基于單片機的電梯模擬控制系統

張亞男

（甘肅畜牧工程職業技術學院電子信息工程系，甘肅武威 733006）

0 引言

電梯在各大高層建筑中已起到極其重要的作用，已成為非常關鍵的大型運輸設施，既實現了機電一體化，且內部系統結構也非常龐大，且具有較高的復雜性。由于使用時是封閉狀態，因此無法通過外部對電梯的結構和運行規律進行深入了解。而且電梯中的井道都很深，大部分器件都安裝于井道內部，所以具有一定的危險性。由于電梯為不同的計算機控制技術與應用提供了良好的條件，也讓相關專業的教學與研究得以有效開展，所以對于研發出有助于教學與科研，并具有較高安全與經濟性的高性能電梯控制仿真系統來說，顯得極其重要。

1 模擬控制系統內部的整體結構

模擬控制系統是對PC（Personal Computer）機與單片機的相關系統進行模擬，由此形成的一臺能夠真正運行的電梯，將計算機模擬成電梯當中的轎廂與井道。單片機電梯模擬控制系統主要是模擬使用電梯時對相應指令信息的輸入，并把此信息傳遞到PC機上；上位機軟件主要是對所接收到的相關指令信息加以及時的處理，然后把信息的最終處理結果提供給模擬電梯運行的模塊界面以及單片機的系統當中，最后把模擬的結果以報告文件的形式輸出。在模擬電梯運行的模塊界面中會顯示相關的按鈕，這些按鈕能夠很好的代替在下位機系統當中使用電梯時要用到的指令按鍵，單獨實施電梯控制的運行模擬。上位機軟件還能對電梯的速度曲線加以模擬，以固定的相關參數為依據顯示出速度曲線，同時以報告文件的形式輸出；對建筑中的電梯系統在輸送的能力方面進行分析，同時輸出相應的報告文件；對于電梯的設置和選用方面，能夠配置適合該建筑的電梯系統，同時將報告以文件的形式輸出。

2 控制系統當中的設計工作

2.1 控制功能方面的基本要求

（1）電梯在沒有控制人員的情況下，要完全能夠自動對電梯內部以及門廳下達相應的指令。

（2）在電梯系統上電之后，如果產生了呼梯信號，那么電梯必須能夠自動的響應對應的召喚信號。

（3）電梯到站的時候要能夠自動進行平層的開門操作，超時要自動實施關門或手動開門與關門的操作。

（4）要能夠根據轎廂內部與外部的相應召喚指令信號實施自動化的定向操作，并自動選擇做好的運行路徑，使等候的時間不會過長。

（5）電梯在運行的過程中必須具備順向截梯的功能，同時只單純的記住反向的呼梯信號。

（6）在電梯運行到頂層或底層的時候，要能自動停止并且改變運行的方向。

（7）轎廂內部和門廳必須要準確的顯示出有樓層信息，以及當前運行的方向。

（8）要有IC卡管理的功能，設定持卡者只能上升到指定的樓層。

（9）要具備語音提示的功能。

2.2 電梯運行模擬軟件中的基礎模塊

按照電梯控制的相關要求，電梯在被邏輯性的控制程序進行操控時，要能上下來回的運行，流程依次為對指令進行登記、判定當前的運行方向、實施運行操作、在運行的過程當中順向的截梯、對廳呼梯信號、轎廂內部記住相應的指令等。仿真軟件的控制項由層站、轎廂及狀態信號等組成。層站部分基本上是對廳召喚的相關指令進行登記，并發出相應的呼梯信號。轎廂部分基本上是對轎廂的內部信號進行模擬操作，分為選層、開門及關門等信號。狀態信號是顯示出電梯當前的運行方向及在哪個樓層上。

2.3 控制系統內部硬件的設計

控制系統內部起主要控制作用的硬件是STC89C51制式的單片機，將轎廂與層站指令所接受的按鈕模塊、樓層的顯示模塊、串行通信模塊、電梯IC卡管理模塊及語音提示等模塊集成于一體。在控制系統當中，單片機系統屬于下位機，由上位機對其實施監控，把呼梯按鈕或IC（Integrated Circuit Card，集成電路）卡采集使用電梯的相關指令信號借助于串口輸入到上位機的對應電梯運行模擬模塊上。模擬電梯運行的相關擬模塊接收到下位機所傳送的使用電梯的指令信號，之后進行邏輯式的運算，在計算機當中模擬電梯的運行、到站以及開門和關門的過程。此外，在電梯運行過程中，上位機把當前運行方向及所處樓層等相關信息傳送到單片機系統當中，單片機系統會顯示出電梯所處樓層及運行方向，并在電梯到達指定樓層時，以語音的方式進行提示。

（1）電梯當中的指令按鍵。利用電梯中的指令按鍵能對系統發出相應的層站呼梯指令和轎廂內部的指令信號，整個鍵盤以4×5的矩形形狀分布。電路主要使用單片機內部的P0口高三位與P2.7控制鍵盤進實施行掃描，而P0口低五位對列掃描進行控制。這當中，從SB1到SB5依次為1樓停到5樓停的上行召喚按鍵，從SB6到SB10依次為6樓停到2樓停的下行召喚按鍵，從SB11到SB16依次為1樓轎廂內部到6樓轎廂內部的按鍵，而SB17與SB18依次為轎廂內部開門與關門的按鍵，S19與S20屬于備用的按鍵。

（2）IC卡相關的管理模塊。此模塊使用型號為AT24C04的接觸式IC卡，串行的時鐘對引腳SCL（serial communication loop，串行通信回路）接單片機P1.7進行控制，串行的信息數據對引腳SDA（synchronous Data Adapter，同步數據銜接器）接單片機P1.6進行控制。單片機先是借助于讀卡器在IC卡的內部輸入要到達的對應樓層，例如，“5”，在此IC卡重新插到讀卡器當中后，單片機就會讀取到“5”，接著電梯就會向五樓移動，以此達到了此指令動作的模擬效果，實現對電梯的IC卡管理加以模擬的目的。串行數據的輸入與輸出端口SDA和單片機P1.6相連接，串行時鐘的輸入端口SCL與單片機P1.7相連接，管腳當中的相關地址A2A1A0均與地相連接，數據當中的寫保護端WP（Word Processor，數字處理器）處于懸空的狀態，以此讓芯片當中的相關數據內容可以被讀寫。

（3）電梯當前狀態顯示模塊。此模塊是用于顯示電梯當前所處樓層及當前運行的具體方向。利用DS1到DS2當中存在的六根數碼管模擬廳站，顯示出電梯當前具體在哪個樓層，同時立刻將與該樓層想對應的二極數碼管點亮，在這些發光二極管當中，D1到 D6以此為第一個樓層到第六個樓層；在D7到D11在點亮的時候表示廳站中顯示的是電梯的上升狀態；在D12到D16點亮的時候表示廳站中顯示的是電梯的下降狀態，以此利用發光二極管達到顯示電梯當前運行方向的目的。利用并聯的方式用兩片串輸入并行輸出移位寄存器74HC164對并行的輸出口進行擴展，使單片機當中的I/O資源得到節省，讓開發工作能夠有足夠的擴展空間。兩片型號為74HC164的移位輸入端A和B與單片機的P2.0端口相連接，移位時鐘端與單片機的P2.1端口相連接，將主復位端的MR與高電平相連接。前一片型號為74HC164的輸出端Q0到Q7依次與8個三極管相連接，利用三極管使電流加大，以此借助于足夠大的功率驅動DS1到DS2之間存在的6個數碼管。將后一片型號為74HC164的Q0到Q6與光二極管D1到D6相連接。單片機P2.3借助于三極對D7到D11之間的發光二極管進行控制，P2.4利用三極管對D12到D16之間的發光二極管進行控制。

（4）具有語音提示功能的模塊。語音提示的相關模塊使用的是上海某公司生產的型號為BMP5008-2M的多段式語音錄放板。使用I/O播放相應的語音信息，可選擇播放 1到6段的錄音內容，在這其中，P00到P05依次為第一段錄音到第六段錄音，該處管腳的P00到P02依次與P1.0到P1.2相連接，各自選出3段錄音，以此使電梯的語音提示模塊對歡迎乘坐本電梯、電梯已到站以及歡迎您下次乘坐本電梯的進行語音提示。管腳當中的SP-與SP+與功率為0.5 W的播放喇叭相連接。

（5）串行通信模塊。此系統當中借助于RS232的串口將單片機和上位計算機連接在一起，下位機為上位機提供傳呼梯的相應信號，上位機在處理相應的呼梯信號之后，將電梯模擬運行的相關信息傳送到單片機系統中。對應的串口只使用3根線，將第5個端口設置為公共端口，并與系統地相連接，第2個端口與第3個端口則各自與接收和發送的端口相連接。此電路實現了TTL（Transistor-Transistor-Logic，晶體管邏輯電路）電平和RS232電平之間的相互轉換。DB9制式的相應接口借助于交叉式的串口線與機上相連接，以此達到硬件串行通信的目的。此外，具有輔助功能的模塊大致分為時鐘模塊與液晶顯示模塊。DS1302使系統及時取得了相應的時間參數，型號為OCMJ4X8C的大型液晶顯示屏能夠清晰的顯示出系統的具體名稱，以及系統當前的時間等相關信息。

3 結語

綜上所述，基于單片機的電梯模擬控制系統不僅使電梯運行的基本規律更加直觀具體的反映出來，在很大程度上提升了工作的效率，還可以把先進的計算機控制技術與電梯技術的相關教學與研究充分的結合在一起，為其提供良好的技術條件。此系統早已在當下的電梯控制技術教學當中發揮出很好的作用。與此同時，此系統也為電梯控制系統在開發方面提供了的極具關鍵性的技術支持。