基于單片機的貨運電梯改造

張群和

（深圳第二高級技工學校，廣東 深圳 518000）

一、可行性分析

目前絕大多數(shù)的貨運電梯采用PLC為核芯控制器件。貨運電梯運行的時間長了，PLC有可能損壞。由于目前市場上的PLC的單價比較高，造成貨運電梯的成本很高。AT89C51單片機可靠性高并且價格底廉，是一種可行的、靈活性、價廉的設備改造方案。貨運電梯控制系統(tǒng)改造本文采用51系列單片機AT89C51。

二、ATMEL公司的51系列單片機AT89C51介紹

近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機在實時檢測和自動控制的應用系統(tǒng)中，作為一個核芯部件來使用。

本系統(tǒng)采用ATMEL公司的51系列單片機AT89C51作為主控芯片。

AT89C51如圖1所示，具有以下標準功能： 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級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。（見圖1）

圖1 實物圖AT89C51

三、貨運電梯控制系統(tǒng)的硬件設計

3.1 系統(tǒng)的整體設計方案

貨運電梯控制系統(tǒng)由七部分組成：控制臺電路、電梯間電路模塊、電梯內電路模塊、樓層檢測模塊、MCU控制模塊、電動機驅動模塊、報警模塊等。貨運電梯的控制面板，箱內樓層控制面板，箱外樓層控制面板。

3.2 AT89C51單片機的最小系統(tǒng)

圖2 AL298N驅動模塊實物及接線圖

采用ATMEL公司的單片機芯片AT89C51，電容C3按鍵RESET構成上電復位和手動復位電路。晶體振蕩器選12MHz，C1、C2為30p瓷片電容，與晶體振蕩器構成時鐘電路。

3.3 貨運電梯系統(tǒng)的硬件電路

按鍵與單片機的P1.0-P1.5分別相連，指示燈通過P0.0-P0.5來控制。其中 上 拉 電 阻 有 R52、R55、R56、R59、R60和R62，用來保證按鍵未按下時，端口P1.0～P1.5為高電位。當按鍵被按下時，端口P1.0～P1.5通過按鍵接地，使得P1.0～P1.5變?yōu)榈碗娖?。電容C51~C56的作用是消除抖動和抗干擾。單片機P1口均與各樓層電梯間的升降選擇按鍵連接，P1口的P1.0—P1.2連接上升按鍵，P1口的P1.3~P1.5連接下降按鍵。每個發(fā)光二極管通過一只阻值為470Ω的限流電阻接電源(VCC)。發(fā)光二極管與PO口的P0.0～P0.5連接，每個上升、下降按鍵都與對應的發(fā)光二極管配合，作為指示燈。

3.3.2 電梯箱內電路

電梯內的乘客用戶使用電梯箱內電路，四個目標樓層選擇按鍵F1、F2、F3、F4和四個與之配合的發(fā)光二極管作為指示燈。按鍵與P3口的P3.2～連接，指示燈與P2口的P2.0～P2.3相連。上拉電阻R11~R14和電容C41~C14的作用同上。

3.3.3 控制臺電路

控制臺電路的電源指示燈采用發(fā)光二極管，用以顯示供電是否正常。采用共陰極數(shù)碼管來顯示當前樓層，采用CD4511作譯碼器，LE接VCC，譯碼器處于鎖存狀態(tài)。經R31～R37(阻值為470Ω)對數(shù)碼管限流?！癉OWN、UP”兩只發(fā)光管用來顯示電梯運行的方向。上下指示燈分別接單片機的P0.7和P0.6。START和STOP鍵鍵分別接單片機的P1.6和P1.7，

3.3.4 樓層檢測

光電傳感器電路中，D1，T1組成紅外發(fā)射-接受對管，D1通電后發(fā)出紅外信號，光槽若未擋住，T1將導通，比較器LM339輸出低電平，光槽光線若被擋，T1截止，LM339輸出高電平。電梯行至樓層標志處光槽光線被電梯遮擋，所帶來的電平變化發(fā)送到單片機P3.6計數(shù)即可實現(xiàn)樓層檢測。

3.3.5 H型驅動電路

直流電動機H型驅動電路主要是用來控制直流電動機的轉動方向，通過改變直流電動機兩端的電壓可以控制電動機的轉動方向。采用L298N驅動，實物及接線圖，如圖2所示，可根據(jù)PWM調節(jié)脈寬進行電機調速和正反轉。電機M1用于貨運電梯帶動電梯門的開關，電機M2用于貨運電梯上升和下降。（見圖2）

3.3.6 電梯報警電路

當電梯運行過程中出現(xiàn)故障停止，P3.0輸出高電平，蜂鳴器報警。用戶在電梯中如果遇到緊急情況也可按“HELP”（圖中SW-PE按鍵）直接報警求救。

電梯報警電路利用兩個常用三極管CS9013，此電路與單片機P3.0相連，其中R為限流電阻。

四、貨運電梯控制系統(tǒng)的軟件設計

貨運電梯程序編寫用匯編語言來編寫，以51單片機為核心實現(xiàn)控制來完成。

4.1 軟件設計規(guī)化

軟件模塊化設計。通過調用不同功能的子程序，來實現(xiàn)復雜的功能控制。這樣便于調試、修改。主流程圖如圖3所示。（見圖3）

4.3 電機控制與樓層檢測部分

（1）電機控制

本文設計只對貨運電梯運行狀況的簡單模擬，對電機驅動這部分要求不是很嚴格，只需要實現(xiàn)電機的正反轉就可以了，所以選擇直流電動機H型驅動電路，當用戶提出上升要求時，單片機P2.7輸出為高電平，電機正轉上升，反之電機反轉下降。當?shù)竭_目標樓層時，電動機停止。程序詳見附錄主程序清單。

（2）樓層檢測

圖3 系統(tǒng)主流程圖

樓層檢測電路利用光電傳感器檢測樓層，電梯行至樓層標志處（裝有光電傳感器）時，光槽光線被遮擋，引其電平變化，通過P3.6發(fā)送到單片機中R4計數(shù)，可實現(xiàn)樓層檢測。并實時的，通過RXD和TXD，送到74HC164數(shù)碼管顯示當前樓層數(shù)。程序詳見附錄主程序清單。

五、系統(tǒng)調試

5.1 軟件調試

在軟件調試中，采用偉福仿真軟件來調試。先分別調試各個功能程序，再對整個程序進行調試，以便修改錯誤碼。具體的調試方法如下：

將各個功能程序錄入，先檢查程序有無明顯錯誤，保存過后編譯程序，當有錯誤時就根據(jù)提示加以修改，當各個功能程序編譯完成后，再對整個程序全速執(zhí)行，查看程序有哪些地方出現(xiàn)錯誤，對應錯誤提示逐步調整程序，糾正錯誤直到程序正確。

5.2 硬件調試

貨運電梯的硬件仿真，采用的是ProteusPRO6.7SP3，它是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，它可以仿真 51系列的單片機系統(tǒng)。

首先利用Proteus中的器件庫完成電路的連接。單擊仿真按鈕，按下Start，系統(tǒng)開始運行，當按下F1—F4及各樓層按鍵，貨運電梯都能完成用戶的請求，實現(xiàn)了貨運電梯運行的模擬運行。

[1]周堅.單片機輕松入門[M].北京：北京航天航空大學出版社，2006.