本科畢業(yè)論文-基于Atmega128單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、梧梧 州州 學(xué)學(xué) 院院 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 論文題目 基于 atmega128 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)系統(tǒng) 系 別 電子信息工程 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 10 電本二班 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師（簽名） 完成時(shí)間 2013 年 5 月 i 摘摘 要要 本文介紹了以 atmega128 單片機(jī)為核心控制器件的電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括課題 概述、方案論證、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等幾個(gè)部分。該系統(tǒng)采用 atmega128 單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)掃描內(nèi)外按鍵按下與否引起的電平的改變，作為 用戶請(qǐng)求信息發(fā)送到單片機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)根據(jù)樓層檢測(cè)結(jié)果控制電機(jī)停 在目標(biāo)樓層，單片機(jī)通過(guò)

2、 hx711 稱重模塊，判斷出此時(shí)電梯的重量。自動(dòng)開(kāi)關(guān)門部分 通過(guò)接近開(kāi)關(guān)、霍爾限位開(kāi)關(guān)等完成到達(dá)目標(biāo)樓層自動(dòng)開(kāi)關(guān)門功能。掉電保護(hù)部分實(shí) 時(shí)保護(hù)電梯電梯時(shí)電梯廂不會(huì)往下墜，12864 液晶、數(shù)碼管、蜂鳴器實(shí)時(shí)顯示、提示當(dāng) 前的信息。硬件部分主要有電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、每層樓層檢測(cè)模塊、12864 和 數(shù)碼管顯示部分、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵模塊、報(bào)警模塊、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門、智能防夾模 塊、掉電保護(hù)等部分組成。軟件部分介紹了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路、程序功能分析，著重 介紹了主程序的邏輯結(jié)構(gòu)，還分別介紹了報(bào)警、按鍵掃描、層位讀取、顯示、電梯控 制邏輯等子程序的結(jié)構(gòu)和功能。軟件部分,使用 c 語(yǔ)言編寫，易于調(diào)試

3、。硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 可靠，結(jié)合軟件，基本實(shí)現(xiàn)了五層電梯運(yùn)行的逼真模擬。 關(guān)鍵詞：atmega128；hx711 稱重；液晶顯示；自動(dòng)開(kāi)關(guān)門；電梯控制； ii the elevator control system based on microprocessor abstract this article introduces the atmega128 microcontroller as the core control device of the elevator control system, including the issues outlined, program feasibilit

4、y studies, hardware design, software design, system debugging, and several other parts.the system uses a microcontroller as the control centre, firstly, it is by scanning the internal and external electrical level change caused by keyboard to be a user requests information to the microcontroller,con

5、trol the motor rotation, the microcontroller controls the motor based on test results floors stopped in the target floor. hardware part mainly are made of the microcontroller, floor detection module, horizon 12864, digital tube display, electric motor drive module, key scan module, alarm module, cir

6、cuit directions up and down the line calls and other components.floor detection uses photoelectric sensors. when elevator goes to the appropriate floor, photoelectric sensors produce electrical level changes sent to the microcontroller to determine the floor,.the part of motor control uses stepper m

7、otor and 6560 stepper motor drive module.software components intorduce system programming design ideas, procedures, functional analysis . it is not only focusing on the logical design of the main structure but also separately introduced the warning function, the demonstration function, the pressed k

8、ey scanning, the position read, the demonstration, the lift control logic small steelyard procedure structure and the function. software components use c language. this realization way is the use of interrupt mode to detect the information of the floor sent to the digital tube display . the hardware

9、 design of the system combined with the software is simple and reliable. so it is basically to achieve simulation of elevator running five floors. key words: atmega128 key scan lcd display elevator control iii 目錄目錄 第一章 前言.1 1.1 項(xiàng)目背景.1 1.2 課題提出及研究意義.1 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).3 2.1 方案論證 .3 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).7 3.1 總體方案設(shè)

10、計(jì) .7 3.2 各模塊設(shè)計(jì).8 第四章 軟件設(shè)計(jì).19 4.1 電梯主程序 .19 4.2 電梯邏輯控制.20 4.3 電梯運(yùn)行控制.22 4.3 緊急停止.22 第五章 系統(tǒng)調(diào)試.25 5.1 軟件編譯調(diào)試.25 5.2 硬件仿真.25 5.3 系統(tǒng)測(cè)試.28 第六章 總結(jié)與展望.30 參考文獻(xiàn).31 附錄.32 致謝.57 iv 1 第一章 前言 1.1 項(xiàng)目背景 隨著人們生活水平的不斷提高和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。各大城市建筑物在不斷向 高層發(fā)展。因此電梯在我們的生活中起著非常重要的作用。電梯已經(jīng)不單單是是一種 生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備,更是一種人們?cè)絹?lái)越依賴的、必須的交通運(yùn)輸工具。 由于傳統(tǒng)

11、的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制線路。采用這種控制線 路,存在易出故障、維護(hù)不便、運(yùn)行壽命較短、占用空間大等缺點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看, 這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。而單片機(jī)價(jià)格相當(dāng)便宜，體積較小，由單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制系 統(tǒng)會(huì)隨著設(shè)備的更新而不斷完善，更完美的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升級(jí)。國(guó)內(nèi)外電梯企業(yè)順應(yīng)市 場(chǎng)需要，加大研發(fā)投入，都準(zhǔn)備在未來(lái)新概念電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占得先機(jī)。 1.2 課題提出及研究意義 電梯是集機(jī)械原理應(yīng)用、電氣控制技術(shù)、微處理技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)等多科學(xué)和技 術(shù)分支于一體的機(jī)電設(shè)備，它是建筑中永久垂直交通工具。電梯作為生產(chǎn)生活的典型 運(yùn)載工具使用已十分普及，其控制信號(hào)類型多，關(guān)系復(fù)雜，要求的控制

12、性能特別高。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展高層建筑越來(lái)越多對(duì)電梯的運(yùn)行速度和控制性能也提出了更高的要求。 而在我國(guó)于八十年代初至九十年代初投入使用的電梯,其中絕大部分采用繼電器繼電 器陣列結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)體積大、接線復(fù)雜、噪音大、觸點(diǎn)易磨損、故障率高、維護(hù)工作量 大，已無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)的需要。 自上世紀(jì) 80 年代以來(lái)，微機(jī)控制系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，現(xiàn)已深人到我國(guó)工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的各個(gè)方方面面，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,使得以微機(jī)為核心的控 制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。尤其是單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，其深度和廣度越來(lái)越大。微機(jī)應(yīng) 用于電梯控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的采用繼電接觸邏輯控制系統(tǒng)相比，具有很大優(yōu)越性，一 方面，它使整個(gè)系

13、統(tǒng)的體積減小，可靠性提高，使用壽命延長(zhǎng)；另一方面，它還簡(jiǎn)化 了安裝調(diào)試和維護(hù)維修的工作量，使整個(gè)電梯的運(yùn)行成本降低。更突出的優(yōu)點(diǎn)是微機(jī) 具有靈活的算術(shù)和邏輯運(yùn)算功能，具有很強(qiáng)的通信和可擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)更完善的自動(dòng) 控制。 常用的微機(jī)控制主要的有兩種技術(shù)：基于 plc 控制和基于單片機(jī)控制兩大技術(shù)。 可編程控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和 微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制 的專用計(jì)算機(jī)，它有良好的抗干擾性能，適應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn) 在的電梯控制系統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。但是由于 plc 的針對(duì)性較強(qiáng)

14、，每一 臺(tái) plc 都是根據(jù)一個(gè)設(shè)備而設(shè)計(jì)的，所以價(jià)格較昂貴。而單片機(jī)價(jià)格相當(dāng)便宜，也不 像 plc 那么有針對(duì)性，可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更完美的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升 級(jí)?；趩纹瑱C(jī)控制的電梯可以大大的降低成本而且運(yùn)行也較可靠，采用單片機(jī)來(lái)實(shí) 2 現(xiàn)老式電梯控制系統(tǒng)的改造無(wú)疑是最佳方案。由于單片機(jī)具有體積小、線路簡(jiǎn)單、無(wú) 噪音、可靠性高、維護(hù)方便,是一種少投入、高回報(bào)的方案。同時(shí)能方便實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電梯 的群控,并通過(guò)通訊接口與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)施對(duì)電梯的監(jiān)控電梯的應(yīng)用范圍很 廣，可用于賓館、飯店、辦公大樓、商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所、倉(cāng)庫(kù)以及居民住宅大樓等。 3 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1.方案論證

15、 本系統(tǒng)的方案論證包括主控芯片選擇，定位平層模塊，樓層顯示模塊，聲音提示 模塊，電動(dòng)機(jī)選擇，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 2.1.1 主控芯片選擇 方案一：plc 控制方案。這種方案是采用傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是編寫 程序比較直觀，通俗易懂，可靠性高，干擾抗能力強(qiáng)，能耗較小。但他的價(jià)格較昂貴， 不符合本設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)要求。 方案二 ：采用 cpld 器件作為控制中心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行統(tǒng)一管理，但這 種方案要求平時(shí)有很多的知識(shí)積累和較強(qiáng)的專業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難且器件較貴， 不符合經(jīng)濟(jì)要求，而且升降電機(jī)的控制，運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量、顯示等還需要單片機(jī)的配 合。 方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)為主控制器的方案。mcu 采

16、用一個(gè)單片機(jī)控制所有的按鍵、數(shù)碼管、 液晶顯示、步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器的輸出信號(hào)等，并對(duì)以上所有信號(hào)進(jìn)行處理。這種 方案的控制系統(tǒng)相對(duì)較簡(jiǎn)單，只適用于較簡(jiǎn)單的電梯控制系統(tǒng)。單片機(jī)的內(nèi)部資源比 較豐富，控制采用 c 語(yǔ)言控制，使用起來(lái)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。 權(quán)衡以上方案的分析，結(jié)合本次次的設(shè)計(jì)的內(nèi)容是 5 層電梯控制系統(tǒng)，基于本設(shè) 計(jì)中需要用到的管腳比較多，需要的內(nèi)存比較大，所以本設(shè)計(jì)用 atmega128 單片機(jī)， 自身資源豐富，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，結(jié)合軟件完全可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)電 梯的要求。所以選用方案三。 2.1.2 定位平層部分 方案一：采用金屬接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)電梯層數(shù)。在轎廂安裝金屬片，并在

17、豎井各個(gè)樓 層裝上金屬接近開(kāi)關(guān)，在轎廂上裝上一個(gè)當(dāng)作感應(yīng)作用的金屬片，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定 位置，豎井上的金屬接近開(kāi)關(guān)探測(cè)到金屬片，繼而輸出一個(gè)信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)金屬接 近開(kāi)關(guān)輸出的變化知道電梯轎廂的位置。該方案安裝中的金屬片會(huì)使轎廂的重量加重， 增加步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載，并且金屬接近開(kāi)關(guān)價(jià)格相對(duì)昂貴、體積較大、安裝不便、靈敏 度不怎么高。 方案二：采用紅外發(fā)射對(duì)管檢測(cè)電梯層數(shù)。在豎井各個(gè)樓層設(shè)置紅外接收管，在 電梯廂上裝一個(gè)紅外發(fā)射管。當(dāng)接通電源時(shí)，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)轎廂 運(yùn)動(dòng)到特定位置（即樓層位置） ，豎井上的紅外線接收頭接收到紅外線，輸出發(fā)生變化， 單片機(jī)通過(guò)紅外線接收頭輸出的變化知道電

18、梯轎廂的位置。該傳感器的響應(yīng)時(shí)間為 2.5ms，且體積小、功耗低、容易安裝，但受環(huán)境的影響較大。 4 方案三：采用光電傳感器。在轎廂每一層安裝一個(gè)光電傳感器，然后讓副吊重廂 帶著一個(gè)小物體，當(dāng)電梯上升時(shí)，副吊重體則下降。當(dāng)副吊重體上的小物體經(jīng)過(guò)光電 傳感器時(shí)，遮擋住了光電傳感器發(fā)光體和接收光體的通道，進(jìn)而傳感器會(huì)輸出一個(gè)高 電平，單片機(jī)通過(guò)檢查該樓層光電傳感器電平的變化，從而可以檢測(cè)出當(dāng)前電梯廂所 處樓層位置，光電傳感器反應(yīng)靈敏，精確度比較高，受外界干擾比較少，價(jià)格比較便 宜，容易安裝，易于調(diào)試。 基于上述方案的分析，以及方案三的優(yōu)點(diǎn)，故選擇方案三。 2.1.3 樓層顯示部分 方案一：采用點(diǎn)陣

19、屏顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。點(diǎn)陣屏屬于低功耗器件，但其 價(jià)格較貴，假如在每層都裝一個(gè)液晶顯示，那明顯不怎么符合本設(shè)計(jì)的成本要求，并 且點(diǎn)陣屏制作相對(duì)比較難，線路復(fù)雜。 方案二：采用傳統(tǒng)的 7 段數(shù)碼管和液晶 12864 顯示電梯實(shí)時(shí)所到的樓層。數(shù)碼管 雖功耗大，但其軟件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試方便，價(jià)格便宜，亮度大，能滿足本設(shè) 計(jì)的要求，但數(shù)碼管只可以顯示基本的數(shù)字，文字顯示不了，所以在電梯廂內(nèi)部裝上 液晶 12864 來(lái)顯示基本的電梯信息，這樣比較美觀，成本合理，在電梯的每層外部裝 上一個(gè)數(shù)碼管顯示電梯當(dāng)前所載的樓層。 結(jié)合以上的比較，在本設(shè)計(jì)的成本和難度性，所以采用方案二。 2.1.4 聲音

20、提示部分 方案一：采用語(yǔ)音芯片 isd400，該語(yǔ)音芯片外圍電路簡(jiǎn)單，需要很少的外圍器件 就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的播報(bào)，它是直接多電平接模擬存儲(chǔ)，聲音不需要 a/d轉(zhuǎn)換和壓縮，每 個(gè)采樣得到的數(shù)值直接存儲(chǔ)在芯片 內(nèi)的閃爍存儲(chǔ)器中，沒(méi)有由于 a/d 轉(zhuǎn)換誤差，因此它能夠真 實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)及效果聲，但調(diào)試難度相對(duì)較大。 方案二：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達(dá)所需的樓層時(shí)，蜂鳴器響，提示乘客到 達(dá)了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時(shí)的報(bào)警提示信號(hào)，其程序編寫、硬件電路 設(shè)計(jì)、調(diào)試比較簡(jiǎn)單，而且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 比較以上兩種方案中，選擇方案二。 2.1.5 電動(dòng)機(jī)模塊 方案一：采用步進(jìn)電

21、機(jī)作為本設(shè)計(jì)電梯上升的動(dòng)力，步進(jìn)電機(jī)在定位性能方面十 分優(yōu)越。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別在于它的驅(qū)動(dòng)是用脈沖驅(qū)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖， 它就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，本設(shè)計(jì)中用的步距角是 1.8 度的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)不需要 a/d 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移。在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)完成 兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息，升降精度很高，其次步進(jìn)電機(jī)只給電 不給脈沖的時(shí)候，它是不動(dòng)，這有利于本設(shè)計(jì)的控制電梯廂停穩(wěn)。 5 方案二：采用直流電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，直流電機(jī)工作是讓線圈始終交替 地處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過(guò)兩個(gè)半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀態(tài)消 除掉。這樣，載流線圈

22、在磁場(chǎng)中就會(huì)一直地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。直流電機(jī)在高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn) 矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。 此題目中電機(jī)要帶動(dòng)的負(fù)載不是很大，但對(duì)升降精度要求較高，并且要求在電梯 停在目的樓層時(shí)，能把電梯廂卡住，二直流電機(jī)則不能把電梯廂卡住，所以采用方案 一。 2.1.6 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 我們使用的是直流電機(jī)，比較以下兩種方案實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 方案一： 小功率驅(qū)動(dòng)電路可以采用如圖 2-1 所示的 h 橋開(kāi)關(guān)電路。ua 和 ub 是互 補(bǔ)的雙極性或單極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)，ttl 電平。開(kāi)關(guān)晶體管的耐壓應(yīng)大于 1.5 倍 us 以上。 當(dāng)四個(gè)功率開(kāi)關(guān)全用 npn 晶體管時(shí)，需要解決兩個(gè)上橋臂晶體管(bg1 和 bg3)

23、的基極電 平偏移問(wèn)題。圖 2-2 中 h 橋開(kāi)關(guān)電路利用兩個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)了上橋臂晶體管的電平偏移。 但電阻 r 上的損耗較大，所以也只能在小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用。 圖 2-1 橋開(kāi)關(guān)電路 圖 2-2 橋開(kāi)關(guān)電路 方案二：采用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片 l298，該芯片內(nèi)部包含有兩個(gè)集成 h 橋，能 同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路 5 到 24 伏范圍電源的直流電機(jī)，可以驅(qū)動(dòng)一個(gè) 2 相 4 線的步進(jìn)電機(jī)。但 6 它的驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，需要用到 i/0 口比較多，一個(gè)步進(jìn)電機(jī)需要 4 跟數(shù)據(jù)線，一根 使能信號(hào)線，總共需要 5 跟，占用的單片機(jī)資源比較多，編寫程序較多。 方案三：采用步進(jìn)電機(jī) tb6560 模塊，tb6560

24、是步進(jìn)電機(jī)專用的驅(qū)動(dòng)芯片，工業(yè)上 多數(shù)用它來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，雕刻機(jī)，寶石機(jī)等多數(shù)用它，它的電路雖然復(fù)雜，但程序 編寫簡(jiǎn)單，只需給一個(gè)高、低脈沖就可以控制它轉(zhuǎn)動(dòng)工作，控制它的一根使能端就可 以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和脫機(jī)，一根方向端就可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)上面的撥碼開(kāi) 關(guān)設(shè)置電機(jī)運(yùn)行電流的大小，并且它可以細(xì)分，讓步進(jìn)電機(jī)工作在合適的頻率，還有 自動(dòng)半流，此作用能減少步進(jìn)電機(jī)在不工作的時(shí)候，減少發(fā)熱量，是步進(jìn)電機(jī)比較理 想的驅(qū)動(dòng) 綜合以上方案，所以采用方案三。 2.1.7 稱重模塊 方案一 壓電傳感器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量， 更不能測(cè)靜態(tài)量。目前多用于加速

25、度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi) 阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性， 這對(duì)外接電路要求很高。 方案二 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。電容傳感器 可用來(lái)檢測(cè)壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電參量。 雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素： （1）小功率、高阻抗。受幾何尺寸限制，電容傳感器的電容量都很小，一般僅幾皮法 至幾十皮法。故易受外界干擾，信號(hào)需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。 （2）初始電容小， 電纜電容

26、、線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。 方案三 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu) 型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電 阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件 構(gòu)成力學(xué)量傳感器。 其測(cè)量原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng) 變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流 的變化12。 本設(shè)計(jì)中選用最終方案我們選擇的是電阻應(yīng)變式壓力傳感器，額定載荷 5kg，并且 經(jīng)過(guò) hx711a/d 轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行放大、a

27、/d 轉(zhuǎn)換。傳給單片機(jī)，顯示在 12864 液晶上。 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的基本思想是采用 atmega128 單片機(jī)作為核心，利用其豐富的 i/o 接口 與外圍電路配合進(jìn)行控制。采用穩(wěn)壓芯片 lm2576 為電路提供穩(wěn)定的 5v 電源，采用 5 個(gè)光電傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電梯所到的樓層，2 個(gè)霍爾傳感器限位自動(dòng)開(kāi)關(guān)門的位置，一個(gè) 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)關(guān)門時(shí)門的中間是有東西。否采用 tb6560 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)步進(jìn)電機(jī)， 為電梯提供動(dòng)力。采用電阻傳感器和 hx711a/d 芯片檢測(cè)電梯的載重。采用 12864 液晶 和用 595 來(lái)驅(qū)動(dòng)額數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示當(dāng)前電

28、梯當(dāng)前的信息，并采用獨(dú)立鍵盤作為外呼內(nèi) 選電路，里面用 8 個(gè)按鍵代表 1-5 樓層、開(kāi)門、關(guān)門、呼叫，外部采用 8 個(gè)按鍵代表 1 樓上，2 樓上、下，3 路上、下，4 樓上、下，5 樓的下呼叫。電梯模型效果圖如圖 3-1 所示： 5f 4f 3f 2f 1f 圖 3-1 電梯模型效果圖 j 8 電梯豎井部分是由鐵片和螺絲組合成的鐵架體總高度為 1.2 米，每層的高度為 20cm；j 是電梯廂，懸掛并由電動(dòng)機(jī) m 牽引，可在電梯間豎井模型的空間內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。 電梯橋廂模型 j 是用有機(jī)玻璃粘和而成的，電梯橋箱中有一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門裝置通過(guò)小 皮帶傳送帶動(dòng)小門進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)開(kāi)關(guān)門，在門的中間有個(gè)接近開(kāi)關(guān)

29、，當(dāng)在電梯在關(guān)門的 時(shí)候，只要接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到中間有東西，就會(huì)自動(dòng)開(kāi)門，光電開(kāi)關(guān)不斷地檢測(cè)中間用 沒(méi)有東西，從而實(shí)現(xiàn)智能防夾功能。 圖 3-2 總體組成圖 3.2 各模塊設(shè)計(jì) 3.2.1 按鍵電路 本電路所需按鍵有 16 個(gè)，基于本設(shè)計(jì)用的是有 64 個(gè) i/0 口的 atmega128 單片， 外部資源比較多，為了寫程序的簡(jiǎn)單方便，本設(shè)計(jì)用獨(dú)立按鍵。如圖 3-3 所示，pa.1- pa.8 是接單片機(jī)的 pa 端口，此按鍵是電梯廂內(nèi)部的按鍵，外部的按鍵同理，單片機(jī) 采獨(dú)立按鍵掃描方式，這樣簡(jiǎn)單，程序少，單片機(jī)響應(yīng)速度快。雖然這樣所占用的單 片機(jī)管腳比較多，但對(duì)于 atmega128 來(lái)說(shuō)，管腳

30、是足夠的，完全符合本設(shè)計(jì)的要求。 atmegal 128 單 片 機(jī) 電 梯 模 型 自動(dòng)開(kāi)關(guān)門 樓層檢測(cè) 安全保護(hù) 部分 鍵盤呼叫信號(hào) 輸入 滑輪 步進(jìn)電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 樓層外顯示 內(nèi)部 12864 顯 示 蜂鳴器提示 電梯運(yùn)動(dòng)方向指示 稱重部分 9 單片機(jī)通過(guò)讀取按鍵的狀態(tài)，然后可根據(jù)每個(gè)按鍵的功能來(lái)通過(guò)單片機(jī)控制電梯的運(yùn) 行。鍵盤電路如圖 3-3 所示： s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 2 3 4 5 6 7 8 1 p1 g n d a 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8 上上上上上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p7 a1a2a3a4a5a6a7a8

31、 v cc a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 上上上上 上上 圖 3-3 外鍵盤電路 各按鈕開(kāi)關(guān)說(shuō)明： 按鈕開(kāi)關(guān) s1：轎廂內(nèi)一樓呼叫開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān) s2：轎廂內(nèi)二樓呼叫開(kāi)關(guān)； 按鈕開(kāi)關(guān) s3：轎廂內(nèi)三樓呼叫開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān) s4：轎廂內(nèi)四樓呼叫開(kāi)關(guān)； 按鈕開(kāi)關(guān) s5：轎廂內(nèi)五樓呼叫開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān) s6：轎廂內(nèi)開(kāi)門呼叫開(kāi)關(guān)； 按鈕開(kāi)關(guān) s7：轎廂內(nèi)關(guān)門呼叫開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān) s8：轎廂內(nèi)緊急呼叫開(kāi)關(guān)； 外部 8 個(gè)按鍵同理。實(shí)物圖如下圖 3-4、3-5 所示。 10 圖3-4 內(nèi)部按鍵 圖3-5 外部按鍵 3.2.2 顯示電路 數(shù)碼管顯示，電梯的基本功能是具備顯示電梯當(dāng)

32、前的樓層，所以設(shè)計(jì)中在轎廂和 每個(gè)樓層中都放置了一個(gè)數(shù)碼顯示管來(lái)顯示當(dāng)前電梯所在的樓層。接線圖如圖 3-6 所 示，圖中共有 1 個(gè)數(shù)碼管，通過(guò) 74hc595 控制數(shù)碼顯示。本設(shè)計(jì)中只需要顯示當(dāng)前電 梯所要到達(dá)的樓層，所以只需要數(shù)碼管的 7 段就夠了。本設(shè)計(jì)采用串轉(zhuǎn)并芯片 11 74hc595，它主要有一個(gè)時(shí)鐘接口 tcp，數(shù)據(jù)接口 ds，數(shù)據(jù)輸出控制接口 hcp。每當(dāng) tcp 有一個(gè)上升沿時(shí)，存儲(chǔ)寄存器則把 ds 口的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng) hcp 口有一個(gè)上升沿 時(shí)，移位寄存器則把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位， 當(dāng) oe 使能時(shí)，595 則把存儲(chǔ)器中的數(shù) 據(jù)輸出到總線中去，從而實(shí)現(xiàn)了，由串口轉(zhuǎn)并口的

33、功能。本設(shè)計(jì)中除了使用數(shù)碼管外， 還增加了液晶 12864 顯示，電路圖如圖 3-7. a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 vcc 上上上上上 1 2 3 p2 f 9 g 10 e 1 d 2 a 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 a 8 ds1 dpy blue-ca q1 1 q2 2 q3 3 q4 4 q5 5 q6 6 q7 7 gnd 8 q7 9 m r 10 shcp 11 stcp 12 oe 13 ds 14 q0 15 vcc 16 u1 74hc595 1 2 p1 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 gnd vcc上上 圖 3-6 數(shù)碼管顯示部分接線

34、圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 p2112864 lcd上上 vcc vcc vcc 10 r14 r34 pc0 pc1 pc2 pc3 pc4 pc5 pc6 pc7 pg0 pg1 pg2 圖 3-7 12864 顯示電路 3.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)用的是 tb6560 驅(qū)動(dòng)模塊 tb6560 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部二個(gè) 全橋 mosfet 驅(qū)動(dòng)、內(nèi)部設(shè)置溫度保護(hù)及過(guò)流保護(hù)，自帶 2、8、16 細(xì)分可選，足夠滿 12 足每分鐘從幾到近千轉(zhuǎn)的應(yīng)用要求。該芯片還有自動(dòng)半流的功能，能有效地減少驅(qū)動(dòng) 器發(fā)熱

35、量。并且支持各種步進(jìn)電機(jī)選型，可選擇力矩稍大的混合式或者永磁式步進(jìn)電 機(jī)，使電機(jī)工作在允許最大轉(zhuǎn)矩的百分之 30 至 50 之間，并且該芯片提供多檔電流設(shè) 置和電流衰減模式，支持相同動(dòng)力指標(biāo)下各種不同參數(shù)的步進(jìn)。本驅(qū)動(dòng)模塊采用高速 光耦 6n137 進(jìn)行單片機(jī)的與步進(jìn)電機(jī)隔離，有效地保護(hù)了主控電路。6n1376 光耦合器 是單通道的光耦速度比較高的光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光二級(jí)管和一個(gè)光敏二極管、 當(dāng)發(fā)光二級(jí)被點(diǎn)亮，光敏二極管導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的傳遞。6n137 的轉(zhuǎn)換速率高達(dá) 10mbit/s，是典型的高速數(shù)字開(kāi)關(guān)。在此電路中 6n1376 用在 tb6560 的時(shí)鐘接口上， 這樣能快速有

36、效地接收單片輸出給 tb6560 的信號(hào)，為了節(jié)約成本，但不失使用性，對(duì) 于 tb6560 的使能端，則采用光電轉(zhuǎn)換速度稍微慢點(diǎn)的 pc817。驅(qū)動(dòng)電路如圖 3-8 所示。 tq1 1 tq2 2 clk 3 en 4 reset 5 sgnd 6 osc 7 vmb 8 mb 9 pgndb 10 rb 11 mb- 12 ma 13 ra 14 pgnda 15 ma- 16 17 vma 18 tsd 19 vcc 20 dir 21 m2 22 m1 23 pfd2 24 pfd1 25 *tb1 tb6560 1 2 3 4 5 6 12 11 10 9 8 7 s4 sw dip-

37、6 13 2 vv gnd in out u4 7805 3 nc 4 6 5 nc 1 27 8 a vcc ve vo gnd k u3 6n137 3 nc 4 6 5 nc 1 27 8 a vcc ve vo gnd k u2 6n137 104 c2 1001000pf c7 vcc vcc vcc gnd gnd 200 r1 200 r2 200 r3 gnd : 10k r4 10 r5 10 r6 vcc en cw en1 en1 cw1 cw1 clk1 u1 pc817 vcc gnd 1 diode 1n4148 2 diode 1n4148 3 diode 1n4

38、148 4 diode 1n4148 gnd gnd vbb vcc vcc sm1 sm2 sm1 sm2 dcy1 dcy2 dcy1 dcy2 1000u c9 220u c10 gnd +5v vbb 1 2 3 4 p2 header 4 1 2 3 4 5 6 p1 header 6 vbb 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p4 header 9h vcc 1001000pf c8 10 r7 en cw sm1 sm2 dcy1 dcy2 en cw clk1 d1 led0 1k r16 res1 1k r17 res1 gnd clk clk d60 in4148 d61

39、 in4148 d62 in4148 d63 in4148 圖3-8 tb6560驅(qū)動(dòng)電路圖 3.2.4 atmegal128最小系統(tǒng)模塊 13 atmegal128 是高性能、低功耗的 avr 8 位微處理，128k 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 flash，4k 字節(jié)的 eeprom，4k 字節(jié)的內(nèi)部 sram，多達(dá) 64k 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器空 間；53 個(gè)通用 i/o 口，兩個(gè)具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立預(yù)分頻器 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器。8 路 10 位 adc 并且具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門

40、狗定時(shí)器， 片內(nèi)模擬比較器。通過(guò)熔絲位可以選擇 atmega103 兼容模式。壽命: 100,000 次寫/擦 除周期，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)軟件加密，可以通過(guò) spi 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，它 的工作電壓是 2.7 - 5.5（2.7 - 5.5v atmega128l4.5 - 5.5v atmega128） 。如圖 3-9 是 atmegal128 芯片圖。atmegal128 的最小系統(tǒng)包括晶振電路，和復(fù)位電路，如圖 3- 10 是復(fù)位電路，atmegal128 是低電平復(fù)位。如圖 3-11 是晶振電路，本設(shè)計(jì)采用的是 8m 晶振。 pen 1 pe0 (rxd0/pdi) 2 pe1

41、(txd0/pdo) 3 pe2 (xck0/ain0) 4 pe3 (oc3a/ain1) 5 pe4 (oc3b/int4) 6 pe5 (oc3c/int5) 7 pe6 (t3/int6) 8 pe7 (ic3/int7) 9 pb0 (ss) 10 pb1 (sck) 11 pb2 (m osi) 12 pb3 (m iso) 13 pb4 (oc0) 14 pb5 (oc1a) 15 pb6 (oc1b) 16 pb7 (oc2/oc1c) 17 tosc2/pg3 18 tosc1/1pg4 19 reset 20 vcc 21 gnd 22 xtal2 23 xtal1 24

42、pd0 (scl/int0) 25 pd1 (sda/int1) 26 pd2 (rxd1/int2) 27 pd3 (txd1/int3) 28 pd4 (ic1) 29 pd5 (xck1) 30 pd6 (t1) 31 pd7 (t2) 32 pg0 (wr) 33 pg1 (rd) 34 pc0 (a8) 35 pc1 (a9) 36 pc2 (a10) 37 pc3 (a11) 38 pc4 (a12) 39 pc5 (a13) 40 pc6 (a14) 41 pc7 (a15) 42 pg2 (ale) 43 pa7 (ad7) 44 pa6 (ad6) 45 pa5 (ad5)

43、46 pa4 (ad4) 47 pa3 (ad3) 48 pa2 (ad2) 49 pa1 (ad1) 50 pa0 (ad0) 51 vcc 52 gnd 53 pf7 (adc7/tdi) 54 pf6 (adc6/tdo) 55 pf5 (adc5/tm s) 56 pf4 (adc4/tck) 57 pf3 (adc3) 58 pf2 (adc2) 59 pf1 (adc1) 60 pf0 (adc0) 61 aref 62 gnd 63 avcc 64 u3 atm ega128l-8ai 3-9 是 atmegal128 芯片圖 vcc reset s1 10u c3 10k r1

44、 14 3-10 復(fù)位電路 12 y1 xtal gnd 104 c8 104 c9 xtl1 xtl2 3-11 晶振電路 3.2.5 電源模塊 本設(shè)計(jì)用的是 lm2576 穩(wěn)壓芯片，它有 5 個(gè)管腳，lm2576 內(nèi)部設(shè)有含 52khz 振蕩器、 和 1.23v 基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、過(guò)熱關(guān)斷電路、過(guò)電流限制電路、放大器、以及比較器和內(nèi) 部穩(wěn)壓電路等。如圖 3-12 是電源電路圖，途圖中 r6 是滑動(dòng)電阻器，通過(guò)調(diào)節(jié) r6 電阻 的大小，可以調(diào)節(jié) lm2576 反饋端 4 電壓的大小，從而可以改變輸出電壓的大小。 d2 1n5819 gnd 1000u c1 cap pol1 c3 cap 220

45、u 1 2 p1 fb 4 on/off 5 gnd 3 in 1 out 2 u1 lm2576hvt-3.3 gnd c44 gnd s1 sw-dpdt 10mh l1 inductor iron c45 gnd 12 l3 12 l2 10 r1 10 r3 10 r4 s2 sw-dpdt gnd gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p5 2 3 4 5 1 p3 12 l4 s3 sw-dpdt gnd 12v上上 12v上上 gnd 5v上 r6

46、3-12 電源電路圖 15 3.2.6 光電傳感器模塊 在豎井各個(gè)樓層設(shè)置光電傳感器，在副轎廂上安裝一個(gè)小薄木棍，當(dāng)轎廂往上運(yùn) 動(dòng)，副轎廂則向下運(yùn)動(dòng)，轎廂往下運(yùn)動(dòng)，副轎廂則向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)副轎廂運(yùn)動(dòng)時(shí)它上面 的小木棍經(jīng)過(guò)光電傳感器，則光電傳感器接收光線段接收不到光線，則傳感器輸出端 輸出一個(gè)高電平。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)每個(gè)樓層的光電傳感器電平的變化，知道電梯轎廂 的位置。如圖由于傳感器的輸出端輸出比較弱，所以在傳感器的輸出端接一個(gè) 1k 的上 拉電阻，增強(qiáng)它的輸出特性。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3-13。 圖 3-13 光電傳感器電路圖 圖 3-14 光電傳感器 3.2.7 自動(dòng)開(kāi)關(guān)門模塊 本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了

47、一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門，它的功能有，當(dāng)電梯運(yùn)行到目標(biāo)樓層后，自 動(dòng)打開(kāi)、關(guān)閉門，當(dāng)在關(guān)門的時(shí)候，假如檢測(cè)到中間有東西，則門自動(dòng)打開(kāi)。本模塊 是有 2 個(gè)限位開(kāi)關(guān)，霍爾傳感器，1 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，以及其他小滑輪、小 皮帶等組成。由步進(jìn)電機(jī)提供開(kāi)關(guān)門的動(dòng)力，2 個(gè)霍爾傳感器控制開(kāi)關(guān)、關(guān)門時(shí)門移動(dòng) 的位置，光電傳感器檢測(cè)門中間是否有東西，有則輸出一個(gè)低電平。如圖 3-14 是實(shí)物 圖。 1 2 3 p2 1 1k 12 l1 vcc 1 2 3 p3 gnd 上上上上上 上上上 16 圖3-15 自動(dòng)開(kāi)關(guān)門 3.2.8 緊急報(bào)警 轎廂內(nèi)設(shè)緊急報(bào)警按鈕，當(dāng)電梯突然發(fā)生故障使轎箱內(nèi)的人被困時(shí)，可以通過(guò)

48、按 下緊急停止按鈕，清除所有呼叫信號(hào)，并將電梯直接運(yùn)行至一樓，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 由于這個(gè)部分要求電梯的任何運(yùn)行狀況下都要有效，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，我們將此作為一個(gè) 獨(dú)立的模塊。 圖 3-16 蜂鳴器報(bào)警原理圖 3.2.9 稱重模塊 在選用 a/d 芯片時(shí)，選用了一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 hx711，該芯片具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部還自帶放大，具 有 a/d 采樣和信號(hào)放大等雙重功能。本設(shè)計(jì)中，把傳感器裝在電梯橋廂的頂部，當(dāng)橋 廂里面的重量變化時(shí)，可以測(cè)量出此時(shí)的重量，當(dāng)電梯的重量超出一個(gè)限定閥值時(shí)， 電梯將不暫時(shí)運(yùn)行，并發(fā)出警報(bào)，直到電梯的重量在限

49、定值內(nèi)。如圖 3-17 是 hx117 運(yùn) 行流程圖，3-18 是 hc117 的電路圖。 緊急停止 按鈕 求救信號(hào) 清除所有呼叫信號(hào) 電梯運(yùn)行至一樓 發(fā)出報(bào)警信號(hào) 維修電梯解 救被困人員 電梯管理 人員 清除警報(bào) 等待啟動(dòng) 17 稱重傳感器 hx711 內(nèi)部放大 hx711a/d 轉(zhuǎn)換 atmega128 單片機(jī) 12864 液晶顯示 器 報(bào)警模塊 圖 3-17 hc117 運(yùn)行流程圖 vsup 1 base 2 avdd 3 vfb 4 agnd 5 vbg 6 inna 7 inpa 8 innb 9 inpb 10 pd_sck 11 dout 12 xo 13 xi 14 rate

50、15 dvdd 16 u2 hx711 20k r2 res2 8.2k r3 res2 1k r4 res2 1kr5 0.1uf c5 cap 1uf c3 cap 1uf c4 cap 0.1uf c13 p37 p36 1 2 3 4 5 6 p3 header 6h 0.1uf c6 cap 1 2 3 4 p6 header 6 p37 p36 e+ e- a- a+ b- b+ q2 8550 vcc 圖 3-18 hx117 電路圖 18 第四章 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)由于采用鍵盤矩陣來(lái)代替外呼內(nèi)選按鈕，而電梯的運(yùn)行方向是根據(jù)這些 呼叫按鍵和選擇按鍵來(lái)決定的，所以單片機(jī)要不斷的掃描鍵

51、盤來(lái)獲取各層呼叫狀態(tài)， 從而控制電梯的運(yùn)行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重要一部分，另外還要 把從鍵盤掃描到的各層的按鍵信息存儲(chǔ)起來(lái)，然后和結(jié)合電梯的運(yùn)行狀態(tài)比較，判 斷響應(yīng)的方向，當(dāng)電梯到達(dá)目的樓層時(shí)牽引上升電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門系 統(tǒng)響應(yīng)，當(dāng)在關(guān)門的過(guò)程中，光電傳感器檢測(cè)到中間有人時(shí)，門自動(dòng)再次打開(kāi)，稍 等一會(huì)，在關(guān)門，直到門合上。電梯在沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)樓層時(shí)，門不會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。假 如在關(guān)門的時(shí)候電梯廂的重量超出了設(shè)定值，則電梯停止運(yùn)行，啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警 報(bào)。直到電梯廂的重量小于設(shè)定值，電梯在繼續(xù)響應(yīng)下個(gè)操作，乘客進(jìn)入電梯之后 可選擇去哪一層，然后電梯根據(jù)乘客的選擇判斷去哪一層，繼續(xù)運(yùn)

52、行。通過(guò)單片機(jī) 控制電梯在上升過(guò)程中只響應(yīng)上升呼叫，下降過(guò)程中只響應(yīng)下降呼叫，當(dāng)外部的響 應(yīng)和電梯現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)方向反向，則單片機(jī)把此響應(yīng)儲(chǔ)存起來(lái)，等執(zhí)行完原來(lái)方向上 的響應(yīng)后，再反過(guò)來(lái)執(zhí)行此方向上的響應(yīng)。在電梯運(yùn)行的同時(shí)，顯示部分也在不停 地顯示此時(shí)電梯所在的樓層和運(yùn)動(dòng)方向，以及當(dāng)前電梯的重量。假如電梯在運(yùn)行的 時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)掉電了，則掉電保護(hù)部分的彈簧怎自動(dòng)復(fù)位，把上升電機(jī)上的輪子卡 住。 由于本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，其中主程序部分主要完成系統(tǒng)的初始化，如 中定時(shí)器的設(shè)置，開(kāi)中斷等。在中斷子程序中完成緊急呼叫，特殊呼叫等，其它的 如數(shù)碼管的顯示，鍵盤的響應(yīng)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的控制，稱重，延時(shí)等均由相應(yīng)

53、的子程序 來(lái)完成。 軟件設(shè)計(jì)思想：采用模塊化，分函數(shù)的分層次設(shè)計(jì)方法，將程序分成多個(gè)模塊， 分層編寫。通過(guò)調(diào)用不同的子程序，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜功能控制。這樣便于調(diào)試、修改。 軟件編程是實(shí)現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。在本設(shè)計(jì)中，可以把程序的各 部分相互結(jié)合起來(lái)，達(dá)到完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)的功能。 4.1 電梯主程序 根據(jù)系統(tǒng)要求，電梯的程序應(yīng)滿足以下要求： （1）初始化程序使數(shù)碼管顯示“1”表示電梯處在一樓，等待人進(jìn)入電梯； （2）主程序主要包括： 判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來(lái)控制電梯運(yùn)行，到達(dá)目 標(biāo)樓層后自動(dòng)開(kāi)關(guān)門； 19 電梯在運(yùn)行過(guò)程中要不斷的掃描鍵盤，從而來(lái)判斷各樓層有無(wú)呼叫請(qǐng)求，

54、并 把當(dāng)前樓層按鍵的值給儲(chǔ)存起來(lái)； 提示模塊的控制； 實(shí)時(shí)顯示電梯所在位置及運(yùn)行狀態(tài)（上行/下行） ； 開(kāi)關(guān)門有一定的延時(shí)來(lái)保證乘客走出/進(jìn)入電梯； 實(shí)時(shí)檢測(cè)此時(shí)電梯廂的重量； 實(shí)時(shí)檢測(cè)樓層檢測(cè)模塊； 實(shí)時(shí)控制上升電機(jī)，開(kāi)關(guān)門電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)； 主程序流程圖如圖 4-1 所示。 開(kāi)始 初始化 啟動(dòng) 緊急停止 功能演示 按鍵查詢 樓層檢測(cè) 樓層、方 向顯示 電梯邏輯控制 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) y n n 演示子程序 y n y 圖 4-1 主程序流程圖 電梯的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)包括一下幾部分：電梯邏輯控制模塊、電梯運(yùn)行模塊、鍵盤掃 描模塊、樓層顯示模塊、樓層檢測(cè)模塊、電梯緊急停止模塊、稱重模塊。 4.2 電梯邏輯控制

55、 20 電梯控制中，單片機(jī)掃描樓層外呼內(nèi)選信號(hào)，將樓層呼叫信號(hào)與當(dāng)前樓層運(yùn)行 狀 態(tài)進(jìn)行比較，確定電梯響應(yīng)上升、下降隊(duì)列，然后電梯按照運(yùn)行隊(duì)列進(jìn)行電機(jī)控制。 而將呼叫信號(hào)轉(zhuǎn)化為響應(yīng)隊(duì)列的程序模塊是電梯控制的核心部分，其算法的嚴(yán)謹(jǐn)性， 決定了電梯的控制性能。其程序源代碼見(jiàn)附錄一 1.1，邏輯框圖如圖 4-2 所示： 圖 4-2 電梯邏輯圖 21 4.3 電梯運(yùn)行控制 電梯響應(yīng)上升下降隊(duì)列時(shí)，要對(duì)相應(yīng)的指示燈、上下行狀態(tài)，以及響應(yīng)隊(duì)列做相 應(yīng)的改變，而實(shí)現(xiàn)這一功能模塊的就是電梯運(yùn)行函數(shù)。其程序源代碼見(jiàn)附錄一 1.2, 邏輯框圖如圖 4-3 所示： 圖 4-3 電梯運(yùn)行邏輯圖 4.4 鍵盤掃描、樓層

56、檢測(cè) 鍵盤掃描采用獨(dú)立按鍵取值法掃描法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法。若某個(gè) 按鍵按下了，則此時(shí)單片機(jī)把此時(shí)的鍵值儲(chǔ)存下來(lái)，產(chǎn)生相應(yīng)的呼叫信號(hào)，并使相 應(yīng)的呼叫樓層指示燈燈點(diǎn)亮。程序源代碼見(jiàn)附錄一 1.6。 4.5 緊急停止 為了提高電梯安全性能，設(shè)置緊急停止功能，當(dāng)緊急停止鍵按下，所有呼叫信 號(hào)清空，同時(shí)電梯向一樓方向運(yùn)行，蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)電梯運(yùn)行到一樓，停止報(bào)警， 并打開(kāi)門，等待電梯重新啟動(dòng)信號(hào)。程序源代碼見(jiàn)附錄一 1.3。 22 第五章 系統(tǒng)系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試 由于所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部份, 測(cè)試時(shí)先對(duì) 硬件模塊逐個(gè)進(jìn)行測(cè)試，然后再將已編譯無(wú)誤的軟件結(jié)合硬件在一起進(jìn)行仿

57、真，完 成整個(gè)系統(tǒng)的仿真工作。 5.1 軟件編譯調(diào)試 在軟件調(diào)試中，采用 iccavr 軟件進(jìn)行程序調(diào)試。首先分別調(diào)試各個(gè)功能程序， 再對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，以便修改錯(cuò)誤碼。具體的調(diào)試方法如下： 首先在 iccavr 軟件中選擇建立一個(gè)工程，然后新建一個(gè).c 文件，并將.c 文件 添加到工程中，這個(gè)功能進(jìn)行編寫，然后再整合各個(gè)模塊，編寫組合。軟件調(diào)試界 面如下： 圖 5-1 軟件調(diào)試界面 5.2 系統(tǒng)測(cè)試 5.2.1 方向優(yōu)先測(cè)試 電梯按某方向運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)該運(yùn)行方向的按鈕； 23 測(cè)試初始時(shí)，轎箱位于一樓，按下二樓，三樓的上下按呼叫，和四樓的向下呼 叫。按鍵順序可隨意。 測(cè)試結(jié)果： 表1-1

58、 方向優(yōu)先測(cè)試 結(jié)論：系統(tǒng)在向上運(yùn)行時(shí)候，優(yōu)先相應(yīng)各樓層的向上呼叫信號(hào)，不響應(yīng)向下的 呼叫信號(hào)，向下運(yùn)行時(shí)相反，符合設(shè)計(jì)要求。 5.2.2 距離優(yōu)先測(cè)試 同一方向有多個(gè)按鈕呼叫時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)最近的樓層。測(cè)試初始時(shí)，電梯位于任 一層，如二樓。此時(shí)三樓和四樓分別向上呼叫。測(cè)試結(jié)果：先響應(yīng)三樓呼叫，再響 應(yīng)四樓呼叫。 結(jié)論：電梯具有距離優(yōu)先響應(yīng)的功能，當(dāng)多層同方向呼叫，首先響應(yīng)距離當(dāng)前 樓層較近的呼叫，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 各按鈕呼叫時(shí)指示燈顯示正常，電梯響應(yīng)該按鈕的呼叫后，其指示燈應(yīng)自動(dòng)熄 滅。 5.2.3 綜合測(cè)試 測(cè)試條件：電梯位于 1 樓，進(jìn)入三人，其中一人要到 3 樓，另兩人到 4 樓。電 梯

59、運(yùn)行后，3 樓和 4 樓有人向上呼叫，3 樓有人向下呼叫到 1 樓。 測(cè)試結(jié)果： 表1-2 綜合測(cè)試 停止樓層 電梯方向 顯示 2 上 2 樓上呼叫注銷 3 上 3 樓上呼叫注銷 4 上 4 樓下呼叫注銷 3 下 3 樓下呼叫注銷 2 下 2 樓下呼叫注銷 24 測(cè)試結(jié)論：系統(tǒng)具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先的功能，基本模擬了實(shí)際電梯運(yùn)行， 完成題目設(shè)計(jì)指標(biāo)。 5.2.4 演示測(cè)試 測(cè)試條件：按下電梯啟動(dòng)按鍵，然后按下演示按鍵，當(dāng)電梯運(yùn)行至五樓，第二 次按下演示按鍵。 測(cè)試結(jié)果： 表1-3 演示測(cè)試 測(cè)試結(jié)論：該測(cè)試比較完整的演示了電梯具有的性能，實(shí)現(xiàn)了多層呼叫請(qǐng)求的排序， 對(duì)電梯進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)測(cè)試

60、了樓層以及運(yùn)行信息顯示，指示燈狀態(tài)信息的變化， 經(jīng)測(cè)試，電梯實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求。 停止樓層 電梯 方向顯示 3 上 3 樓內(nèi)部和向上呼叫注銷，內(nèi)部 4 樓呼叫 4 上 4 樓向上呼叫注銷 3 下 3 樓向下呼叫注銷，內(nèi)部 1 樓呼叫 1 下 內(nèi)部 1 樓呼叫注銷 停止樓層 電梯 方向顯示 2 上 2 樓向上注銷 3 上 3 樓向上注銷 4 上 4 樓向上注銷 5 下 5 樓向下注銷 4 下 4 樓向下注銷 3 下 3 樓向下注銷 2 下 2 樓向下注銷 1 上 1 樓向上注銷 25 第六章 總結(jié)與展望 經(jīng)過(guò)認(rèn)真的選擇和設(shè)計(jì)，最終完成了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)大部分功能的電梯控制系統(tǒng)。 電梯系統(tǒng)為模擬實(shí)用客運(yùn)電