基于单片机设计的8层电梯模拟系统 大学论文.docx

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基于单片机设计的8层电梯模拟系统大学论文

届别2013届

学号

毕业设计

基于单片机设计的8层电梯模拟系统

姓名

系别、专业

导师姓名、职称

完成时间

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1课题背景1

1.2电梯的发展趋势1

1.3设计目的3

1.4本设计完成的工作3

2总体方案设计4

2.1硬件设计4

2.2.1引言4

2.1.2主控芯片选择4

2.1.3电源选取5

3硬件实现及单元电路设计5

3.1主控制模块5

3.2单片机的时钟电路与复位电路设计5

3.3电源设计6

3.4电梯呼叫按键电路6

3.5楼层显示和楼层指示电路图7

3.6电梯上下指示电路7

3.7声音提醒电路8

4系统软件设计方案8

4.1主程序流程图8

4.2电梯各情况下所对应的处理方法10

4.3本章小结10

5系统的安装与调试11

5.1安装步骤11

结论11

致谢11

参考文献12

附录1整机电路原理图13

附录2部分源程序14

摘要

本文介绍了一种采用STC89C52芯片进行的电梯模拟控制系统，介绍了如何使用单片机进行编程来实现电子控制的方法。

单片机编程实现功能，简洁多变，大大缩短了研发周期，同时能使电梯控制系统体积更小功能更强大。

本设计模拟了电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过能通过按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，LED灯组成的箭头指示上下方向。

本次设计更注重了把一些所学的知识加入到设计中。

主要包括采用了STC89C52芯片，使用C语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品的开发。

关键词：

电梯、单片机

Abstract

ThispaperintroducesakindofelevatorusingSTC89C52chipanalogcontrolsystem,describeshowtousemicrocontrollerprogrammingmethodtorealizetheelectroniccontrol.Microcontrollerprogrammingfunction,conciseandchangeable,greatlyshortenthedevelopmentcycle,atthesametimecanmaketheelevatorcontrolsystemsmallerandmorepowerful.ThedesignandSimulationofsomeofthebasicfunctionsofelevatorcontrolsystemrequired,canpassthroughthebuttontoselectthefloor,digitaltubedisplayreal-timenumberoffloors,thearrowindicatestheLEDlampconsistingofdirection.Thisdesignpaysmoreattentiontogetsomeknowledgeintothedesign.MainlyincludestheuseoftheSTC89C52chip,theuseofClanguageprogramming,whichhasmoretransplantable,easiertoupgrade.

Keywords:

Elevator,MCU

1绪论

1.1课题背景

电梯进入人们的生活已经150年了。

一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。

生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。

150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。

如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。

调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用，一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。

中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。

1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。

1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。

十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。

在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。

电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。

电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。

电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。

在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。

1.2电梯的发展趋势

绿色化：

绿色理念是电梯发展总趋势。

发展趋势主要有如下：

不断改进产品的设计、生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。

电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳、钢皮带等无润滑油污染曳引方式。

电梯装璜将采用无（少）环境污染材料、电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术，安装电梯将无需安装脚手架，电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。

降低能耗：

减少电梯能耗的措施是多方面的。

主要包括：

选择减小电梯机械系统的惯性和磨擦阻力;合理运用对重和平衡重。

驱动系统使用永磁同步无齿轮曳引机从永磁同步电机工作原理可知其励磁是由永磁铁来实现的,不需要定子额外提供励磁电流因而电机的功率因数,可以达到很高（理论上可以达到1）。

同时永磁同步电机的转子无电流通过，不存在转子耗损问题，一般比异步电机降低45%～60%耗损。

由于没有效率低，高能耗蜗轮蜗杆传动副，能耗进一步降低。

在停站较少的群梯布置中，一个主机驱动两个轿厢分别上下运行是一种节能的方案。

而减少能耗的另一途径是电梯运行过程的能耗控制。

利用电梯空载上行、满载下行时电机处以发电状态的特性，将再生能量反馈给电网，这种节能措施在高速梯上效果显著。

还有一种节能方案将在软件控制中得以实现。

如建立实时控制的交通模式，尽量以较少的运行次数来运载较多的乘客，使电梯的停站次数减至最少。

电梯召唤与轿厢指令合一的楼层入口乘客登记方案是电梯控制方式的一项革命性技术，使原来层站上乘客未知的目的层变得一目了然，从而使控制系统的派梯效率达到最高。

减少运行过程能耗的另一措施是将电梯运行中的加减速度模式设置成变参数，即电梯控制系统中运行的速度、加速度以及加速度变化率曲线既随运行距离变化，也随轿厢负载变化通过仿真软件模拟，确定出不同楼层之间的最佳运行曲线。

利用电梯机房在楼顶的优势，充分利用太阳能作为电梯的补充能源也将是新的研究课题。

智能化：

随着计算机技术，通讯技术与控制技术的发展使大厦的智能化成为现实，而电梯是智能建筑中的重要交通工具，其技术发展及智能化程度也倍受世人关注。

智能化的电梯首先要与智能大厦中所有自动化系统联网，如与楼宇控制系统、消防系统、保安监控系统等交互联系，使电梯成为高效优质、安全舒适的服务工具。

从电梯运行的控制智能化角度讲，要求电梯有优质的服务质量,控制程序中应采用先进的调度规则，使群控管理有最佳的派梯模式。

现在的群控算法中已不是单一地依赖“乘客等候时间最短”为目标，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统的方法，将要综合考虑的因素（即专家知识）吸收到群控系统中去，在这些因素中既有影响乘客心理的因素，也有对即将要发生的情况作评价决策，是专家系统和电梯当前运行状态组合在一起的多元目标控制。

利用遗传算法对客流交通模式及派梯规则进行优化、自学习，实现电梯调度规则的进化，以适应环境的变化。

“以人为本”设计的电梯控制系统，将会使电梯的服务质量越来越好。

1.3设计目的

目前电梯控制系统大多采用继电器或者可编程控制器（PLC）的控制方式，存在着成本高，需要三相供电等缺点，本设计给出了一种基于单片机的电梯模型控制系统设计。

以单片机为核心，再辅以适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个电梯的信号，具有成本低、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于实现复杂控制等优点。

本设计注重基本理论知识与实际情况的紧密结合，同时对学生独立创新和分析问题的能力进行培养，加深对知识的理解，为以后的工作和学习打下坚实的基础

1.4本设计完成的工作

1、设计电路模拟8层电梯运行

2、设置电梯的每一层按键，每按下一个按键有相应的二极管指示。

3、电梯具有向上还是向下指示，同时能显示到了哪一层

4、电梯无人时，应默认停在第一层

5、自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；

2总体方案设计

系统采用STC89C52单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,小车车头装有5个ST178红外光电传感器，检测地面黑线。

ST178光电传感器将地面黑线转化成电信号，用于判断是否需要转弯和小车是否偏离跑道。

系统总体的设计方框图如图1所示。

图1系统总体方框图

2.1硬件设计

2.2.1引言

由于电梯要运送客人到不同楼层，所以每一层都要有按键才可以满足不同楼层顾客的需求。

而且，电梯还要有人性化的显示，如哪个按钮按下了，就把它对应楼层按钮的二极管点亮，还要有一个数码管实时显示电梯所在层数，用发光二极管组成的上下箭头来表示电梯当前的运行方向等等。

而这些零碎的原件，又需要高效的芯片来控制，它们相互之间的物理连接问题这些就是本章所要叙述的硬件设计部分。

2.1.2主控芯片选择

考虑到现在市场上能够买到的芯片以及系统要求实现的功能来看，采用STC89C52单片机。

STC89C52单片机是CMOS工艺的8位单片机，片内含有8KB可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存取存储器，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，2个数据指针，看门狗定时器，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。

2.1.3电源选取

由于本系统是模拟电梯系统，我们采用9V直流电源为系统供电。

经过7805稳压后