢測(cè)結(jié)果控制電機(jī)停在目標(biāo)層。軟件部分使用C語(yǔ)言，利用中斷方式來檢測(cè)用戶請(qǐng)求的按鍵信息，根據(jù)電梯運(yùn)行到相應(yīng)樓層時(shí)，光電傳感器產(chǎn)生電平變化，送到單片機(jī)計(jì)數(shù)來確定樓層數(shù)，并送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件采用C語(yǔ)言，程序短小運(yùn)行速度快。

【關(guān)鍵詞】按鍵控制；電梯控制系統(tǒng)；傳感器

1.緒論

20世紀(jì)90年代，國(guó)際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。

電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運(yùn)輸工具、是機(jī)電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。它涉及電子技術(shù)、機(jī)械工程、電力電子技術(shù)、微電腦技術(shù)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和土建工程等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。作為高層建筑物上下交通運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，越來越多的機(jī)電專業(yè)將參與電梯技術(shù)方面的工作，為了掌握電梯的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)就有必要把這龐大的集機(jī)械、電氣、傳感器于一體的產(chǎn)品模擬化，用PLC、單片機(jī)、微機(jī)、變頻器等控制手段去開發(fā)多功能應(yīng)用軟件。

該系統(tǒng)的核心控制芯片選用的是51系列單片機(jī)AT89C52，單片機(jī)在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中的迅猛發(fā)展，與單片機(jī)所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)有關(guān)：

單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。

系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)潔、易行，能方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

由于構(gòu)成的系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)多的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，故具有柔性特點(diǎn)。

本文設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的單片機(jī)電梯控制器，根據(jù)實(shí)際的需求使用了高性能的AT89C52單片機(jī)和專用的顯示、鍵盤控制芯片，配合相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯的實(shí)時(shí)控制。其主要特點(diǎn)有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高等。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯的使用越來越普遍，已從原來只在商業(yè)大廈、賓館使用，過渡到在辦公樓、居民樓等場(chǎng)所使用，并且對(duì)電梯功能的要求也不斷提高，相應(yīng)地其控制方式也在不停地發(fā)生變化。對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器—接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)在電梯控制上的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)在己進(jìn)入全微機(jī)化控制的時(shí)代。電梯的微機(jī)化控制主要有以下幾種形式：①PLC控制；②單板機(jī)控制；③單片機(jī)控制；④單微機(jī)控制；⑤多微機(jī)控制；⑥人工智能控制。隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)與控制的各個(gè)方面。

本設(shè)計(jì)就是使用一片AT89S52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制的；用數(shù)碼管顯示當(dāng)前電梯所在樓層。

具體要求有：

1）用數(shù)碼管顯示當(dāng)前電梯所在樓層；

2）先響應(yīng)早的請(qǐng)求，如有同時(shí)發(fā)出的請(qǐng)求，則先響應(yīng)近處請(qǐng)求。

主要任務(wù)與要求：

設(shè)計(jì)一個(gè)8層自動(dòng)電梯控制器，每層設(shè)請(qǐng)求按鈕開關(guān)，電梯到達(dá)有請(qǐng)求的樓層，則相應(yīng)指示燈滅，電梯門開，開門指示燈亮，5秒后自動(dòng)關(guān)閉，繼續(xù)運(yùn)行。

本設(shè)計(jì)電路框圖如圖1所示，具體電路原理圖如圖2所示。

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心控制，數(shù)層請(qǐng)求用按鍵實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹挥?層，按鍵較少，因此采用非編碼鍵，電梯樓層用一位7段數(shù)碼管顯示，電梯樓層請(qǐng)求顯示使用8個(gè)LED指示燈。電梯驅(qū)動(dòng)采用雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298驅(qū)動(dòng)器。

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件是為硬件服務(wù)的，只有硬件在軟件的指揮下，按預(yù)定的目的工作，整體才會(huì)發(fā)揮其作用，軟件設(shè)計(jì)要依據(jù)硬件實(shí)現(xiàn)的功能而定。

該軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，程序短小，運(yùn)行速度快。其程序流程如圖3所示。

4.系統(tǒng)仿真與調(diào)試

1）系統(tǒng)仿真的平臺(tái)及功能

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真平臺(tái)有兩個(gè)常用的工具軟件：KeilC51和ProteusISIS。前者主要用于單片機(jī)C語(yǔ)言原程序的編輯、編譯、鏈接以及調(diào)試；后者主要用于單片機(jī)硬件電路原理的設(shè)計(jì)以及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試。

2）仿真結(jié)論

在PROFEUS環(huán)境，運(yùn)行電梯控制器系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)，每層設(shè)請(qǐng)求按鈕開關(guān)，電梯到達(dá)有請(qǐng)求的樓層，則相應(yīng)指示燈滅，電梯門開，開門指示燈亮，5秒后自動(dòng)關(guān)閉，繼續(xù)運(yùn)行。

電梯的初始狀態(tài)時(shí)，電梯停在一樓，如圖4所示：

當(dāng)六樓有人按鍵請(qǐng)求上樓時(shí)，電梯運(yùn)轉(zhuǎn)到達(dá)六樓；電路仿真圖如圖5所示：

電梯在一樓時(shí)，如果有“2”“7”樓層同時(shí)請(qǐng)求，則電梯先到達(dá)二樓再到達(dá)七樓，其電路仿真如圖6和圖7所示。

通過電路仿真，本設(shè)計(jì)完成了要求實(shí)現(xiàn)的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]陳家盛.電梯結(jié)構(gòu)原理及安裝維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]馮曉，劉仲恕.電機(jī)與電氣控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]張玉蓮.傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[4]魏孔平，朱蓉.電梯技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[5]辛建國(guó).電梯電路圖集與分析[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2007.

[6]何立民主編.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1993.

[7]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997.

[8]李光飛.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1997.

[9]王淑芳.電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2008.

[10]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：測(cè)試（第二版）[M].華中科技大學(xué)出版社，2008.

[11]謝淑如，鄭光欽，楊渝生.Protel PCB 99SE電路版設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2008.