基于单片机的电梯控制系统的论文.docx

1、基于单片机的电梯控制系统的论文第一章 绪论1.1课题的背景简介1.1.1电梯的历史与发展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

2、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

3、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课题的主要研究内容及设计步骤本课题的主要任务是完成一个电梯系统的调度模块，即根据每个楼层不 同顾客的按键需求，让电梯做出合理的判断，正

4、确高效地知道电梯完成各项 载客任务。根据此任务，本课题需要研究的内容有：1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计；2、学习单片机的相关知识，并且加以运用；3、选择恰当的芯片，并对其内部协议有所掌握，便于应用。4、 研究C语言编程，并且规定电梯的工作规则，用 C语言加以实现；5、 对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。结合以上内容，本课题的设计方案步骤如下：关于硬件部分： 首先，对实际的电梯系统进行模拟，一般情况下，一个电梯应该具备相 关按键、显示二极管、数码管等，由于这是一个调度模块，故没有设计具体 的轿厢等机械部分。然后，结合这些实物，选择恰当的芯片，并分成若干模 块，

5、安排好各自之间的关系。 由于其有诸多按键和显示环节， 而单片机的 I/O 口管脚资源实在有限，故需要 I/O 口扩展，用以管理二极管；同时要有专门 的按键控制芯片，从而便于按键管理。在此，我分别选择了 82C55 和 8279 芯片。接着，要完成电路图的设计，画出 PCB 板，焊接相关器件后进行硬件 调试，看是否好用并加以适当的更正。关于软件部分： 处于最底层的是对两个芯片的寄存器读写工作，完成后方可进行更高层 的应用程序调试。 为了使硬件简单化， 我选择了模拟时序的方法读写寄存器， 这比总线操作的方法节省了锁存器。然后是关于电梯调度时所遵循的原则作 出规定，其必须基于高效与人性化两个原则。最

6、后是使用 C语言将规定程序 化，以便电梯真正的运作。当然，二者的关系并不是分离的，它们是相辅相成，硬件依据软件来验 证，软件依据硬件来调试。经过一个个的发现问题、一个个的解决问题，最 终做出完美的电梯调度模块。1.3课题的开发环境简介1.3.1电路图制作软件 Altium designer 7.0Altium Designer 7.0 不断通过为高速设计提供各种功能来提高用户 生产力，这些功能包括交互式长度调整和 PCB 层片增强等功能。新增 的库工具和各种新功能将 Altium Designer 提升成为统一的电子产品开 发解决方案。这款最新的更新程序将进一步增强您的能力，让您能够在 更短的

7、 “设计到制造 ”周期内生产更为尖端、更具创新性的电子产品。 ( Altium Designer 完全取代了 Protel )Altium Designer Summer 08 新增汇入 Allegro PCB(*.brd) 的转文件功 能。Altium Designer 提供了唯一一款统一的应用方案， 其综合电子产品 一体化开发所需的所有必须技术和功能。 Altium Designer 在单一设计环 境中集成板级和 FPGA 系统设计、基于 FPGA 和分立处理器的嵌入式软 件开发以及 PCB 版图设计、 编辑和制造。 并集成了现代设计数据管理功 能 , 使得 Altium Designer

8、 成为电子产品开发的完整解决方案一个既满 足当前，也满足未来开发需求的解决方案。1.3.2C51 的程序开发软件 Keil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-51单片机的汇编软件有早期的 A51，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-51 系列 单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全

9、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。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

10、 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 C51 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。1.4设计功能要求本设计是为一八层电梯设计一调度系统， 即使电梯能够合理高效地运行， 完成各楼层顾客的接送任务。形象地说，就是要应对不同楼层顾客的不同需 求，作出合理高效的判断，使所有顾客在整体运用时间最短的条件下将其运 往各自的目的地。这个设计的成品应该可以作为真实电梯的控制系统一样，遵守以下两个 原则：一是高效性，二是人性化。而实际电梯所面

11、临的情况无比复杂，故本 设计的难点除了硬件上面外，还有对这些复杂的情况归类化，分为若干个基 本情况，另外是用恰当的 C 语言描述来表达这些复杂的逻辑。1.5本文内容安排在本设计制作的过程中，我查阅阅了大量的相关资料、期刊，并在导师 的指导帮助下仔细地进行了斟酌。 现将论文的章节安排再次做些简要的说明：第一章，即绪论部分，先对电梯的背景知识等做些介绍，并且对与本设 计的设计步骤与重点加以说明，简单介绍了两个与毕设有关的开发软件。第二章，详细地阐述了设计中所用到的各个模块的硬件电路及其工作原 理。其中包括单片机最小系统、 82C55 发光二极管控制模块、 8279 键盘控制 模块和串口下载模块等。

12、第三章，以硬件的物理连接作为基石，以读写芯片内部数据与命令寄存 器作为基础，以电梯判决函数作为核心，本章详细地讲述了软件系统的工作 原理，并对各个重要函数都有相关的说明。第二章 系统的硬件设计2.1引言由于电梯要运送不同楼层的客人，所以要有很多按键才可以让满足不同 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。2.1.1 硬件芯片的选择合理

13、的硬件设计是一个设计成功的基石，所以在设计之初，我便把自己 的主要任务集中于筹划硬件的搭建工作， 当然其中需要兼顾软件设计的需求。由于本设计所模拟的楼层共有八层，其中所需要控制的器件较多，如每 层都需有两个上下的指示灯，电梯轿厢内也需有去几层的指示灯等，而现有 单片机的管脚资源无法满足需求，故第一步需要想法扩展单片机的 I/O 口管 脚资源。在此，我选择了扩展I/O 口最典型的芯片82C55。其可把一组八位 I/O 管脚扩展为 PA、PB、PC 三组管脚，并通过寄存器对各组管脚进行配置， 从而满足了本次设计的要求。考虑到电梯会有多个按键，而传统的依据单片机自身的 I/O 口布局键盘 的方法显然

14、也是不可行的，故本设计选择了典型的管理键盘的芯片 82C79，其重要意义不仅在于减轻了单片机 I/O 口的开支负担，而且可以代替单片机 完成各个按键的键值编写工作，单片机只要从其 FIFO 寄存器中直接读取键 值即可得知哪个按键被按下，进而进行相应的操作。另外， 电路板上还有一些扩展的子电路模块， 例如 MAX232 串口下载模 块， U 口供电模块等等，当然这些都是方便程序的下载与调试的。并考虑到 电路板的面积与价格问题，一些芯片与二极管、电阻等用的是贴片封装。2.2硬件电路2.2.1 单片机最小系统模块单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分 功能集成在一块小芯片上，

15、 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸 如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚 至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机最小系统 ,或者称为最小应用系统 ,是指用最少的元件组成的单片 机可以工作的系统。在本设计中，最小系统应该包括：单片机、晶振电路、复位电路等。如 图2.1所示，晶振电路由C1与C2和晶振组成，晶振是给单片机提供工作信 号脉冲的。它的速率就是单片机的工作速率，简单地说，没有晶振，就没有 时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作

16、。并在 晶振的两引脚处接入两个10pF-50pF的瓷片电容接地用来削减偕波对电路的 稳定性的影响。复位电路采取的为手动按键复位电路，由电容C13,电阻R11、 R12和开关RESET组成，当单片机的复位引脚 RESET出现2个机器周期以 上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST持续为高电平，单片机就 处于循环复位状态。 每次复位后， 单片机的程序都会从第一条开始从新执行。 另外，还额外设计了滤波防干扰电路，由 C13与R12组成，电源先经过它们 再接入单片机的Vcc，可以有效的减少其中的杂波带来的干扰。2.2.2可编程I/O扩展芯片82C55模块8255是In tel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O 口。具有 3个通道 3种工作方式的可编程并行接口芯片 （40引脚）。 其各口功 能可由软件选择，使用灵活，通用性强。 8255可作为单片机与多种外设