MCS-51系列單片機控制的5層液壓電梯系統(tǒng)

1、目 錄概述1第一章 液壓電梯簡述21.1 液壓傳動的概念21.2 液壓電梯介紹2第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計42.1 控制及接口主要器件介紹42.1.1 AT89S52單片機42.1.2 TLP521光電耦合器52.1.3 74LS24462.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計72.2.1 系統(tǒng)框圖72.2.2 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計72.2.3 信號指示電路設(shè)計102.2.4 控制信號輸入電路設(shè)計122.2.5 電磁閥控制電路設(shè)計13第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計153.1 AT89S52單片機內(nèi)部模塊簡介153.1.1 IO口簡介153.1.2 定時器簡介173.2 系統(tǒng)程序流程圖20參考文獻21概述隨著現(xiàn)代化城市的

2、高速發(fā)展，一幢幢高樓拔地而起。在這些建筑中電梯是必不可少的垂直輸送工具。在服務(wù)性和生產(chǎn)性部門，如醫(yī)院、商場、倉庫等也需要大量的病床電梯、自動扶梯、載貨電梯和液壓電梯?？紤]到液壓電梯的特點和市場對液壓電梯的需求，設(shè)計出具有自己特色的液壓電梯控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用單片機邏輯控制系統(tǒng)，實現(xiàn)五層液壓電梯智能管理控制器，同多對開關(guān)閥的控制，實現(xiàn)液壓電梯的上升、下降、加速、減速及停車平層。單片機同時作為電梯集選、管理的邏輯控制器，實現(xiàn)各種邏輯控制功能。第1章 液壓電梯簡介1.1 液壓傳動的概念液壓傳動是利用密封工作容內(nèi)的液體壓力能力來完成由原動機向工作裝置進行能量或動力的傳遞或轉(zhuǎn)換。液壓傳動具有以下工作特點

3、：（1）力的傳遞是靠液體壓力來實現(xiàn)，其工作壓力由負載的大小，即油缸柱塞受的力決定。（2）運動速度的傳遞是按液體容積變化相等的原則進行。因此只要改變向油缺輸出的流量，就可相應(yīng)改變柱塞運動的速度。可以看出液壓傳動所傳遞的力與速度可以是無關(guān)的，理論上可以實現(xiàn)與負載無關(guān)的運動規(guī)律和速度調(diào)節(jié)。1.2 液壓電梯介紹液壓電梯是通過液壓動力源，把油壓入油缸使柱塞作直線運動，直接或間接地通過鋼絲繩使轎廂運動的電梯。根據(jù)液壓傳動的特點可知，只要改變油泵向油缸輸出的油量就可以改變電梯的運行速度。所以液壓電梯的速度控制實際上就是液壓系統(tǒng)的流量控制。液壓電梯具有以下特點：（1）運行平穩(wěn)、乘坐舒適。液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)動力均勻平

4、穩(wěn)，而且電梯運行速度曲線變化平緩，因此舒適感優(yōu)于曳引調(diào)速梯。（2）安全性好、可靠性高、易于維修液壓電梯除裝備有普通曳引式電梯具備的安全裝置外，還有：溢流閥，可防止上運動時系統(tǒng)壓力過高。應(yīng)急手動閥，電源發(fā)生故障時，可使轎廂應(yīng)急下降到最近的層樓位置，自動開啟轎門，使乘客安全走出轎廂。動泵，當系統(tǒng)發(fā)生故障時可操作手動泵打出高壓油，使轎廂上升到最近的層樓位置。管道破裂閥，當液壓系統(tǒng)管道破裂而轎廂失速下降時，可自動切斷油路。（3）載重量大利用巴斯克原理，液壓電梯可以很容易地取得大的頂升力，同時其功率重量比大，同樣功率可運載的重量大。（4）噪聲低液壓系統(tǒng)可采用低噪聲螺桿泵，同時油泵、電機可設(shè)計成潛油式的工

5、作方式，構(gòu)成一個泵站整體，大大降低了噪聲。（5）防爆性能好液壓電梯采用低凝阻燃液壓油，油箱又為整體密封，電機、油泵浸沒在液壓油中，能有效地防止可燃的氣體和液體的燃燒。第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)的研究對象為采用開關(guān)閥控制的液壓電梯，電梯的運行狀態(tài)是由電磁閥線圈的得、失電來決定的，其承載方式為兩級直頂側(cè)置式。四個接觸器分別控制電梯的停車、上行、下行、加速、減速、開門、關(guān)門等動作。另外，每層樓設(shè)有樓層顯示屏、上呼按鈕、下呼按鈕。電梯內(nèi)部設(shè)有樓層顯示屏、5個樓層選擇按鈕。系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為主控制器，通過光耦控制被控對象有效抑制長線干擾，提高系統(tǒng)的可靠性?？刂葡到y(tǒng)的硬件設(shè)計包括：單片機

6、最小系統(tǒng)電路設(shè)計，控制信號及檢測信號的接口電路設(shè)計，指令召喚信號顯示接口電路設(shè)計，層樓顯示接口電路設(shè)計以及中斷信號源接口電路的設(shè)計。2.1 控制及接口主要器件介紹2.1.1 AT89S52單片機AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52引腳結(jié)構(gòu)與標準

7、功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.1.2 TLP521光電耦合器TLP521 是可控制的光電藕合器件，光電耦合器廣泛作用在電腦終端機，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測量儀器，影印機，自動售票，家用電器，如風扇，

8、加熱器等電路之間的信號傳輸，使之前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計。東芝TLP5211，2 和4 組成的砷化鎵紅外發(fā)光二極管耦合到光三極管。TLP521光電耦合器引腳及參數(shù)：集電極-發(fā)射極電壓： 55（最小值）經(jīng)常轉(zhuǎn)移的比例： 50 （最?。└綦x電壓： 2500 Vrms （最?。?.1.3 74LS244八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器。如果輸入的數(shù)據(jù)需要保持比較長的時間，簡單輸入接口擴展通常使用的典型芯片為74LS244，由該芯片可構(gòu)成三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。74LS244芯片內(nèi)部共有兩個四位三態(tài)緩沖器，使用時可分別以1G和2G作為它們的選通工作信號。當1G和2G都為低電

9、平時，輸出端Y和輸入端A狀態(tài)相同；當1G和2G都為高電平時，輸出呈高阻態(tài)。 74LS244邏輯引腳功能圖 真值表：L =低邏輯電平H =高邏輯電平X =高或低的邏輯電平Z=高阻抗推薦工作參數(shù)：符號參數(shù)最小值典型值最大值單位VCC電源電壓4.7555.25VVIH輸入高電平電壓ViH2-VVIL輸入低電平電壓ViL-0.8VIOH輸出高電平電流IOH-15mAIOL輸出低電平電流IOL-24mATA工作溫度0-702.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.2.1 系統(tǒng)框圖單片機電磁閥光耦隔離呼梯按鍵呼梯信號顯示樓層及上下行顯示轎廂位置檢測2.2.2 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計晶振電路設(shè)計AT89S52 單片機有一

10、個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時鐘源驅(qū)動器件的話，XTAL2 可以不接，而從XTAL1 接入。由于外部時鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時間和最少高電平持續(xù)時間等還是要符合要求的。右圖為使用振蕩器典型電路，根據(jù)不同的振蕩器選用不同的起振電容：石英晶振C1=C2=30PF10PF陶瓷諧振器C1=C2=40PF10PF本系統(tǒng)采用12MHz的石英晶體振蕩器，選用22pF起振電容，電路設(shè)計如下：復(fù)位電路設(shè)計1、 復(fù)位電路的

11、用途為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.755.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。目前為止，單片機復(fù)位電路主要有四種類型：（1）微分型復(fù)位電路；（2）積分型復(fù)位電路；（3）比較器型復(fù)位電路；（4）看門狗型復(fù)位電路。2、 復(fù)位電路的工作原理51單片機要復(fù)位只需要在第9引腳接個高電平持續(xù)2US就可以實現(xiàn)。在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，

12、當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。在復(fù)位電路中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在03.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5

13、V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復(fù)位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。3、 總結(jié)：1、 復(fù)

14、位電路的原理是單片機RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2US，即可實現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。2、 按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。本系統(tǒng)采用積分型復(fù)位電路，設(shè)計如下：2.2.3 信號指示電路設(shè)計信號指示電路包括呼梯信號顯示，樓層信號顯示，上行下行信號顯示三部分組成。系統(tǒng)控制對象為24V指示燈，信號通過光耦控制指示燈。呼梯信號表示按鍵按下后顯示按下的標志，表明系統(tǒng)已經(jīng)知道有人呼叫。樓層及上行下行信號指示，顯示電梯當前的工作狀態(tài)，所處樓層，以及上行或下行。電路圖如下：左邊三個芯片是74LS244

15、，它有兩個作用，第一用來擴展IO口。第二用作功率放大，因為51單片機輸出高電平時拉電流能力弱，不能直接驅(qū)動光耦，使用74LS244將驅(qū)動能力放大即可正常使用光耦。光耦輸出端集電極接限流電阻接24V電源，發(fā)射極接指示燈到地。這樣光耦作為一個無觸點開關(guān)，即可控制指示燈的亮滅。系統(tǒng)控制20個指示燈分別為：13個呼梯指示燈，5個樓層指示燈，2個上下行指示燈。2.2.4 控制信號輸入電路設(shè)計控制信號包括電梯的轎廂位置檢測和呼梯信號。系統(tǒng)采用矩陣掃描的方式檢測各個信號的輸入。矩陣鍵盤掃描一般采取行列掃描法。比如先拉低所有列線，拉高行線，之后讀取行線狀態(tài)，如果行線有一行為低，則假設(shè)有按鍵按下，此時再延時20

16、毫秒左右后判斷行線的某一行是否仍然為低，若為低則確認有鍵按下。這時可以進行按鍵鍵值判斷，即判別在哪一行哪一列有按鍵按下。判斷的方法是通過拉高列線，依次置行線的某一行為低，讀取列線值。如果列線有一列為低，則表示按鍵發(fā)生在該行，進而可以通過讀取到的列線值確定在哪一列，從而確定按鍵發(fā)生在具體的行和列。為了防止按鍵按下后一直有按鍵被讀取，需要在程序中設(shè)定在按鍵被釋放后才能讀取具體的鍵值來避免這一問題。呼梯信號及轎廂位置檢測電路如下：同樣，按鍵檢測電路與單片機之間也需要光耦隔離，通過74LS244進行功率放大和IO口復(fù)用。轎廂位置檢測用的是行程開關(guān)，與按鍵信號采集方式相同，因此設(shè)計電路大體一致。信號輸入

17、包括：13個轎廂位置行程開關(guān)輸入，13個呼梯信號輸入。2.2.5 電磁閥控制電路設(shè)計由于電磁閥使用220v交流供電，不能用光耦直接驅(qū)動，需要通過光耦控制交流繼電器，交流繼電器控制電磁閥。電磁閥控制電路相對簡單，點對點控制，而且不用74LS244進行IO口擴展，原因有三個，第一，51單片機P0口輸出低電平時灌電流能力可達15mA足以驅(qū)動光耦。第二，單片機只有此4個口作為功率輸出，總電流在51單片機正常工作范圍內(nèi)。第三，直接驅(qū)動響應(yīng)更快更可靠。電路圖設(shè)計如下：第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 AT89S52單片機內(nèi)部模塊簡介3.1.1 IO口簡介P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出

18、口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入

19、（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲

20、器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。3.1.2 定時器簡介MCS-51內(nèi)部有兩個可編程的16位定時器T0和T1。通過編程，可以設(shè)定為定時器和外部計數(shù)方式。T1還可

21、以作MCS-51串行口的波特率發(fā)生器。定時器T0由特殊功能寄存器TL0和TH0構(gòu)成，定時器T1由特殊功能寄存器TL1和TH1構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD控制定時器的工作方式，TCON控制其運行，TCON還包含了定時器T0和T1的溢出標志。定時器的中斷由中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應(yīng)位進行控制。定時器T0的中斷入口地址為000BH，T1的中斷入口地址為001BH。特殊功能寄存器TMOD為定時器的方式控制寄存器，其格式如下：GATEC/-TM1M0GATEC/-TM1M0其中高4位用來對T1進行編程，低4位用來對T0進行編程。M1、M0用來選擇工作方式。其含義如下圖所示：M1M0

22、功能說明00方式0，13位定時器計數(shù)器01方式1，16位定時器計數(shù)器10方式2，常數(shù)自動裝入的8位定時器計數(shù)器11方式3，僅用于T0，分為兩個8位定時器計數(shù)器C/-T用來選擇定時器和外部計數(shù)方式。當C/-T=0時為定時器方式，它以時鐘信號的12分頻為計數(shù)器的計數(shù)信號。當C/-T=1時為外部計數(shù)方式，以外部引線（T0為P3.4，T1為P3.5）的輸入脈沖作為計數(shù)信號。當輸入信號由高到低變化時，計數(shù)器加1。GATE為門控位。當GATE=0時，計數(shù)不受外部影響。當GATE=1時，計數(shù)受外部引線輸入電平的控制（-INT0控制T0運行，-INT1控制T1運行）。特殊功能寄存器TCON為定時器控制寄存器，

23、其格式如下：TF1TR1TF0TR0此控制寄存器中僅高4位與定時器有關(guān)。TR0、TR1為定時器T0、T1的運行控制位。當GATE（TMOD.3）為0時，由TR0控制T0的允許計數(shù)與否，當TR0為1時允許T0計數(shù)，TR0為0時禁止T0計數(shù)。當GATE（TMOD3）為1時，TR0為1，INT0為1允許計數(shù)，其中任一個為0禁止計數(shù)。TR1用來控制T1，與TR0相似。TR0、TR1的0或1在編程時設(shè)置。TF0、TF1為T0與T1的溢出標志位。當T0允許計數(shù)后，T0從初值開始加 1，最高位溢出時將TF0置1。如置定時器為允許中斷方式，則向CPU申請中斷， CPU響應(yīng)中斷時清除TF0。如不用中斷可采用查詢

24、方法，通過軟件復(fù)位TF0。TF1為T1的溢出標志位，與TF0相似。中斷允許寄存器IE中的ET0及ET1兩位分別為T0及T1的溢出中斷允許位，為1時分別允許T0、T1中斷。為0時則禁止中斷。中斷優(yōu)先級寄存器IP中的PT0及PT1兩位為T0及T1的中斷優(yōu)先級控制位，當其為1時定義為高優(yōu)先級中斷，為0時定義為低優(yōu)先級中斷。定時器T0具有0、1、2、3四種工作方式，定時器T1只有0、1、2三種工作方式。方式 0為 13位的定時器計數(shù)器方式。低位 TLx為 5位，高位 THx為 8位（x= 0，1）。當?shù)臀患?計數(shù)溢出時向高位進位，高位計數(shù)溢出則置1TFx。方式1與方式0相似，但采用了16位計數(shù)器，即高

25、位，低位各8位。方式2為自動恢復(fù)初值方式的 8位定時器計數(shù)器。此時 TLx為 8位計數(shù)器， THx為常數(shù)緩沖器，當 TLx溢出時，置1 TFx，并將THx中的計數(shù)初值送入 TLx，使 TLx再次重新計數(shù)。方式3僅適用于T0，此時將T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0及TH0。TL0使用控制位C/-T、GATE、TR0、TF0及控制端-INT0。TH0為一個固定的8位定時器，使用T1的TR1及TF1。通常只有在T1作為串行接口的波特率發(fā)生器時，T0才定義為方式3。此時T1仍可用定時器或計數(shù)器方式，并可定義為方式0，方式1及方式2。3.2 系統(tǒng)程序流程圖掃描子程序開始有呼叫嗎？本層有呼叫嗎？調(diào)定位子

26、程序減速否？消加速置減速平層否？制動參考文獻1 劉福才，杜崇杰，路正午。液壓電梯的單片機控制系統(tǒng)。電氣自動化1996,18（2）：35-382 劉育才 MCS-51 系列單片微型計算機及其應(yīng)用，東南大學(xué)出版社，19903 錢宗華，嚴攜薇，趙雁南。微計算機控制系統(tǒng)設(shè)計，清華大學(xué)出版社，1988tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQc