基于stm32的电梯控制器毕业设计.docx

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济南大学毕业设计

毕业设计

题目基于STM32的多层电梯控制器的设计

学院信息科学与工程学院

专业电子信息科学与技术

班级电信0902

学生邹强

学号20091221572

指导教师孔祥玉

二〇一三年六月七日

-34-

济南大学毕业设计

摘要

世界上第一台电梯是由美国的奥的斯公司制造的。

自从这第一台电梯于1987年问世以来，对生活在城市的楼宇中特别是高楼大厦中的人们的生活和工作带来了巨大的便利。

随着社会经济的飞速发展，电梯与人们的生活越来越密不可分。

本设计的电梯系统采用的是stm32微处理器。

STM32处理器是基于Cortex-M3架构的嵌入式微处理器MCU，其中Cortex-M3架构是ARM公司推出的。

STM32处理器具有高速、高集成度、低功耗、高可靠性等优点。

正是由于STM32处理器具有这些优点，它正适合运用于电梯控制。

本设计中的电梯控制系统主要运用了STM32处理器GPIO口操作和其精确地定时功能。

该电梯系统一共分6个部分，它们是STM32处理器、电源系统、数码管显示器、键盘、LED小灯、直流电机驱动模块。

这些部分是直接与STM32的GPIO口连接的，所以它们占用的GPIO口较多。

关键词：

STM32处理器；Cortex-M3架构；直流电机驱动模块

ABSTRACT

Theworld'sfirstelevatorismanufacturedbytheUnitedStatesOtis.Sincethefirstliftinceptionin1987,thewayofpeoplewholiveinthebuildingsinthecityespeciallyinthehigh-risebuildingsandworkhasbroughtgreatconvenience.Withtherapidsocioeconomicdevelopment,theelevatorbecomesincreasinglyinseparableinpeople'slives.

ThedesignsoftheelevatorsystemusetheSTM32microprocessor.TheSTM32processorisbasedonCortex-M3-basedembeddedmicroprocessorMCU,andCortex-M3architectureisARMintroduced.STM32processorhastheadvantagesofhigh-speed,highintegration,lowpowerconsumption,highreliabilityandsoon.BecauseoftheSTM32processorhastheseadvantages;itissuitableusedinelevatorcontrol.ThedesignsoftheelevatorcontrolsystemmainlyutilizetheSTM32processorGPIOportoperationandaccuratetimingfunctions.TheelevatorsystemisdividedintosixpartswhichareSTM32processors,powersystems,digitaldisplay,keyboard,LEDlightsandDCmotordrivermodule.ThesepartsareconnecteddirectlywiththeSTM32GPIOportsthattakemorepartofGPIOport.

Keywords:

STM32processor;Cortex-M3architecture;DCmotordrivemodule

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章绪论 1

1.1课题背景 1

1.1.1选题背景 1

1.1.2国内外现状 1

1.1.3本课题的意义及研究内容 2

第2章系统设计方案 3

2.1系统硬件总体组成 3

2.1.1总体框图 3

2.2系统硬件方案 3

2.2.1STM32选择方案 3

（2）STM32的原理图及特性 4

2.2.2键盘设计方案 6

2.2.3LED指示灯设计方案 6

2.2.4数码管显示器设计方案 6

2.2.5电机驱动设计方案 6

第3章系统硬件设计 7

3.1硬件系统的总体设计 7

3.2硬件系统的部分设计 7

3.2.1键盘硬件电路设计 7

3.2.2LED指示灯硬件电路设计 8

3.2.3八段数码管硬件电路设计 9

3.2.4电机驱动模块硬件电路 10

第4章系统软件设计 12

4.1主程序设计 12

4.2显示程序设计 20

4.3LED指示灯程序设计 21

4.3键盘查询程序设计 21

4.3门控制程序设计 23

4.3电机驱动程序设计 28

结论 31

参考文献 32

致谢 33

附录1系统运行样式 33

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第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1选题背景

电梯是一种由电动机作为驱动力的竖直升降设备，装有立方体吊舱并设有电梯门，用于多层建筑乘人或载运货物。

它的轿厢运行在至少两列平行竖直的或近似平行竖直的刚性轨道之间，一般服务与超过规定高度的楼宇内。

轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。

而自从第一台电梯在美国问世100多年以来，由于社会科学与经济的不断前进以及人们物质生活状况的不断改善，电梯与人们的生活越来越息息相关，已成为人们工作和生活中不可或缺的一项十分重要的垂直交通运输工具。

自20世纪以来，全球科学技术获得了飞速的发展，尤其是计算机技术、电子技术自动控制技术、网络技术、等都得到了质的飞跃，并迅速转换为先进的生产力，渗透到了社会的各个领域和各个方面，深刻的影响了人们日常的工作方式及生活方式。

电梯行业在科学技术飞速发展过程中也同样获益颇多。

电梯的控制方式以及拖动方式均发生了很大的变化。

1.1.2国内外现状

100多年来，中国的电梯行业发展经历了下面几个阶段：

①依赖电梯进口阶段（1950年以前），在这一阶段我国的电梯全部来源于进口，仅仅拥有大约1101台电梯；②自主研发生产阶段（1950～1980年），在这个阶段我国可以自主的研发、设计和生产电梯。

在这个阶段我国一共生产和安装电梯大约1万台的电梯；③建立合资企业，整个行业飞速发展阶段（自1980年改革开放至今），这个阶段我国总共制造和安装了多达40万台电梯。

现在，我国已成为全球最大的电梯制造国和最庞大的新装电梯市场。

2006年，在我国大陆的电梯总产量达到16．8万台，全国正在用的电梯达到了770314台。

在如此庞大的电梯市场需求的推动下电梯行业获得了广阔的发展舞台。

20世纪80年代初，日本三菱公司首次在电梯拖动控制系统中变压变频调速（VWF，VariableVoltageVariableFrequency），这导致了电梯的拖动方式的一次重大变革，与之前的交流调压调速驱动、交流双速电机驱动等方式相比，WVF驱动方式具有电机发热量小、高效率、节能、污染小、高性能等优点。

而近些年来，交流永磁同步电机的问世，被认为是在变压变频调速技术出现以后，电梯拖动技术的又一项十分重大的技术变革。

这是因为交流永磁同步电机具有基本无需维护，结构紧凑，更加安全可靠、节能、传动效率高、更高的性价比的优点，并减少了对环境的污染。

同样是在上个世纪80年代，微计算机技术被应用于电梯控制系统中，单片机等微处理器及可编程逻辑控制器的出现把电梯控制技术推进了一个全新高速的发展时期，电梯控制系统的网络化、智能化开始进入了人们的视野，并且成为研究的新热点。

1.1.3本课题的意义及研究内容

随着社会的发展，利用坚固耐用的金属梁作为建筑支撑物，建筑师和工程师可以建成数百米高、直冲云霄的摩天大楼。

在如今各种高楼大厦已经数不胜数，如果没有电梯，这些高楼大厦基本上将无法使用。

因此乘坐电梯也必然成为众生活中的一部分，而作为电梯的大脑——电梯控制器，它的高效运行和智能化已经成为电梯运行中必不可少的重要器件。

本设计的电梯控制器是基于STM32来设计的。

随着信息化技术的发展，嵌入式系统已经成为当前IT产业界一个非常热门的话题。

因其高效、低成本、高可靠性、丰富的代码以及应用程序可扩展性、可移植性等一系列优点，越来越多地应用在信息化产品中。

本设计以一个实际的应用实例，从开发板、集成开发环境的构建方式和作业方式、嵌入式系统的硬件和软件设计、JTAG调试方法，掌握嵌入式系统开发方法。

本设计通过ARM微控制器模拟实现电梯的控制。

（1）需研究ARMCortex-M3微控制器结构，基于ARMCortex-M3的stm32开发板及相关键盘控制模块、GPIO模块等，keil集成开发环境；

（2）研究单部电梯调度算法，并选择或设计一个合适的算法；

（3）了解实验开发板上相关硬件电路设计；

（4）用c语言完成系统软件设计，并在实验开发板上调试，完成电梯的上行、下行、停止、开门、关门、等动作，要求每一个动作在规定时间内完成。

第2章系统设计方案

2.1系统硬件总体组成

2.1.1总体框图

该电梯控制系统由stm32开发板、电源系统、键盘、LED指示小灯、4位8段数码管、电机驱动模块等组成。

如图2.1

4位8段数码管

键盘

STM32

电机驱动模块

LED指示小灯

电源系统

图2.1系统硬件结构

各功能模块简介：

（1）电源系统：

为整个系统提供+5V电源；

（2）键盘：

每个键位互不影响用以控制电梯运行状态；

（3）LED指示小灯：

用以指示小健是否被按下和电梯门开关状态；

（4）4位8段数码管：

用于显示电梯内部和每层电梯外部电梯所在的层数；

（5）电机驱动模块：

用于驱动电机和控制电机正反转及转速；

（6）STM32开发板：

通过写入程序代码来控制电梯的运行状态。

2.2系统硬件方案

2.2.1STM32选择方案

（1）STM32内核

STM32是基于ARMCortex-M3内核的32位处理器，具有杰出的功耗控制以及众多的外设，最重要的是其性价比。

Cortex-M3是一个32位处理器内核。

内部的数据路劲是32位的，寄存器是32位的，存储器借口也是32位的。

Cortex-CM3使用了哈弗结构，拥有独立的数据总线和指令总线，可以让访问数据和取指同时进行互不影响。

这样一来，访问数据时不会占用指令总线，从而提高了性能。

为了实现这一特性，Cortex-CM3内部有好几条总线接口，每一条都为自己的应用场合优化过，并且可以并行工作。

但是指令总线和数据总线共同享用同一个存储空间[3]。

同时该内核还具有高性能、低功耗、先进的中断处理功能。

（2）STM3