基于單片機的電梯自動(dòng)控制系統的設計與實(shí)現

摘要：文中介紹了以89C52單片機為核心控制器件的電梯自動(dòng)控制系統，該系統采用單片機作為控制核心，通過(guò)掃描內外按鍵按下與否引起的電平的改變，作為用戶(hù)請求信息發(fā)送到單片機，控制電動(dòng)機轉動(dòng)，單片機根據樓層檢測結果控制電機停在目標樓層。開(kāi)發(fā)此系統可以方便用戶(hù)自行輸入所要到達的樓層，顯示電梯當前到達層數等功能，這樣可以大大提高其工作效率，徹底的脫離電梯操作工的模式，更主要的是為電子技術(shù)融入到計算機專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域提供一種新思路，為單片機技術(shù)的應用提供更廣闊的空間，為開(kāi)發(fā)更科學(xué)的電梯控制系統提供參考。

伴隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展與進(jìn)步，人們的生活水平的提高和節約用地的倡導，越來(lái)越多的高樓聳立，使人們的生活和工作受到很大的影響，垂直運輸的問(wèn)題也隨之出現，人們迫切需要一套安全、快捷、高效、穩定的電梯控制系統。電梯控制模型的設計主要涉及數電、模電、單片機及接口技術(shù)、C51的編程等知識，可謂知識面含量非常廣，但因現代的微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和嵌入式微控制器技術(shù)等的飛速發(fā)展，讓我們做出應用型的電梯已成為可能。目前各小區居民樓都已經(jīng)安裝上了快捷、方便的電梯系統，但某些方面如安全性和穩定性還有待提高，用戶(hù)也給出了更高的要求。

目前電梯控制主要有繼電器控制、可編程控制器控制、微機控制(單片機控制)這3種控制方式。利用單片機控制電梯具有成本低、高精度的重量檢測和顯示、功能多樣等明顯優(yōu)點(diǎn)?；趩纹瑱C電梯控制系統主要的核心技術(shù)在于單片機的應用。明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設備中，實(shí)現的是對象的智能化控制，這一點(diǎn)是巨型機和網(wǎng)絡(luò )不可能做到的。開(kāi)發(fā)此系統可以方便用戶(hù)自行輸入所要到達的樓層，顯示電梯當前到達層數等功能，這樣可以大大提高其工作效率，徹底的脫離電梯操作工的模式，更主要的是為電子技術(shù)融入到計算機專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域提供一種新思路，為單片機技術(shù)的應用提供更廣闊的空間，為開(kāi)發(fā)更科學(xué)的電梯控制系統提供參考。

1 系統框圖及功能

1.1 系統框圖

基于單片機的電梯控制模型設計的基本思想是采用AT89C52單片機作為核心，利用其豐富的I/O接口與外圍電路配合進(jìn)行控制。采用8位LED靜態(tài)顯示來(lái)實(shí)時(shí)顯示電梯所在樓層，并用4511來(lái)驅動(dòng)LED顯示。采用行列式鍵盤(pán)矩陣作為外呼內選電路，由于是5層樓，故選用4×4矩陣鍵盤(pán)，鍵盤(pán)矩陣共16個(gè)按鍵，其中8個(gè)按鍵是各層樓外呼按鍵，5個(gè)表示電梯內部的選擇鍵，另外設有緊急停止按鍵，啟動(dòng)按鍵和電梯演示按鍵。電梯狀態(tài)是通過(guò)兩個(gè)發(fā)光二極管顯示的，左邊燈亮表示電梯在向上運行，右邊燈亮表示電梯在向下運行，另設有一燈燈亮表示開(kāi)門(mén)狀態(tài)，燈熄表示關(guān)門(mén)狀態(tài)。電梯間豎并部分由有機玻璃粘成無(wú)上蓋板的六面體 ABCDEFGH，高度AE為1.2 m;電梯橋廂模型J通過(guò)滑輪懸掛并由電動(dòng)機M牽引，可在電梯間豎井模型的空間內上下運動(dòng)。

1.2 系統功能

1)識別樓層的高度和各個(gè)平層的位置，及時(shí)響應各樓層的請求信號;

2)運行速度穩定、定位準確，電梯運行時(shí)有相應的指示燈亮，以示電梯正在上行或下行，實(shí)時(shí)顯示電梯所在樓層位置。

3)平層時(shí)開(kāi)門(mén)，關(guān)門(mén)等操作，平層結束時(shí)給出提示信號。平層位置誤差10 mm，要求平均每層運行時(shí)間不超過(guò)5 s。

4)及時(shí)接受各樓層的呼叫信息，以先方向后距離的優(yōu)先原則判斷并自動(dòng)響應外招信號、自行選擇運行路徑。

5)具備不可逆響應功能：電梯上升途中只響應上升呼叫，下降途中只響應下降呼叫，任何反方向呼叫均無(wú)效。

2 硬件部分的設計

2.1 樓層顯示模塊

數碼管顯示，電梯的基本功能具備顯示電梯當前的樓層，所以設計中在轎廂和每個(gè)樓層中都設置了一個(gè)數碼顯示管，用來(lái)顯示當前電梯所在的層數，數碼管顯示電梯所到達的樓層數。接線(xiàn)圖如圖2所示，圖中共有1個(gè)數碼管，通過(guò)對8根數據線(xiàn)進(jìn)行寫(xiě)操作進(jìn)行樓層顯示。

2.2 按鍵電路模塊

由于本電路所需按鍵較多，為了節省單片機的I/O口，故選用行列式鍵盤(pán)矩陣。本電路采用的是4鍵盤(pán)矩陣。電路如圖所示，P2.0-P2.3是接單片機的 P2端口，單片機采用行和列掃描法來(lái)判別這16個(gè)按鍵中哪個(gè)鍵按下，然后可根據每個(gè)按鍵的功能來(lái)通過(guò)單片機控制電梯的運行。

鍵盤(pán)電路如圖3所示。

各按鈕開(kāi)關(guān)說(shuō)明：

按鈕開(kāi)關(guān)1：轎廂內一樓呼叫開(kāi)關(guān);按鈕開(kāi)關(guān)2：轎廂內二樓呼叫開(kāi)關(guān);

按鈕開(kāi)關(guān)3：轎廂內三樓呼叫開(kāi)關(guān);按鈕開(kāi)關(guān)4：轎廂內四樓呼叫開(kāi)關(guān)。

2.3 電梯門(mén)指示模塊

在本次設計中電機正反轉用兩個(gè)發(fā)光管來(lái)表示，如圖4所示，用單片機的P33，P34口做輸出口來(lái)驅動(dòng)發(fā)光管，其中D11亮表示開(kāi)門(mén)、D12亮表示關(guān)門(mén)。

2.4 鈴聲提示模塊

采用蜂鳴提示音提示當轎箱到達所需的樓層時(shí)，蜂鳴器響，提示乘客到達了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時(shí)的報警提示信號，其軟件驅動(dòng)、硬件電路調試非常簡(jiǎn)潔方便，而且價(jià)格便宜，能滿(mǎn)足本設計的要求。當到達所選樓層后，蜂鳴機會(huì )響一聲，表示開(kāi)門(mén)，同時(shí)綠燈亮;3 s后，蜂鳴機響兩聲，表示關(guān)門(mén)，同時(shí)紅燈亮。

2.5 升降指示模塊

當電梯上升時(shí)，指示燈一次從下到上亮燈，一直循環(huán)，直到到達所選樓層。

當電梯下降時(shí)，指示燈一次從上到下亮燈，一直循環(huán)，直到到達所選樓層。

3 軟件設計

軟件設計思想：采用模塊化的分層次設計方法，將軟件系統功能由多個(gè)實(shí)現單一功能的子程序實(shí)現。通過(guò)調用不同的子程序，實(shí)現了復雜功能控制。這樣便于調試、修改。軟件編程是實(shí)現多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。在本設計中，可以把程序的各部分相互結合起來(lái)，達到完成各項設計的功能。

根據系統要求，電梯的程序應滿(mǎn)足以下要求：

1)初始化程序使數碼管顯示“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：

①判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層，根據判斷情況來(lái)控制電梯運行，到達目標樓層后相應的呼叫指示燈熄滅;

②電梯在運行過(guò)程中要不斷的掃描鍵盤(pán)，從而來(lái)判斷各樓層有無(wú)呼叫請求，并點(diǎn)亮相應的呼叫指示燈;

③設置演示功能按鍵、緊急停止按鍵、啟動(dòng)按鍵;

④實(shí)時(shí)顯示電梯所在位置及運行狀態(tài)(上行/下行);

⑤開(kāi)關(guān)門(mén)有一定的延時(shí)來(lái)保證乘客走出/進(jìn)入電梯;

圖7為主程序工作流程圖

4 系統調試

連接5 V電源后，電梯通電使用，各模塊使用正常，電梯響應上升下降隊列時(shí)，相應的指示燈、上下行狀態(tài)均能顯示。通過(guò)選取各樓層按鍵，電梯都能完成請求，基本實(shí)現了電梯運行的模擬。

4.1 方向及距離優(yōu)先測試

電梯按某方向運行時(shí)，優(yōu)先響應該運行方向的按鈕;

測試初始，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。測試結果如表1所示。

結論：系統在向上運行時(shí)候，優(yōu)先相應各樓層的向上呼叫信號，不響應向下的呼叫信號，向下運行時(shí)相反，符合設計要求。

同一方向有多個(gè)按鈕呼叫時(shí)，優(yōu)先響應最近的樓層。測試初始時(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。測試結果：先響應三樓呼叫，再響應四樓呼叫。

結論：電梯具有距離優(yōu)先響應的功能，當多層同方向呼叫，首先響應距離當前樓層較近的呼叫，符合系統設計要求。

各按鈕呼叫時(shí)指示燈顯示正常，電梯響應該按鈕的呼叫后，其指示燈應自動(dòng)熄滅。

4.2 綜合測試

測試條件：電梯位于1樓，進(jìn)入3人，其中一人要到3樓，另兩人到4樓。電梯運行后，3樓和4樓有人向上呼叫，3樓有人向下呼叫到1樓。

測試結果如表2所示。

測試結論：系統具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先的功能，基本模擬了實(shí)際電梯運行，完成設計指標。

5 結論

本系統是基于89C52單片機設計的電梯自動(dòng)控制系統，充分利用單片機的軟硬件資源，以四層電梯為研究對象，實(shí)現基本的功能如：層站呼叫、自動(dòng)停層、轎廂命令響應等。通過(guò)單片機輸出電壓通過(guò)驅動(dòng)電路然后控制電梯拖動(dòng)。開(kāi)發(fā)此系統可以方便用戶(hù)自行輸入所要到達的樓層，大大提高其工作效率，徹底的脫離電梯操作工的模式，為開(kāi)發(fā)更科學(xué)的電梯控制系統提供參考。