电梯控制系统设计兰州交通大学.docx

1、电梯控制系统设计兰州交通大学 单片机原理及系统课程设计评语：考勤10分守纪10分过程30分设计报告30分答辩20分总成绩（100分）专 业：电气工程及其自动化班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院2014 年 1 月 17 日基于单片机的电梯控制模型设计1设计说明1.1设计目的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。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

2、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，基本实现了五层电梯运行的模拟仿真。1.2设计要求本设计以五层电梯为研究对象，选用AT89C52单片机作为其控制器，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。1.3设计方法首

3、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。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。同时，如果每个选层按钮都采用独立的按键设置，可以很大程度上简化扫描按键程序，采集信号也容易得多，但是由于单片机接口有限，模拟电梯自动控制系统所需按键较多，如此会有接口不足的问题，所以本设计采用44按键矩阵开关电路作为外呼内选呼叫控制。出于同样问题，显示楼层电路采用数码管从串口输出。为了更接近实际的电梯控制系统

4、，设计中还添加电梯外上下行请求显示，可用五个发光二极管表示目的请求按键是否按下，有则亮，无则灭。2设计方案及原理2.1设计方案本次设计的基本思想是采用AT89C52单片机作为核心，利用其丰富的I/O接口与外围电路配合进行控制。采用延时函数来控制电梯的位置校验，采用数码管静态显示来实时显示电梯所在楼层。采用行列式矩阵键盘矩阵作为外呼内选电路，由于是5层楼，故选用44矩阵键盘。当电梯到达目的楼层时电机停止，此时即可进、出乘客，乘客进入电梯之后可选择去哪一层，然后电梯根据乘客的选择判断去哪一层，继续运行。通过单片机控制电梯在上升过程中只响应上升呼叫，下降过程中只响应下降呼叫。电梯的正常运行通过单片机

5、的控制来实现。2.2设计原理本设计主要由6大部分电路组成：键盘电路、单片机最小系统电路、楼层显示电路、电机驱动显示电路、目的楼层显示电路、警报电路。其中单片机最小系统主要由复位电路组成。电路复位后楼层显示数字1 表示电梯此时在一楼，显示电路数码管显示，电梯楼层位置是由延时电路控制的，延时电路包括1秒延时和2秒延时，每层之间通过2秒延时控制即每延时2秒表示电梯走了一层，1秒延时是控制电梯的开门时间，1秒延时后电梯关门继续运行。电梯状态是通过两个发光管显示的，上行灯亮表示电梯在向上运行，下行灯亮表示电梯在向下运行。键盘电路采用44键盘矩阵共16个按键分，其中8个按键是各层楼外呼按键，5个按键是电梯

6、内部的选择键。电梯的正常工作是通过对单片机写入程序控制的。系统组成框图如图1所示。图1 系统组成框图3 硬件设计用AT89C52单片机作为核心，利用其丰富的I/O接口与外围电路配合进行控制。采用延时函数来控制电梯的位置校验，采用数码管静态显示来实时显示电梯所在楼层。采用行列式矩阵键盘矩阵作为外呼内选电路，由于是5层楼，故选用44矩阵键盘。当电梯到达目的楼层时电机停止，此时即可进、出乘客，乘客进入电梯之后可选择去哪一层，然后电梯根据乘客的选择判断去哪一层，继续运行。通过单片机控制电梯在上升过程中只响应上升呼叫，下降过程中只响应下降呼叫。电梯的正常运行通过单片机的控制来实现。在本设计中，最小系统应

7、该包括：单片机、晶振电路、复位电路等。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。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C3，电阻R1、R2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。根据上述分析，设计出基

8、于A89C52单片机电梯控制的电路仿真图如附录2所示。4 软件设计4.1软件分析软件设计是智能化系统进行数据采集、处理、控制等工作的基础。系统的软件设计直接影响整个系统的运转和硬件作用的发挥。本设计由于采用键盘矩阵来代替外呼内选按钮，而电梯的运行方向是根据这些呼叫按键和选择按键来决定的，所以单片机要不断的扫描键盘来获取各层呼叫状态。从而来控制电梯的运行。故键盘矩阵扫描是本系统软件设计的重要一部分，另外要把键盘扫描到的各层的按键信息存储起来，然后和电梯的运行状态比较，判断是否响应各层呼叫（电梯只响应同方向呼叫），最后就是楼层显示部分和警报部分了。整个软件设计包括以下几部分：(1) 初始化程序使数

9、码管显示“1”表示电梯处在一楼。(2) 主程序主要包括： 判断乘客进入电梯后选择去哪一层，根据判断情况来控制电梯运行； 电梯在运行过程中要不断的扫描键盘，从而来判断各楼层有无呼叫请求； 电梯在运行过程中只响应同方向的呼叫请求； 实时显示电梯所在位置及运行状态（上行/下行）； 开关门有一定的延时来保证乘客走出/进入电梯。4.2系统流程图软件流程图如图2所示。图2 软件流程图4.3实验源程序 判断乘客进入电梯后选择去哪一层，根据判断情况来控制电梯运行，电梯在运行过程中要不断的扫描键盘，从而来判断各楼层有无呼叫请求，电梯在运行过程中只响应同方向的呼叫请求，实时显示电梯所在位置及运行状态（上行/下行）

10、，开关门有一定的延时来保证乘客走出/进入电梯。程序如附录1。5系统仿真及实际调试系统仿真调试的过程中，根据操作电梯的实际情况进行了测试，数码管作出与测试一致的显示。测试条件：电梯位于1楼，进入三人，其中一人要到3楼，另两人到4楼。电梯运行后，3楼和4楼有人向上呼叫，3楼有人向下呼叫到1楼。在该测试部分，外部按钮和内部按钮都有涉及，能充分的考验单片机对所有按钮的区分和响应。测试结果如表1所示。 表1 综合测试停止楼层 电梯 方向显示3 上 3楼内部和向上呼叫注销，内部4楼呼叫4 上 4楼向上呼叫注销3 下 3楼向下呼叫注销，内部1楼呼叫1 下 内部1楼呼叫注销测试结论：系统具有方向优先、距离优先

11、的功能，基本模拟了实际电梯运行，完成题目设计指标。6总结本次课程设计对电梯控制系统这一设计做了详细的报告与总结，其中包括硬件部分与软件部分两大模块，而且对其中各个重要的子模块加以了重点详细地说明。总的来说，本程序的编写不仅仅是为了应对五层楼的电梯，而且更多层的电梯也可以实现，如果对单片机的其他I/O再进行扩展的话，可以实现十几层电梯的需求。当然，如果更高层的电梯，就会受到单片机管脚资源的限制了。而程序本身的思想本身是可以支持更多层电梯的运行调度的，如果用其他管脚多的处理器的话（如ARM型处理器），则这一设想完全可以实现。参考文献1 陈宏希.51单片机应用技术(C语言版)M.兰州石化职业技术学院

12、出版社, 2011.10.2 李学礼.基于Proteus的8051单片机实例教程M.北京:电子工业出版社, 2008.03.3 王思明,张金敏,苟军年等.单片机原理及应用系统设计M.北京:科学出版社, 2012.05.附录1实验源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit alarm1=P10;sbit alarm2=P00;sbit fz=P11;sbit zz=P12;sbit L1=P13;sbit L2=P14;sbit L3=P15;sbit L4=P16;sbit L5=P17;uchar

13、code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x00;uint shang6=0,0,0,0,0,0;uint xia6=0,0,0,0,0,0;uint nei6=0,0,0,0,0,0;uint num,temp,flag=0,lc=1,i,n;/函数声明语句void delay(uint z);void delay1();void delay2();void keyscan();void display(uint aa);void init();void zhishideng();/主函数void main() init(); while(1) ke

14、yscan(); zhishideng(); if(flag=0) zz=fz=0; shanglc=0; xialc=0; neilc=0; n=lc ; for(i=n+1;i=1;i-) keyscan(); zhishideng(); if(shangi=1|xiai=1|neii=1) flag=2; break; if(flag=1) keyscan(); zhishideng(); zz=1; fz=0; delay5(); lc+; display(lc); if(shanglc=1|neilc=1) shanglc=0; neilc=0; zhishideng(); fz=0

15、; zz=0; delay3(); flag=0; n=lc ; for(i=n+1;i=5) n=lc ; if(shangn=0&nein=0) fz=0; zz=0; delay3(); xian=0; for(i=n-1;i=1;i-) keyscan(); zhishideng(); if(shangi=1|xiai=1|neii=1) flag=2; break; if(flag=2) keyscan(); zhishideng(); zz=0; fz=1; zz=0; fz=1; delay5(); lc-; display(lc); if(xialc=1|neilc=1) xi

16、alc=0; neilc=0; zhishideng(); fz=0; zz=0; delay3(); flag=0; n=lc; for(i=n-1;i=1;i-) keyscan(); zhishideng(); if(shangi=1|xiai=1|neii=1) flag=2; break; if(flag=0|lc=1) n=lc ; if(xian=0&nein=0) fz=0; zz=0; delay3(); shangn=0; for(i=n+1;i0;x-) for(y=110;y0;y-) keyscan(); zhishideng(); /延迟一秒函数。void dela

17、y1() uint x,y; for(x=80;x0;x-) for(y=110;y0;y-) keyscan(); zhishideng(); /ms级延函数。void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/键盘扫描函数。void keyscan() num=0; P3=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) c

18、ase 0xee:num=1; break; case 0xde:num=2; break; case 0xbe:num=3; break; case 0x7e:num=4; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; P3=0xfd; temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xed:num=5; break; case 0xdd:n

19、um=6; break; case 0xbd:num=7; break; case 0x7d:num=8; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xeb:num=9; break; case 0xdb:num=10; break; case 0xbb:num=11; br

20、eak; case 0x7b:num=12; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; P3=0xf7; temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=P3; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xe7:num=13; break; case 0xd7:num=14; break; case 0xb7:num=15; break; case 0x77:num=16; break;

21、while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; switch(num) case 1:shang1=1; break; case 2:shang2=1; break; case 3:shang3=1; break; case 4:shang4=1; break; case 5:xia2=1; break; case 6:xia3=1; break; case 7:xia4=1; break; case 8:xia5=1; break; case 9:nei1=1; break; case 10:nei2=1; break; case 11:nei3=1; break; case 12:nei4=1; break; case 13:nei5=1; break; case 14: break; case 15: break; case 16:alarm1=1;alarm2=0; zz=fz=0;while(1); break; 附录2电梯控制系统仿真图