基于單片機(jī)的6層電梯模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：考勤10分守紀(jì)10分過(guò)程30分設(shè)計(jì)報(bào)告30分答辯20分總成績(jī)（100分） 專 業(yè)：自動(dòng)化 班 級(jí)：自動(dòng)化02班 姓 名：魏振東 學(xué) 號(hào)：201209110 指導(dǎo)教師：張?chǎng)翁m州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2015年1月7日單片機(jī)的6層電梯模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)目的這次設(shè)計(jì)給出了一種基于單片機(jī)的電梯模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以單片機(jī)為核心，再輔以適當(dāng)?shù)挠布娐泛涂刂瞥绦騺?lái)檢測(cè)和控制整個(gè)電梯的信號(hào)，具有成本低、通用性強(qiáng)、靈活性大、擴(kuò)展容易及易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點(diǎn)。2 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求(1)設(shè)置電梯的內(nèi)外按鍵，即電梯外都有上或下的按鍵，電梯內(nèi)有樓層的選擇按鍵。(2)電梯狀

2、態(tài)要有指示燈顯示，即電梯目前運(yùn)行到達(dá)樓層的實(shí)時(shí)顯示，電梯升降的狀態(tài)顯示等。(3)電梯無(wú)人時(shí)，應(yīng)默認(rèn)停在第一層。2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖圖2-1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 如上圖2-1所示，樓層電梯呼叫按鍵就是樓層外面的上行、下行按鍵，有需求時(shí)即可按下；電梯內(nèi)呼叫按鍵就是電梯內(nèi)部的數(shù)字按鍵，它是內(nèi)部按鍵需求的輸入；單片機(jī)就是整個(gè)系統(tǒng)的核心，接收輸入信息，經(jīng)過(guò)處理后輸出信息；樓層顯示數(shù)碼管就是接收單片機(jī)處理的信息，顯示此時(shí)的樓層數(shù)；電梯狀態(tài)指示燈就是接收單片機(jī)處理的信息，顯示電梯的狀態(tài)：上升、下降、停止。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制就是接收單片機(jī)的PWM脈沖信號(hào)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使電動(dòng)機(jī)牽引電梯做上

3、下運(yùn)動(dòng)。2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇我們選用Y100L24三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗€具有性能好、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)方便、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，其功能參數(shù)為額定電壓380V，額定頻率50HZ，額定功率3000W，額定轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分。2.4 AT89C52單片機(jī) 這次設(shè)計(jì)采用的是AT89C52單片機(jī)，AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。其外形及引腳排列如圖2-2所示：圖2-2 AT89C5

4、2單片機(jī)外形及引腳排列 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)思路 電梯最底層為1樓，因此在1樓僅有上升按鍵，而電梯最高層為6樓，因此6樓應(yīng)僅有下降按鍵。其他樓層則既有上升按鍵，也有下降按鍵。在電梯內(nèi)部按鍵設(shè)置方面，則應(yīng)有16樓的各層選擇按鍵。按鍵的一端接地，另一端通過(guò)集成電路芯片連至單片機(jī)引腳。 這里用五片雙4輸入與門74LS21實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵對(duì)象的集體與運(yùn)算的最終結(jié)果，按鍵動(dòng)作最終是送到單片機(jī)的端。 無(wú)論哪一個(gè)按鍵有動(dòng)作，低電平信號(hào)就會(huì)送到端，從而引發(fā)外部中斷0服務(wù)子程序運(yùn)行。當(dāng)定時(shí)器0中斷時(shí)，單片機(jī)向電動(dòng)機(jī)發(fā)送PWM脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)接到脈沖信號(hào)后，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)便牽引電梯上下運(yùn)動(dòng)。

5、電梯的樓層顯示用七段數(shù)碼管完成顯示。數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)的P0口來(lái)進(jìn)行傳送。電梯升降的狀態(tài)用上升和下降指示燈來(lái)進(jìn)行顯示，通過(guò)單片機(jī)的P3.7和P3.6引腳分別連接上升和下降指示燈的負(fù)極，其正極均連接至系統(tǒng)正電源處。3.2 時(shí)鐘電路圖3-1 時(shí)鐘電路圖單片機(jī)的時(shí)鐘電路有振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時(shí)鐘信號(hào)。這次設(shè)計(jì)選擇頻率為12MHz的晶振，當(dāng)振蕩脈沖頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1us。3.3 復(fù)位電路圖3-2 復(fù)位電路圖復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，程序給單片機(jī)的復(fù)位引腳R

6、ST加大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機(jī)復(fù)位。我們采用電平方式的復(fù)位。如圖3-2所示，我們通過(guò)RST端經(jīng)由電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，RST端為高電平復(fù)位。3.4 中斷電路 各中斷的優(yōu)先級(jí)：外部0中斷、定時(shí)器T0中斷、外部1中斷、定時(shí)器T0中斷、串行發(fā)送中斷、串行接收中斷、定時(shí)器T2中斷。圖3-3 中斷電路圖中斷電路如上圖3-3所示。圖中外部0中斷與74LS21與門相接，低電平有效，所以當(dāng)單片機(jī)接電源后，P1.0P1.3引腳此時(shí)為高電平，當(dāng)任一按鍵按下后，相應(yīng)的中斷輸入口直接與地相接，高電平變?yōu)榈碗娖?，外?中斷立即響應(yīng)，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入中斷控制子程序系統(tǒng)

7、，在中斷服務(wù)子程序中做出相應(yīng)的執(zhí)行指令。3.5 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖3-4 帶有聯(lián)鎖的正反控制電路如上圖3-4所示，繼電接觸控制電路，通過(guò)接觸器、繼電器之間的相互聯(lián)鎖，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備按生產(chǎn)工藝進(jìn)行工作，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)接通電源后，閉合負(fù)荷開(kāi)關(guān)QM，按下開(kāi)關(guān)SB1，線圈C1得電，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。按下開(kāi)關(guān)SB2，線圈C2得電，線圈C1斷開(kāi)，此時(shí)電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。3.6 數(shù)碼管顯示模塊LED是Light Emiting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫，發(fā)光二極管是可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的電致發(fā)光器件。由條形發(fā)光二極管組成“8”字形的LED顯示器稱數(shù)碼管。通過(guò)數(shù)碼管中

8、發(fā)光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數(shù)字,字母以及其他符號(hào)。這次設(shè)計(jì)采用七段數(shù)碼管。外形如圖3-5所示，即左邊的7個(gè)引腳跟單片機(jī)P0口相接，下邊的引腳連接地。 圖3-5 七段數(shù)碼管3.7 按鈕控制電路模塊圖3-6 電梯不同樓層的按鈕如圖3-6所示，按鍵顯示電路模塊包括電梯內(nèi)部的按鈕和每層樓的上下按鈕，這些按鈕一端與地相接，一端又與單片機(jī)和與門74LS21相接，外部0中斷低電平有效，這樣可以實(shí)現(xiàn)模擬按鍵的自如操作。3.8 模擬電路圖圖3-7 模擬電路原理圖4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)思路 首先，必須得合理考慮按鍵的響應(yīng)問(wèn)題。一段時(shí)間內(nèi)可能有多個(gè)不同的按鍵有動(dòng)作，程序必須記錄每一個(gè)按鍵的動(dòng)作，

9、并根據(jù)電梯本身所處的樓層情況與按鍵樓層之間的位置關(guān)系，合理判斷出電梯應(yīng)當(dāng)做出上升或下降的響應(yīng)動(dòng)作。其次，電梯系統(tǒng)還有一個(gè)判斷是否無(wú)人的情況。即電梯到達(dá)某樓層后，其他樓層無(wú)按鍵動(dòng)作，且電梯內(nèi)也無(wú)樓層選擇按鍵動(dòng)作，電梯應(yīng)自動(dòng)返回到1層等待。然后，兩個(gè)樓層之間應(yīng)考慮有一段運(yùn)行時(shí)間，而且也要設(shè)置在一個(gè)樓層的停留時(shí)間。本設(shè)計(jì)中兩個(gè)樓層之間的運(yùn)行時(shí)間設(shè)為1s，每層停留時(shí)間設(shè)為5s。另外，當(dāng)電梯上升或者下降時(shí)，相應(yīng)的狀態(tài)指示燈應(yīng)及時(shí)同步點(diǎn)亮。4.2 程序流程圖圖4-1 主程序流程圖圖4-2 啟動(dòng)電梯子程序流程圖圖4-3 選擇當(dāng)前要去樓層子程序流程圖 本設(shè)計(jì)程序流程圖主要包括主程序流程圖、啟動(dòng)電梯子程序流程圖

10、、選擇當(dāng)前要去樓層子程序流程圖。如上圖所示。5.電路仿真及調(diào)試圖5-1 電梯默認(rèn)停在一樓解析：如上圖5-1所示，電梯沒(méi)有其他響應(yīng)時(shí)，默認(rèn)停在一樓，數(shù)碼管顯示1樓。此時(shí)各內(nèi)外按鍵接地的一側(cè)全部為低電平，接單片和74LS21與門一側(cè)全部為高電平，一旦按鈕按下，凡是按鍵所接的引腳全部為低電平，此時(shí)外部0中斷低電平有效，外部0中斷立即響應(yīng)。當(dāng)定時(shí)器0中斷響應(yīng)后，開(kāi)始計(jì)時(shí)并向電動(dòng)機(jī)發(fā)送PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)就會(huì)牽引電梯做上升或者下降運(yùn)動(dòng)，數(shù)碼管收到單片機(jī)的控制信號(hào)后就會(huì)顯示樓層的同步變化，相應(yīng)的上升、下降指示燈會(huì)有所指示。圖5-2 電梯處于上行中，經(jīng)過(guò)三樓，上行指示燈亮解析： 如上圖5-

11、2所示，電梯在四樓及以上有響應(yīng)，經(jīng)過(guò)三樓，上升指示燈亮。按鍵按下后，外部0中斷立即響應(yīng)，去執(zhí)行外部0中斷服務(wù)子程序。當(dāng)定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，并向電動(dòng)機(jī)發(fā)送PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，就會(huì)牽引電梯做上升運(yùn)動(dòng)，電梯經(jīng)過(guò)三樓，數(shù)碼管同步顯示3樓，上升指示燈亮，下降指示燈滅。圖5-3 電梯處于下行中，經(jīng)過(guò)四樓，下行指示燈亮解析：如上圖5-3所示，電梯可能沒(méi)有響應(yīng)，在四樓以上停了5s就返回一樓，或者是在四樓以下有響應(yīng)，執(zhí)行外部0中斷服務(wù)子程序。當(dāng)定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，并向電動(dòng)機(jī)發(fā)送PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，就會(huì)牽引電梯做下降運(yùn)動(dòng)，電梯下行，經(jīng)過(guò)四樓，數(shù)碼管同步顯示4

12、樓，上升指示燈滅，下降指示燈亮。6.總結(jié)這次設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)電梯的部分改進(jìn)，可以降低電梯的設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)樓層快速通行的模擬控制。另外由于此次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化處理了一些實(shí)際情況，沒(méi)有去考慮電梯在實(shí)際應(yīng)用中的故障問(wèn)題，以及一些更智能的硬件與軟件的安裝與調(diào)試。由于時(shí)間緊迫，而我能力有限，還有許多功能可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，例如可以擴(kuò)展單片機(jī)增加智能識(shí)別系統(tǒng)，增加電梯內(nèi)部的溫度控制、增加單片機(jī)的故障預(yù)警等一些智能控制系統(tǒng)。隨著科技與經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以后的電梯控制系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越智能化，這對(duì)提升人們的生活質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的意義。此次設(shè)計(jì)中我也是遇到了各種各樣的難題，經(jīng)過(guò)我的努力以

13、及同學(xué)的幫助也是解決了。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到一個(gè)人的能力是有限的，但是一群人的能力是無(wú)限的，在以后的工作和學(xué)習(xí)中，要勤奮踏實(shí)，善于思考，這樣才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)中提升自我的實(shí)用價(jià)值。最后我還要感謝老師的指點(diǎn)迷津以及細(xì)心答疑，這讓我受益匪淺。參考文獻(xiàn)1 王思明,張金敏,茍軍年.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京:人民郵電出版社,2008.2 馮育長(zhǎng),鄒小兵.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例指導(dǎo)M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2004.附錄：源程序代碼#include<reg52.h>#define MAXFLOOR 6unsigned char code LED_CODES=0x3f

14、,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d;/電梯外面的按鍵上下鍵sbit F6D=P10;sbit F1U=P11;sbit F2D=P12;sbit F2U=P13;sbit F3D=P14;sbit F3U=P15;sbit F4D=P16;sbit F4U=P17;sbit F5D=P30;sbit F5U=P31;/電梯內(nèi)的按鍵sbit F1=P20;sbit F2=P33;sbit F3=P34;sbit F4=P35;sbit F5=P21;sbit F6=P22;/指示燈sbit ledu=P37;sbit ledd=P36;sbit open=P23; /開(kāi)

15、門鍵sbit close=P07; /關(guān)門鍵/電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)接線sbit a1=P24;sbit a2=P25;sbit a3=P26;sbit a4=P27;bit dir=1,stop=0; /dir表示1為向上，0為向下；stop表電梯是否停止unsigned char nf=1; /當(dāng)前樓層unsigned char cf=1; /要去樓層unsigned char df; /樓層差（電梯停止依據(jù)）：df=|cf-nf|unsigned char tf; /暫存當(dāng)前樓層（顯示碼指針）：tf=nfunsigned char flag,count=0; /flag=1表示正在運(yùn)行；count

16、=乘坐時(shí)計(jì)數(shù)值unsigned int timer1=0,timer2=0; /timer1為樓層間運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)值，timer2為等待計(jì)數(shù)值unsigned char call_floor7=0,0,0,0,0,0,0; /存儲(chǔ)每層樓的信息，1為有人呼叫或者有人前往/主程序void select_next();void step(bit dir);void delay(unsigned int z);void main(void)P0=LED_CODES1;TH0=0x3C;TL0=0xB0;TMOD=0x01;/工作方式1ET0=1;/允許定時(shí)器中斷EA=1;/中斷總允許EX0=1;/允許外

17、部0中斷IT0=1;/為脈沖觸發(fā)方式，下降沿有效 while(1) if(!flag&&!stop) select_next();/ 決定電梯去哪一層 step(dir); / 電梯啟動(dòng) else if(stop) timer2=0; TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作 while(timer2<100&&stop); TR0=0; timer2=0; stop=0; /選擇當(dāng)前要去的樓層子程序void select_next() char i; if(nf=MAXFLOOR) dir=0; else if(nf=1) dir=1; if(dir=0)

18、 if(call_floornf=1) /要去的為當(dāng)前層，即只需延時(shí)5s call_floornf=0; stop=1; return; for(i=nf-1;i>=1;i-)/向下運(yùn)行時(shí)查找下一個(gè)要去的樓層 if(call_floori) cf=i;return; dir=1; for(i=nf+1;i<=MAXFLOOR;i+) /沒(méi)有向下走的人，即反向運(yùn)行 if(call_floori) cf=i;return; dir=0; cf=1; /經(jīng)過(guò)上面的判斷此處表示電梯沒(méi)有人，默認(rèn)停在一樓 if(call_floornf=1) call_floornf=0; stop=1; r

19、eturn; for(i=nf+1;i<=MAXFLOOR;i+) if(call_floori) cf=i;return; if(i=7) dir=0; /啟動(dòng)電梯子程序void step(bit dir)if(cf=nf) return; else if(!flag) flag=1; delay(50); if(dir=1) ledu=0; ledd=1; else ledd=0; ledu=1; timer1=0; TR0=1; void delay(unsigned int z) /延時(shí)程序unsigned int x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=125;y>0;y-) ; /定時(shí)0中斷，可利用此發(fā)送電機(jī)PWM脈沖信號(hào)void time0_int() interrupt 1 TH0=0x3C; TL0=0xB0; tim