基于单片机的电梯控制系统设计.docx
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基于单片机的电梯控制系统设计
本科生毕业论文（设计）
题目:
基于单片机的电梯控制系统设计
姓
名:
学
院:
工学院
专
业:
自动化
班
级:
学
号:
指导教师:
职称:
副教授
2012年05月10日
目
录
摘要
.................................................................
-1-
关键词...............................................................
-1-
Abstract.............................................................
-1-
Keywords............................................................
-1-
0引言..............................................................
-1-
0．1
课题的提出及研究意义...........................................
-2-
0．2
国内外电梯系统技术的发展现状...................................
-2-
0．3
课题研究的内容.................................................
-4-
1材料与方法........................................................
-4-
1.1
软硬件开发环境..................................................
-4-
1.1.1
C52的程序开发软件KEIL..........................................
-
4-
1.1.2
硬件仿真软件..............................................
-
5
-
PROTEUS
1.2
方案论证........................................................
-5-
1.2.1
主控芯片选择....................................................
-
5
-
1.2.2
楼层显示模块....................................................
-
6
-
1.2.3
声音提示模块....................................................
-
6
-
1.2.4
电动机模块......................................................
-
6
-
1．3
实现单片机控制电梯的主要方法...................................
-6-
2结果与分析........................................................
-7-
2.1硬件设计..........................................................
-7-
2.1.1
硬件整体设计....................................................
-
7
-
2.1.2
单元模块设计....................................................
-
8
-
2.2
软件设计.......................................................
-12-
2.2.1
软件运行整体设计................................................-
12
-
2.2.2
分析键值设计...................................................
-
13
-
2.2.3
电梯运行方向的判决方法.........................................
-
14
-
2.3
系统测试.......................................................
-15-
2.3.1
软件调试编译...................................................
-
15
-
2.3.2
硬件仿真.......................................................
-
16
-
2.3.3
功能测试.......................................................
-
17
-
3讨论.............................................................
-18-
3．1
设计成果......................................................
-18-
3．2
可扩展功能....................................................
-18-
3．3
讨论分析......................................................
-18-
致谢
................................................................
-18-
参考文献：
..........................................................
-19-
附录
................................................................
-20-
附录一：
整体电路图..................................................
-21-
附录二：
C程序代码...................................................
-21-
基于单片机的电梯控制系统设计
自动化专业学生
指导教师
摘要：
本文介绍了一种采用单片AT89C52芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行编程来实现电子设计的方法，利用单片机编程实现功能，简洁而又多变的设计方法，缩短
了研发周期，同时使电梯控制系统体积更小功能更强大。
硬件部分主要由单片机的最小模块、电梯内外按钮控制模块、数码管显示楼层模块、发光二极管显示目的楼层模块、报警显示模块组成。
软
件部分使用kiel软件进行C语言程序编写，用proteus软件进行仿真调试。
本设计具有电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过方向按键选择方向，能通过数字按键选择楼层，数码管显示实时楼
层数，电动机控制部分采用直流电机及H桥驱动电路,使电梯箱能上下运动。
硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了五层电梯运行的模拟仿真。
关键词：
AT89C52；单片机；电梯控制系统；C语言
Thedesignoftheelevatorcontrolsystembasedon
microcontroller
Studentmajoringinautomation
Tutor
Abstract：
Thispaperintroducesakindofsingle-chipAT89S52chipsforelevatorcontrolsystemdesignmethod,thispaperdiscusseshowtousemicrocontrollerprogramtorealizeelectronicdesignmethod,themicrocontrollerprogrammingfunction,conciseandchangefuldesignmethod,shortenthedevelopmentcycle,andmaketheelevatorcontrolsystemsmallermorepowerful.Thehardwarepartismainlycomposedofthesmallestmoduleofthemicrocontroller,theelevatorbuttoncontrolinsideandoutsidethemodule,digitaldisplayfloormodules,lightemittingdiodedisplaypurposesfloormodule,alarmdisplaymodules.
KeilsoftwarepartoftheClanguageprogramtoprepareforsimulationdebuggingwiththeproteussoftware.Thedesignoftheelevatorcontrolsystemrequiredsomebasicfunctions,throughthedirectional
buttonstoselectthedirection,throughthenumberkeystoselectthefloor,thedigitaldisplayreal-time
numberoffloors,ThepartofmotorcontrolusesHBridgetypecircuittocontroltheDCmotor.motor
controltoliftboxesupanddownmovement.Thehardwaredesignissimpleandreliable,combiningthe
software,thebasicfiveelevatorsrunningsimulation.
Keywords:
AT89C52devices;microcontroller;elevatorcontrolsystem;theClanguage
1引言
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。
因此电梯在我
们的生活中起着举足轻重的作用。
电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备,更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。
由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。
采用这种控制线路,存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。
从技术发展来看,这种系统将逐渐被淘汰。
而单片机价格相当便宜，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，更完美的实现设备的升级。
-1-
0．1课题的提出及研究意义
电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理技术、系统工程学等多科学和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中永久垂直交通工具。
电梯作为生产生活的典型运载工具使用已十分普及，其控制信号类型多，关系复杂，要求的控制性能特别高。
随着经
济的发展高层建筑越来越多对电梯的运行速度和控制性能也提出了更高的要求。
而在我国于八十年代初至九十年代初投入使用的电梯,其中绝大部分采用继电器—继电器阵列结构该结构体积大、接线复杂、噪音大、触点易磨损、故障率高、维护工作量大，已无
法满足现代社会的需要。
自上世纪80年代以来，微机控制系统得到了极大的发展，现已深人到我国工农业
生产的各个方方面面，随着电力电子技术和微电子技术的发展,使得以微机为核心的控制系统得到广泛应用。
尤其是单片机的开发与应用，其深度和广度越来越大。
微机应用
于电梯控制系统，与传统的采用继电接触逻辑控制系统相比，具有很大优越性，一方面，它使整个系统的体积减小，可靠性提高，使用寿命延长；另一方面，它还简化了安装调
试和维护维修的工作量，使整个电梯的运行成本降低。
更突出的优点是微机具有灵活的算术和逻辑运算功能，具有很强的通信和可扩展功能，实现更完善的自动控制。
常用的微机控制主要的有两种技术：
基于PLC控制和基于单片机控制两大技术。
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，所以价格较昂贵。
而单片机价格相当便宜，也不像PLC那么有针对性，可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。
基于单片机
控制的电梯可以大大的降低成本而且运行也较可靠，采用单片机来实现老式电梯控制系统的改造无疑是最佳方案。
由于单片机具有体积小、线路简单、无噪音、可靠性高、维
护方便,是一种少投入、高回报的方案。
同时能方便实现多台电梯的群控,并通过通讯接口与楼宇自动化系统联接，实施对电梯的监控。
0．2国内外电梯系统技术的发展现状
在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。
特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输工具。
电梯作为垂直运输的升降设备，其特点是在高层建筑物中所占的面积很小，同时通过电气或其它的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。
基于
这些优点，在建筑业特别是高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期。
电梯的存在，使得每幢大型高楼都可以成为一座垂直的城市。
在纽约的前世界贸易中心大楼里，除每天有5万人上班外，还有8万人次的来访和旅游，因此250台电梯和75台自动扶梯的设置和正常运行，才使得合理调运人员、充分发挥大楼的功能成为现实。
中国第一高楼、坐落在上海浦东的金茂大厦，高度420.5m，主楼地上88层，建筑面积220000㎡，集金融、商业、办公和旅游为一体，其中60台电梯、18台扶梯的作用是显而易见的。
20世纪初，美国出现了曳引式电梯，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力，使轿厢与对
重作一生一降的相反运动。
显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受控制，当然轿厢的载重量以及提升的高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需
-2-
求。
因此，近一百年来，曳引电梯一直受到重视，并发展沿用至今。
其具体运行模型如图1所示：
2
1
3
图1曳引式电梯示意图
1—轿厢2—曳引轮3—对重
在后来的几十年里，通过变换电动机级数的调速方法来调整电梯运行速度的技术相继研制成功，1933年，世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。
第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯。
随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。
同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能
有了明显的改善。
进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率调整电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。
1993年，日本生产了12.5m/s的世界最高速交流变压变频调速电梯，结束了支流电梯独占高速电梯领域的历史。
电梯发展到今天，在使用需求和新技术应用方面都到了全面发展的时期。
随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为
本，提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式、合理的配置与使用、远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。
现在电梯越来越朝着绿色方向发展，目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。
电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影
响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。
这也应是绿色电梯的发展方向。
绿色电梯主要有下面两个方面：
1、智能化：
智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。
传统的智能控制是一种
技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算
不上智能。
而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，
而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如
能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；
自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。
智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自
-3-
己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。
2、安全：
运行安全是电梯的根本和关键。
可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。
运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁
辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。
同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障
时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。
当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。
电
梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。
0．3课题研究的内容
随着科技的发展，微型计算机领域的不断进步，将使得将来电梯的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此微型计算机控制技术将会成为电梯运行中的关键技术。
本次设计的主要内容是以单片机为主控制器的电梯控制系统。
本来电梯系统是一个相对复杂的系统，由于能力和经验有限，所以只能实现基本的功能如：
层站呼叫、自动
停层、轿厢命令响应等。
通过单片机输出电压通过驱动电路然后控制电梯拖动。
在此，
本文以五层电梯为研究对象，选用52单片机（该机芯片选为AT89C52）作为其控制器，研究微机控制梯系统的设计方法。
根据问题的提出、意义和文献综述，本课题研究的具体
内容包括以下四个方面：
（1）对电梯系统常用的控制方法的研究
（2）电梯控制系统硬件组成及其原理
（3）电梯的单片机系统软件设计
（4）电梯在信号传输中遇到的问题
1材料与方法
1.1软硬件开发环境
1.1.1C52的程序开发软件Keil
Keil公司是一家业界领先的微控制器（MCU）软件开发工具的独立供应商。
Keil
公司由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美
国德克萨斯的KeilSoftwareInc。
Keil公司制造和销售种类广泛的开发工具，
包括ANSIC编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作
系统核心（real-timekernel）。
有超过10万名微控制器开发人员在使用这种得到
业界认可的解决方案。
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为
CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少
使用手工汇编的方法了。
机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-52
单片机的汇编软件有早期的A52，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-52系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可
看出。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。
-4-
运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之
选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
Keil软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。
Keil生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
1.1.2proteus硬件仿真软件
Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。
Proteus软件提供多种现实存在的虚拟仪器仪表。
此外，Proteus还提供图形显示功
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