基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)

課題概括1。1課題的主要研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟本課題的主要任務(wù)是達(dá)成一個(gè)電梯系統(tǒng)的調(diào)動(dòng)模塊,即依據(jù)每個(gè)樓層不一樣顧客的按鍵需求,讓電梯做出合理的判斷，正確高效地知道電梯達(dá)成各項(xiàng)載客任務(wù)。依據(jù)此任務(wù)，本課題需要研究的內(nèi)容有：1、依據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，進(jìn)行系統(tǒng)硬件的整體方案設(shè)計(jì)；2、學(xué)習(xí)單片機(jī)的有關(guān)知識(shí)，并且加以運(yùn)用；3、選擇適合的芯片,并對(duì)其內(nèi)部協(xié)議有所掌握,便于應(yīng)用。4、研究C語言編程，并且規(guī)定電梯的工作規(guī)則，用C語言加以實(shí)現(xiàn)；5、對(duì)軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試,讓其協(xié)調(diào)工作，達(dá)成指定任務(wù)。聯(lián)合以上內(nèi)容，本課題的設(shè)計(jì)方案步驟以下:對(duì)于硬件部分:第一,對(duì)實(shí)質(zhì)的電梯系統(tǒng)進(jìn)行模擬,一般狀況下，一個(gè)電梯應(yīng)當(dāng)具備有關(guān)按鍵、顯示二極管、數(shù)碼管等，因?yàn)檫@是一個(gè)調(diào)動(dòng)模塊，故沒有設(shè)計(jì)詳細(xì)的轎廂等機(jī)械部分。而后，聯(lián)合這些實(shí)物,選擇適合的芯片，并分紅若干模塊，安排好各自之間的關(guān)系。接著，要達(dá)成電路圖的設(shè)計(jì)，畫出PCB板，焊接有關(guān)器件后進(jìn)行硬件調(diào)試,看能否好用并加以適合的改正。對(duì)于軟件部分：對(duì)于電梯調(diào)動(dòng)時(shí)所依照的原則作出規(guī)定，其一定鑒于高效與人性化兩個(gè)原則。最后是使用C語言將規(guī)定程序化，以便電梯真切的運(yùn)作.自然，二者的關(guān)系其實(shí)不是分別的,它們是相輔相成，硬件依照軟件來考證，軟件依照硬件來調(diào)試。經(jīng)過一個(gè)個(gè)的發(fā)現(xiàn)問題、一個(gè)個(gè)的解決問題，最后做出完美的電梯調(diào)動(dòng)模塊。1。2課題的開發(fā)環(huán)境簡介1。2.1電路圖制作軟件proteus7。2Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外頭器件的工具，所以在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)懷的不再是某些語句履行時(shí)單片機(jī)存放器和儲(chǔ)存器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)轉(zhuǎn)和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真切驗(yàn),從某種意義上講,是填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象.C51的程序開發(fā)軟件KeilKeilC51軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)異軟件之一，它集編寫，編譯,仿真于一體，支持匯編，PLM語言和C語言的程序設(shè)計(jì)，界面友善，易學(xué)易用.方案論證2。1設(shè)計(jì)功能要求本設(shè)計(jì)是為一六層電梯設(shè)計(jì)一調(diào)動(dòng)系統(tǒng)，即便電梯能夠合理高效地運(yùn)轉(zhuǎn),完成各樓層顧客的接送任務(wù)。形象地說，就是要應(yīng)付不一樣樓層顧客的不一樣需求,作出合理高效的判斷,使所有顧客在整體運(yùn)用時(shí)間最短的條件下將其運(yùn)往各自的目的地。這個(gè)設(shè)計(jì)的成品應(yīng)當(dāng)能夠作為真切電梯的控制系統(tǒng)同樣,恪守以下兩個(gè)原則：一是高效性，二是人性化.而實(shí)質(zhì)電梯所面對(duì)的狀況非常復(fù)雜，故本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)除了硬件上邊外,還有對(duì)這些復(fù)雜的狀況歸類化，分為若干個(gè)基本狀況,此外是用適合的C語言描繪來表達(dá)這些復(fù)雜的邏輯。核心處兩個(gè)步驟:第一判斷電梯是上行仍是下行；第二，判斷是去接人仍是去送人.2。2系統(tǒng)的構(gòu)造框圖圖2—1系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如上圖2—1所示，樓層電梯呼喊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)呼喊按鍵就是電梯內(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)過辦理后輸出信息；樓層顯示數(shù)碼管就是接收單片機(jī)辦理的信息，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)辦理的信息,顯示電梯的狀態(tài)：上漲、降落、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)來控制驅(qū)動(dòng)器，從而控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使電動(dòng)機(jī)牽引電梯做上下運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電梯最基層為1樓，所以在1樓僅有上漲按鍵,而電梯最高層為6樓，所以6樓應(yīng)僅有降落按鍵。其余樓層則既有上漲按鍵,也有降落按鍵.在電梯內(nèi)部按鍵設(shè)置方面,則應(yīng)有1~6樓的各層選擇按鍵。按鍵的一端接地，另一端經(jīng)過集成電路芯片連至單片機(jī)引腳。這里,因?yàn)榘存I數(shù)目好多,又要求電梯控制系統(tǒng)能以最迅速度響應(yīng)按鍵的需求,所以，所有按鍵經(jīng)過與門連結(jié)單片機(jī)。用五片雙4輸入與門74LS21即可實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵對(duì)象的集體與運(yùn)算的最后結(jié)果,按鍵動(dòng)作最后是送到單片機(jī)的INT0端。即:INT0←（P1.0＊P1.1＊P1.2*P1。3）＊(P1.4*P1。5＊P1.6*P1。7）*（P3。0＊P3。1*P2。0＊P3。3）＊（P3。4*P3。5*P2。1*P2。2)不論哪一個(gè)按鍵有動(dòng)作,低電平信號(hào)就會(huì)送到INT0端,從而引起外面中止0服務(wù)子程序運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)準(zhǔn)時(shí)器0中止時(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)。電梯的樓層顯示用七段數(shù)碼管達(dá)成顯示。本設(shè)計(jì)電梯只有6層,所以用七段數(shù)碼管即可，數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)的P0口來進(jìn)行傳遞。設(shè)計(jì)中要求數(shù)碼管跟著電梯的地點(diǎn)變化而變化，即數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)要與樓層數(shù)同步,所以數(shù)碼管的片選線直接連結(jié)地,而不需要再選擇。電梯起落的狀態(tài)用上漲和降落指示燈來進(jìn)行顯示,經(jīng)過單片機(jī)的P3。7和P3。6引腳分別連結(jié)上漲和降落指示燈的負(fù)極，其正極均連結(jié)至系統(tǒng)正電源處。3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊在本設(shè)計(jì)中,最小系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路.如圖3-1所示，晶振電路由C3與C2和晶振構(gòu)成.C3與C2是兩個(gè)30pF的瓷片電容接地用來減少偕波對(duì)電路的穩(wěn)固性的影響。復(fù)位電路采納的為手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，由電容C13，電阻R1、C1和開關(guān)RESET構(gòu)成，當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RESET出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平常，單片機(jī)就履行復(fù)位操作。圖3—1單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.2電動(dòng)機(jī)的選擇我們采用三相異步電動(dòng)機(jī)來做電梯的動(dòng)力裝置,因?yàn)閲a(chǎn)Y系列的電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、特征好及低噪聲等長處，我們將采用國內(nèi)最初進(jìn)的Y系列異步電動(dòng)機(jī).這里我們采用Y100L24三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗€擁有性能好、壽命長、靠譜性高、保護(hù)方便、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等長處，其功能參數(shù)為額定電壓380V，額定頻次50HZ,額定功率3000W，額定轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分.如圖3—2，在PROTEUS中,我們采用的一般的MOTOR—BCD取代進(jìn)行仿真.圖3—2電動(dòng)機(jī)正反控制電路3.3中止電路圖3—3中止電路圖中止電路如上圖3—3所示.圖中外面0中止INT0與74LS21與門相接，低電平有效,所以當(dāng)單片機(jī)接電源后，P1.0~P1.3引腳此時(shí)為高電平，當(dāng)任一按鍵按下后，相應(yīng)的中止輸進(jìn)口直接與地相接，高電平變成低電平，外面0中止立刻響應(yīng),單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入中止控制子程序系統(tǒng),在中止服務(wù)子程序中做出相應(yīng)的履行指令。3。4數(shù)碼管顯示模塊圖3—4數(shù)碼管顯示電路七段數(shù)碼管外形如圖3—4所示，即左側(cè)的7個(gè)引腳跟單片機(jī)P0口相接,下邊的引腳連結(jié)地。樓層內(nèi)外分別用一個(gè)7段數(shù)碼管顯示，能夠共用一個(gè)P0口。3。5按鈕控制電路模塊圖3—5電梯不一樣樓層的按鈕如圖3—5所示，按鍵顯示電路模塊包含電梯內(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，外面0中止低電平有效,這樣能夠?qū)崿F(xiàn)模擬按鍵的自如操作。3。6報(bào)警電路如圖3—6所示，電梯內(nèi)增添手動(dòng)報(bào)警電路，倘若電梯發(fā)生故障,電梯內(nèi)的人可自行發(fā)出報(bào)警信號(hào),向外界求救.該電路接在單片機(jī)的P2.7口。圖3—6電梯不一樣樓層的按鈕3。7模擬電路圖以下列圖3—7所示，電路原理圖包含狀態(tài)指示燈模塊、內(nèi)外按鍵模塊、中止電路模塊、單片機(jī)的主要外頭模塊、數(shù)碼管顯示模塊和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、報(bào)警模塊.P0口的P0.1~P0。6引腳與數(shù)碼管模塊相接，P2口的P2.4～P2。7引腳與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊相接，P3口的P3。2引腳與中段電路模塊相接，P1口的P1。0～P1。7引腳、P3。0～P3。1引腳、P3.3~P3.5引腳分別與對(duì)應(yīng)的內(nèi)外按鍵模塊相接,P3。6~P3.7引腳與狀態(tài)指示燈模塊相接。圖3—7模擬電路原理圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)從程序功能上來分,本設(shè)計(jì)的高層軟件程序大體能夠分為以下幾類:一、運(yùn)轉(zhuǎn)與決議函數(shù)；二、中止辦理函數(shù);三、置位各狀態(tài)變量函數(shù)；此中,第一類函數(shù)起作用于按鍵按下的時(shí)刻，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，經(jīng)過74LS21以中止的方式發(fā)送給單片機(jī),此時(shí)，單片機(jī)即對(duì)程序中所用到的各個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行置位并且點(diǎn)亮有關(guān)發(fā)光二極管，如置位按鍵所對(duì)應(yīng)的去處變量等，方便決議函數(shù)使用。第二類函數(shù)起作用于電梯抵達(dá)目標(biāo)樓層時(shí)，這時(shí)函數(shù)負(fù)責(zé)把有關(guān)發(fā)光二極管熄滅，并且及時(shí)消除有關(guān)狀態(tài)位,免得影響鑒別函數(shù)作出正確判斷。第三類函數(shù)是程序的核心。它直接負(fù)責(zé)管理電梯下一次所要抵達(dá)的樓層，并且要鑒于短時(shí)間、高效率、人性化等原則.每當(dāng)電梯經(jīng)過一樓層時(shí),此函數(shù)即會(huì)被調(diào)用，而后返回一個(gè)變量名為aim的值,它即為下一個(gè)電梯要逗留的目標(biāo)樓層值.4.1單片機(jī)中止辦理函數(shù)本設(shè)計(jì)主要用到了單片機(jī)的中止系統(tǒng).當(dāng)有按鍵按下時(shí),利用函數(shù)將鍵值儲(chǔ)存起來，并在單片機(jī)引腳輸出高電平發(fā)出中止進(jìn)行有關(guān)辦理.中止的有關(guān)設(shè)置以及中止辦理如圖4.1所示。讀取鍵值剖析鍵值根源點(diǎn)亮相應(yīng)發(fā)光二極管置位相應(yīng)狀態(tài)變量圖4.1中止辦理中的有關(guān)操作4。2電梯裁決函數(shù)在電梯經(jīng)過一個(gè)樓層時(shí)，就會(huì)自動(dòng)調(diào)用該函數(shù).其流程如圖4.2所示.開始按鍵表記是電梯不全為0？再運(yùn)轉(zhuǎn)否電梯向上運(yùn)轉(zhuǎn)

電梯向下運(yùn)轉(zhuǎn)電梯上樓接人

電梯上樓送人

電梯下樓接人

電梯下樓送人有關(guān)辦理1有關(guān)辦理2有關(guān)辦理3有關(guān)辦理4圖4-2電梯裁決流程圖由圖可知，程序中將實(shí)質(zhì)狀況分為四種狀況來判斷：電梯上行且是去送人、電梯上行且是去接人、電梯下行且是去送人、電梯下行且是去接人。電梯各狀況下所對(duì)應(yīng)的辦理方法,以電梯上行的兩種狀態(tài)為例：在實(shí)質(zhì)應(yīng)用中，最簡單的狀況莫過于電梯目前為閑置狀態(tài)，而后有一人按下按鍵呼喊,而后電梯便響應(yīng)呼喊。可是,實(shí)質(zhì)狀況常常比這復(fù)雜的多，常常會(huì)有多人呼喊電梯。那么就一定得為電梯規(guī)定好一個(gè)特定的優(yōu)先級(jí)規(guī)則，免得亂作一團(tuán)。若電梯處于上行狀態(tài)，則在該過程中響應(yīng)不一樣顧客的優(yōu)先級(jí)為：高層呼喊上行顧客〉高層呼喊下行顧客〉基層呼喊下行顧客〉基層呼喊上行顧客。若上行,且是送人,比方電梯目前在二層，六樓有人呼喊上樓，那么它就要響應(yīng)這一呼喊，從而把自己的目標(biāo)樓層鎖定為六樓并向上運(yùn)轉(zhuǎn)，而在六樓呼喊后不久，五樓也有人呼喊上樓（且電梯現(xiàn)在還未運(yùn)轉(zhuǎn)到五樓），那么在電梯運(yùn)轉(zhuǎn)中,每經(jīng)過一個(gè)樓層,會(huì)做一次裁決,因?yàn)槲鍢且灿腥撕艉?所以正常狀況下，它應(yīng)當(dāng)在裁決后將目標(biāo)樓層定位五樓。而若五樓的顧客按下的是下行鍵，或許二樓的人按下呼喊鍵，電梯此時(shí)都會(huì)臨時(shí)不予理睬.在程序中，當(dāng)五樓有上行鍵呼喊時(shí),狀態(tài)變量f5up便會(huì)被置位，程序走到判別if（（f5up==0)｜(present〉5）)時(shí)，里面的內(nèi)容即為假，則不再持續(xù)向下判斷，而轉(zhuǎn)向else語句中，里面又有一個(gè)判斷，當(dāng)確立此時(shí)的確有鍵按下且電梯目前所處樓層小于五樓時(shí)，目標(biāo)樓層就會(huì)被更改到五樓，程序最后返回一個(gè)aim值.因?yàn)槌绦蛑袥]有下行鍵的出現(xiàn),故下行鍵的狀態(tài)是不會(huì)影響到該程序的裁決的。此時(shí)程序的檢測依照兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：第一，由低層像高層開始檢查；第二，對(duì)于電梯已經(jīng)過的樓層和按下下行鍵所發(fā)出的懇求,電梯臨時(shí)是不予理睬的.這也是很顯然的,因?yàn)樯闲兴腿藸顟B(tài)中,低層的優(yōu)先權(quán)大于高層的。程序就是靠著上邊這些if語句的嵌套，來達(dá)成這類優(yōu)先級(jí)設(shè)置的。至于上行接人狀態(tài)時(shí),所堅(jiān)持的標(biāo)準(zhǔn)是由高層究竟層的次序進(jìn)行排查,而對(duì)于上行鍵的呼喊臨時(shí)不予理睬.下行的狀態(tài)，恰巧與上行相反，在此不再贅述。4。3電梯運(yùn)轉(zhuǎn)函數(shù)該函數(shù)直接控制電梯的上行與下行、運(yùn)轉(zhuǎn)與停止.起要點(diǎn)作用的仍是裁決函數(shù)給它供給的目標(biāo)樓層值。其詳細(xì)的流程如圖4.3所示。它的功能就是判斷目標(biāo)樓層與目前樓層間的關(guān)系：若前者大于后者,則上行;若前者小于后者，則下行;若相等，則停止片晌把門翻開。自然，以后它還要做一次判斷，因?yàn)榭赡苓€有其他的樓層需要呼喊，此時(shí)程序會(huì)自動(dòng)裝入適合的目標(biāo)樓層值，指揮電梯持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去,直到所有的呼喊都達(dá)成為止。開始是目前樓層與目標(biāo)能否相等？否目前樓層小于目標(biāo)樓層？能否上行下行目前樓層加1目前樓層減1否裁決目標(biāo)樓裁決目標(biāo)樓否層能否改變層能否改變？？是是改變目標(biāo)樓層改變目標(biāo)樓層

清零相應(yīng)狀態(tài)變量與二極管是開門裁決目標(biāo)樓層能否改變？否停止圖4。3運(yùn)轉(zhuǎn)函數(shù)流程圖4。5主函數(shù)之所以把主函數(shù)放于最后才說，是因?yàn)樗顬楹唵?它之上把上邊所有的函數(shù)依照適合的次序擺列起來，便于互相調(diào)用而已。第一,各按鍵按下的信息是經(jīng)過中止來見告單片機(jī)的，故我們要對(duì)單片機(jī)中斷有相應(yīng)的程序語句加以說明,如開總中止，開外面中止0以及其觸發(fā)方式等等。最后就是一個(gè)大的死循環(huán)了,當(dāng)電梯運(yùn)轉(zhuǎn)到這里的時(shí)候，就向來履行裁決函數(shù),檢測有目標(biāo)樓層有無改變，假如有，就開始調(diào)用運(yùn)轉(zhuǎn)函數(shù),而運(yùn)轉(zhuǎn)函數(shù)沒當(dāng)經(jīng)過一個(gè)樓層又會(huì)再次調(diào)用裁決函數(shù)等等。而當(dāng)有中止發(fā)生時(shí)，單片機(jī)又能夠轉(zhuǎn)而辦理相應(yīng)的中止。就這樣,各子函數(shù)間經(jīng)過主函數(shù)形成了一個(gè)一致的整體,使得整個(gè)系統(tǒng)得以完滿運(yùn)轉(zhuǎn)。電路仿真及調(diào)試在畫好電路圖和將程序?qū)雴纹瑱C(jī)中后，進(jìn)行仿真，部分結(jié)果以下圖5-1電梯默認(rèn)停在一樓分析：如上圖5—1所示，電梯沒有其余響應(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)所有為低電平，接單片和74LS21與門一側(cè)所有為高電平，電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài).圖5—2高處5樓呼喊電梯，上行指示燈亮分析：如上圖5—2所示，電梯在1樓,電梯內(nèi)有上漲到5樓的指令,電梯上行，經(jīng)過四樓且上行指示燈亮，而到一到五樓，五樓按鍵和指示燈另一側(cè)立刻轉(zhuǎn)為高電平,指示燈熄滅,所以截上漲到四樓的圖.圖5—3電梯下行要去2樓，經(jīng)過三樓，此時(shí)外面按下6樓下的指令分析:如上圖5-3所示，電梯在接到下行指令要去2樓,經(jīng)過三樓時(shí),此時(shí)6樓外有人呼喊電梯，因?yàn)殡娞輧?nèi)依舊有人,電梯仍舊處于下行中，此時(shí)電梯內(nèi)2樓和電梯外6樓指示燈都亮，且電梯下行指示燈也亮,先不理睬6樓的向下指令，抵達(dá)2樓后，直接前去6樓，抵達(dá)六樓時(shí),六樓指示燈也會(huì)立刻熄滅.在這個(gè)過程中電動(dòng)機(jī)先反轉(zhuǎn)到