基于單片機的電梯控制系統設計

陳雨飛 何汪洋 王晨光（江蘇大學，江蘇 鎮江212013）

1 具體模型設計

該系統以單片機為核心，通過匯編語言來實現軟件部分的中斷方式的設置，檢測，步進電機的控制以及電梯的按鍵顯示信息等，如圖1 我們可以看到，在硬件系統，以步進電機模塊，內外電路模塊，控制臺模塊，顯示器模塊構成。其中步進電機是驅動電梯的核心，通過步進電機的正反轉能夠實現對電梯的升降控制；內外電路模塊是電梯外用戶通過按鍵請求，將請求信息發送給單片機，單片機在通過步進電機來實現電梯的升降到達目標樓層；控制臺模塊使用發光二極管作為電源指示燈以顯示供電是否正常；顯示器模塊能夠完成電梯的實時樓層以及上升和下降的顯示。

圖1 模型設計圖

2 硬件電路設計

2.1 單片機最小系統150

單片機最小系統，顧名思義是指單片機在保證基本運行要求下去除其他所有非主要功能的最小結構，相當于單片機系統的骨架構成，一般包含三個部分，分別是電源電路、晶振電路（時鐘電路）、復位電路。以本文研究所采用的AT89C51 單片機為例，其是由兩個30p 的瓷片電容和12MHZ 的晶體振蕩器構成了晶振時鐘電路，再通過電容與RE-SET 按鍵構成了上電復位與手動復位電路。

2.2 步進電機模塊100

步進電機是現代廣泛應用的程序執行元件，在本文的電梯模擬控制系統中用作驅動裝置，同時也充當部分的模擬效果器。通過步進電機可以對模擬系統中的電梯轎廂進行運轉控制，步進電機的正轉、反轉分別對應電梯的上下停止等操作。

2.3 顯示器模塊100

顯示模塊是電梯模擬控制系統中的關鍵內容，本文設計通過數碼管來模擬電梯的樓層位置顯示效果。系統內部以CD4511七段碼譯碼器驅動數碼管，對外顯示數字對應電梯所在位置，增減變化對應電梯升降方向，實時模擬電梯的運行狀態。

2.4 控制臺模塊100

控制臺模塊是電梯模擬系統的操作中樞，下聯內外電路，上連各塊應用。具體功用是通過電梯按鈕控制模擬電梯的運行，不同的操作信號對應電梯的不同反應，包括各級樓層的召喚、上行下行的判斷、開門閉門的命令。

2.5 內外電路設計250

內外電路的設計與控制臺模塊共同構成模擬電梯的控制系統。控制臺模塊已在上述說明，但所有效果最后還是通過內外電路設計實現的。模擬電梯的外電路負責實現各級樓層的外部操作，內電路則負責實現轎廂內部操作。即在模擬操作實驗時，控制臺的各樓層召喚鍵均與單片機的P1 口連接，由P1 口讀到的樓層電梯操作會集合到系統中樞，依次解決，同時系統搭配的發光二極管會與P0 口連接，發光指示。相應的，控制臺的轎廂控制鍵也均與單片機的P3 口連接，由P3 口讀到的轎廂控制操作會實時傳到系統中樞并及時響應，同樣搭配的發光二極管則與P2 口連接，反映效果。

3 軟件設計

這一部分使用C51 語言來完成，其中所包含的主要功能有：按鍵查詢，樓層選擇，串口通信。中斷方式選擇了按鍵查詢，其他部分如數碼管的顯示，步進電機的控制，按鍵響應，延時程序等均由其子程序來完成。使用模塊化的分層設計思想，將一個復雜的功能拆分成多個子函數來實現，通過調用不同的函數來實現其綜合目的，也便于日后的調試和修改。軟件設計流程圖如圖2 所示。

圖2 軟件設計流程圖

3.1 按鍵查詢

本系統中，鍵盤才用獨立式按鍵，因為要模擬4 層電梯，所以按鍵由P3.0～P3.3 來控制，定時器T1 來進行不斷監聽，當有按鍵按下時，進入中斷狀態，轉入響應的子函數

3.2 樓層選擇

在本電梯模型當中，其功能按鍵分別有1-4 樓，上行按鈕，下行按鈕，上電按鈕，掉電按鈕。上電之后系統處于等待狀態，此時默認狀態為1 樓。在8 位數碼管顯示屏上，高4 位是乘客等待電梯的樓層，低4 位顯示的是電梯目前所在樓層。當上行按鈕或下行按鈕由乘客按下之后，進入樓層檢測子函數，若等待層數R1=所處層數R2，蜂鳴器響起，電梯門打開。若R1不等于R2，調用比較函數，使其相等。在電梯的運行過程中，由樓層檢測器來檢測電梯是否通過本樓層，當上行通過時R2 自增1，反之，則自減1。如果按下掉電按鈕，系統則強制進入檢修狀態，此時強制電梯直接下到1 樓，其他按鈕無法產生中斷響應。直到再次按動上電按鈕電梯重新恢復工作。

3.3 串口通信

本電梯模型通過RS232 串口實現上位機與單片機之間的連接，當乘客按下上行或者下行按鈕時，單片機向上位計算機發送請求信號，當上位機收到信號之后，將系統的運行信息發送給單片機。RS232 串口所使用三根線，2 端連接接收端，3 端連接發送端，5 端接地，通過RS232 與TTL 的電平轉換，實現基于單片機的電梯控制系統的串行通信。

4 系統調試與模擬運行

由于再實際操作過程中存在著各種各樣的干擾，使得其再運行過程中存在著誤差，在單片機與上位計算機進行通信的時候，發送信號對信號接收端存在著一定的影響，干擾了其正常工作，另外一點是由于本系統設計是基于硬件的，并不能排除元器件的損壞與老化問題，需要定期的進行檢查與維護，使得每一個功能模塊都能實現各自的基本功能。

5 結論

本文介紹了以單片機為核心的電梯控制系統，該系統通過步進電機模塊，內外電路模塊，控制臺模塊，顯示器模塊組成的硬件系統來實現由用戶通過按鍵請求，單片機內部接受請求，再由步進電機控制電梯的升降功能，軟件部分則是通過匯編語言來實現系統的初始化，中斷檢測，數碼管的顯示，按鍵響應等功能。經試驗，該系統能夠順利完成電梯控制的運行，且多次試驗，并沒有失敗經歷，在速度和安全方面具有不俗的表現，而且由于該系統是分模塊組成的，便于維護和修理，可靠性高。總之，該電梯控制模型的設計可操作性高，能夠實現現實生活中人們對電梯使用的大部分需求。