基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真毕业设计论文.docx

1、基于单片机的智能电梯控制模块的设计与仿真毕业设计论文目录1 绪论 11.1 课题背景 11.2 电梯的应用 21.3 电梯的发展趋势 21.4 设计目的 31.5 本设计完成的工作 32 总体方案设计 42.1 硬件设计 42.2.1 引言 42.1.2单片机简介 52.1.3 主控芯片选择 72.1.4 电源选取 92.1.5 主显示器件选择 92.1.6 74LS595 8位输出锁存移位寄存器 112.1.7 发光二极管及独立按键 142.2单片机开发工具仿真简介 162.2.1 Keil 简介 162.2.2 Proteus 简介 163 硬件实现及单元电路设计 173.1 主控制模块

2、173.2 单片机的时钟电路与复位电路设计 173.3 电梯按键电路 183.4 楼层显示和楼层指示电路图 184 系统软件设计方案 194.1 主程序流程图 194.2 电梯各情况下所对应的处理方法 20总结 21参考文献 22附录1 整机电路原理图 23附录2 源程序 24致谢 341 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

3、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

4、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

5、必不可少的垂直运输交通工具。1.2 电梯的应用电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。按速度可分低速电梯（1米/秒以下）、快速电梯(12米/秒)和高速电梯(2米/秒以上)。19世纪中期开始采用液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的E.G.奥蒂斯研制出钢丝绳提升的安全升降机。80年代

6、，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加电梯的提升高度。1.3 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。

7、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

8、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，

9、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

10、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。1.4 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

11、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。1.5 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电梯系统的控制,该电梯装有1个88点阵显示器，显示楼层和上下方向。88点阵显示器接到单片机的p0和p2口接受信号，用于判断是否上下和显示楼层。系统总体的设计方框图如图2-1所示。图2-1 系统总体方框图2.1

12、 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1616点阵显示器件按数字转换用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单片机简介单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动

13、电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，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。单片机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机经过几代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。单片机是靠程序运行的，

14、并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外

15、围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。SOC单片机(System On Chip)，单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。众多的单片机可以从不同角度进行分类。按单片机数据总线的位数分为4位，8位，16位，32位。4位单片机在整个单片机市场中所占的比例逐渐减小，它主要应用各种规模较小的家电类消费产品。8位单片机是目前世界

16、上品种最为丰富，应用最为广泛的单片机。16位单片机的操作速度及数据吞吐能力在性能上比6位单片机有较大提高。32位单片机在寻址能力，操作速度，运算能力，开发手段与环境方面大为增强。单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：工业控制，单片机可以构成各种控制系统，数据采集系统等。仪器表，如智能仪器，医疗器械，数字示波器等。计算机外部设备与智能接口，如传真机，打印机等等单片机在工业控制，智能家电，汽车电子，楼宇自动化，医疗器械方面都有应用，智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器常用的有验钞机，门禁系统，电子监控，变频空调等等随处可见 目前有能力进行单片机开发的人员是非常受企业欢迎的;这方面

17、需求量是很大的，单片机是我们生活中不可缺少的，它不断发达。目前计算机硬件技术朝着巨型化，微型化和单片化三个方向发展。单片机代表着计算机技术的一个发展方向，自1975年美国德克萨斯仪器公司第一块单片机芯片TMS-1000问世以来，在短短的30多年间，单片机技术已发展成为计算机技术的一个非常活力的分支，单片机在集成度，功能，性能，体系结构等方面都得到了飞速发展。2.1.3 主控芯片选择该设计用了STC89C51RC单片机这种单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任主要特性如下：增强型8052单片机，6时钟/机器周期和1

18、2时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的80MHz实际工作频率可达48MHz用户应用程序空间为8K字节片上集成512字节RAM通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片具有EEP

19、ROM功能具有看门狗功能共3个16位定时器计数器。即定时器T0、T1、T2外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）PDIP封装STC89C51RC单片机的工作模式掉电模式：典型功耗QB-QC-.-QH；下降沿移位寄存器 数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级）RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。(通常我将RCK置为低电平，) 当移位结束后，在R

20、CK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据。/G(13脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。注：74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74164的驱动电流(25mA)比74595(35mA)的要 小14脚封装，体积也小一些。74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。与164只有数据清零端相比，595还多有输出端时能/禁止控制端，可以使

21、输出为高阻态。1)74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74164的驱动电流(25mA)比74595(35mA)的要小14脚 封装，体积也小一些。2)74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。3)595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，在正常使用时SCLR为高电平， G为低电平。从SER每输入一位数据，串行输595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，如下面的真值表，在正常使用时SCLR为高电 平， G为低电平。从SER每输入一位数据，串

22、行输入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输 出端。入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。其实看了这么多595的资料觉得没什么难的关键是看懂其时序图说到底就是下面三步(引用):第一步：目的：将要准备输入的位数据移入74HC595数据输入端上。方法：送位数据到 P1.0。第二步：目的：将位数据逐位移入74HC595，即数据串入方法：P1.2产生一上升沿，将P1.0上的数据移入74HC595中.从低到高。第三步：目的：并行输出数据。即数据并出方法：P1.1产生一上升沿

23、，将由P1.0上已移入数据寄存器中的数据送入到输出锁存器。说明：从上可分析：从P1.2产生一上升沿（移入数据）和P1.1产生一上升沿（输出数据）是二个独立过程，实际应用时互不干扰。即可输出数据的同时移入数据。而具体编程方法为如：R0中存放3FHLED数码管显示“0”引脚说明符号 引脚 描述Q0Q7 15， 1， 7 并行数据输出GND 8 地,Q7 9 串行数据输出,MR 10 主复位（低电平）,SHCP 11 移位寄存器时钟输入,STCP 12 存储寄存器时钟输入,OE 13 输出有效（低电平）,DS 14 串行数据输入,VCC 16 电源。输入 输出 功能SHCP STCP OE MR DS Q7 Qn L L NC MR为低电平时紧紧影响移位寄存器 L L L L 空移