基于單片機(jī)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王榮娟

(河北地質(zhì)職工大學(xué)，河北 石家莊 050081)

在現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，特別是在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運(yùn)輸工具。目前電梯控制主要有繼電器控制、可編程控制器控制、微機(jī)控制(單片機(jī)控制)這三種控制方式。利用單片機(jī)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)。本文主要任務(wù)是完成一個(gè)電梯系統(tǒng)的智能控制模塊，即根據(jù)每個(gè)樓層不同顧客的按鍵要求，讓電梯做出合理的判斷，正確高效的指導(dǎo)電梯完成各項(xiàng)載客任務(wù)。本文主要完成了電梯控制系統(tǒng)的整體電路結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)，各部分硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行系統(tǒng)測試，測試結(jié)果表明：本次設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)具有高精度、低成本、功能多樣等優(yōu)勢。

1 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)，以一片AT89C51單片機(jī)為主控制器的控制系統(tǒng)，包括車廂內(nèi)呼梯輸入模塊、車廂外呼梯輸入模塊、車廂開門、重量檢測模塊、電機(jī)控制以及電源模塊等，硬件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 硬件電路結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路部分主要有控制模塊，鍵盤控制，顯示模塊和電源模塊等。下面對各個(gè)電路做簡單的介紹。

(1)控制電路模塊。主控制器采用AT89C51。AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器(PENROM)。它具有4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。在本設(shè)計(jì)中，P1口用于對電梯按鈕的控制，連接輸入設(shè)備。P3口用于對LED點(diǎn)陣顯示器的控制。P0口用于連接鎖存器74LS245，以保護(hù)單片機(jī)的輸出端口。

(2)鍵盤控制電路。乘客可由按鍵控制電梯上升下降，按下對應(yīng)樓層按鍵，點(diǎn)陣屏數(shù)字將從當(dāng)前位置向下或向上平滑滾動(dòng)顯示到指定樓層位置。

(3)LED顯示模塊。LED輸出顯示模塊采用LED點(diǎn)陣顯示器，其中點(diǎn)陣列接單片機(jī)P3口，行接鎖存器74LS245。在單片機(jī)的輸出口接驅(qū)動(dòng)電路74LS245，以保護(hù)單片機(jī)的輸出端口。

(4)電源電路。整個(gè)系統(tǒng)采用的電源電壓只需+5V電壓，將交流電經(jīng)變壓器變換為12V交流電，再用整流橋得到8.5V左右的直流電，采用不可調(diào)的3端穩(wěn)壓器件LM7805將電源穩(wěn)定在5V直流輸出。

3 軟件設(shè)計(jì)

電梯控制系統(tǒng)的整體功能實(shí)現(xiàn)主要包括控制模塊軟件實(shí)現(xiàn)以及判斷子程序。實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)整體功能實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 電梯控制系統(tǒng)的整體流程圖

(1)主程序模塊。系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如定時(shí)器T0的初始化，以便能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作。同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實(shí)現(xiàn)特殊功能。

(2)判斷子程序。系統(tǒng)判斷子程序?qū)崿F(xiàn)過程：在相應(yīng)的中斷子程序中，需要進(jìn)行相應(yīng)樓層的邏輯判斷，尤其是兩個(gè)樓層申請的時(shí)候，一般都需要根據(jù)現(xiàn)在的樓層狀態(tài)以及相應(yīng)的升降標(biāo)志位進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如在上升狀態(tài)時(shí)，若第二個(gè)樓層的申請較第一個(gè)申請離現(xiàn)在的樓層狀態(tài)更近，則應(yīng)先響應(yīng)第二個(gè)申請的響應(yīng)，然后再對第一個(gè)申請進(jìn)行響應(yīng);若有樓層申請?jiān)诋?dāng)前樓層的下面，也應(yīng)根據(jù)升降的標(biāo)志位進(jìn)行判斷，如果是上升狀態(tài)，應(yīng)先響應(yīng)上面的樓層，然后再響應(yīng)其他的申請。當(dāng)然，如果處于下降狀態(tài)，則以相反的順序進(jìn)行響應(yīng)。這里只是兩個(gè)樓層申請時(shí)的討論。當(dāng)有更多樓層響應(yīng)時(shí)，還需進(jìn)一步進(jìn)行邏輯的思考與判斷。

4 系統(tǒng)調(diào)試

(1)硬件測試。首先進(jìn)行靜態(tài)檢查。根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬用表一一測試。再者進(jìn)行通電檢查。首先調(diào)試電源部分。整個(gè)電路只需要+5V的電壓，接上電源，將220V交流電通入，測試變壓器的輸出端，整流橋輸出，LM7805的輸出電壓是否和理論計(jì)算值一致，再用示波器檢測單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號和振蕩信號。

(2)軟件調(diào)試及整體調(diào)試。對軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運(yùn)行正常后，再用燒寫器將程序燒到AT89C51單片機(jī)中，進(jìn)行了脫機(jī)調(diào)試。

5 結(jié)語

總之，本文首先給出了電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且采用模塊化設(shè)計(jì)思想對電梯控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。最終給出了電路實(shí)物圖，并且對電梯控制系統(tǒng)整體調(diào)試，測試結(jié)果表明，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)具有成本低，靈活性強(qiáng)，功能多樣，精度高等優(yōu)點(diǎn)，為今后電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)和參考價(jià)值。