單片機(jī)在電梯控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

朱堅(jiān)兒

【摘要】本文介紹了對(duì)電梯的控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)，采用MAC-51單片機(jī)對(duì)某商場(chǎng)的六層電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并從硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面分別加以闡述。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；電梯控制系統(tǒng)；改造

隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)于電梯的要求也就越來越高。某商場(chǎng)電梯現(xiàn)有的依靠繼電器的邏輯控制系統(tǒng)已無法滿足需求，急需加以改造。單片機(jī)因其體積小，功耗低，處理速度快，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，易于推廣等優(yōu)點(diǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的理想選擇。

一、單片機(jī)簡(jiǎn)介

單片機(jī)是一種集成電路芯片，它通過超大規(guī)模集成電路技術(shù)將中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、各種輸入/輸出接口以及中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等多種功能集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成了一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域。

單片機(jī)的全稱為單片微型計(jì)算機(jī)，又稱單片微控制器，它不僅僅能夠完成某一個(gè)邏輯功能，而是把集成了整個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。簡(jiǎn)言之，一塊芯片就相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的體積小、功耗低、價(jià)格便宜，便于學(xué)習(xí)、應(yīng)用及開發(fā)。

二、電梯控制系統(tǒng)原理

該商場(chǎng)所設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)主要包括五大部分：一是外部呼叫和廂內(nèi)選層的信號(hào)及指示系統(tǒng)；二是電梯在將到達(dá)指定樓層時(shí)由快速向慢速切換系統(tǒng)；三是用以顯示廂體所在位置及運(yùn)行狀態(tài)的廂體狀態(tài)指示系統(tǒng)；四是電梯到達(dá)指定樓層后的開門及關(guān)門系統(tǒng)；五是安全保護(hù)系統(tǒng)。

電梯正常工作時(shí)，當(dāng)?shù)群螂娞萑藛T通過按鈕發(fā)出外部呼叫信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)首先會(huì)將呼叫樓層與廂體所在位置相比較，判斷運(yùn)行方向并到達(dá)指定樓層。進(jìn)入電梯廂內(nèi)乘客通過廂內(nèi)按鈕發(fā)出廂內(nèi)選層信號(hào)，電梯控制系統(tǒng)將指定樓層與目前所在位置相比較，判斷運(yùn)行方向。在電梯運(yùn)行方向的選擇上，同方向具有優(yōu)先級(jí)，且有最遠(yuǎn)方向接車功能。任意兩樓層間應(yīng)設(shè)有加速/減速控制位置輸入信號(hào)，當(dāng)下一樓層為指定到達(dá)樓層時(shí)，應(yīng)減速，否則執(zhí)行躍層程序，不減速穿越該樓層。電梯啟動(dòng)前電梯廂門必須是關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)門指令可以是定時(shí)發(fā)出的，也可以是由電梯廂內(nèi)的關(guān)門按鈕發(fā)出的。在所有的呼叫信號(hào)中，消防應(yīng)該有最高優(yōu)先級(jí)。一旦出現(xiàn)消防呼叫信號(hào)，電梯將立即選擇就近樓層停車，并且停止響應(yīng)外部呼叫信號(hào)，只對(duì)廂內(nèi)選層信號(hào)作出反應(yīng)，以保證消防工作的順利進(jìn)行。

三、電梯控制系統(tǒng)硬件分析

本設(shè)計(jì)中的硬件部分除了所選擇的MAC-51單片機(jī)外，還需要一個(gè)數(shù)碼管，蜂鳴器，以及10個(gè)樓層按鍵，發(fā)光二極管等。硬件系統(tǒng)電路主要包括電梯呼叫信號(hào)電路、電梯樓層信息顯示電路以及電梯運(yùn)行方向與電梯門開關(guān)電路。

1.電梯呼叫信號(hào)電路

電梯一樓只有“上升”按鈕，六樓只有“下降”按鈕，而中間各樓層同時(shí)據(jù)有兩個(gè)按鈕。乘客在電梯外按下相應(yīng)的按鈕，即可發(fā)出呼叫信號(hào)。各樓層的按鈕分別與單片機(jī)的P1.0-P1.9相接，電梯呼叫信號(hào)電路選用在PO口外接上拉電阻的并行輸入方式。用掃描法來判斷鍵值，具體可分為兩種情況：一是判斷鍵盤中按鍵情況，將全部行線置高電平，然后檢測(cè)列線狀態(tài)，當(dāng)列線中出現(xiàn)低電平時(shí)表示有鍵按下，反之則無；二是判斷鍵盤中閉合鍵位置，當(dāng)判斷出鍵盤中有鍵按下時(shí)，則就需要對(duì)按鍵位置加以判斷識(shí)別，依次將任意一行線調(diào)為低電平，其余均為高電平，然后對(duì)列線進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)低電平時(shí)，則該列與置為低電平的行線的交叉點(diǎn)即為按鍵位置。

2.電梯樓層信息顯示電路

因商場(chǎng)1-6樓層顯示信息完全相同，因此只選用一個(gè)數(shù)碼管即可滿足設(shè)計(jì)需要。本設(shè)計(jì)所選用的AT89S51的RXD與TXD串行口為全雙工串行通信口，因此可以做同步移位寄存器，RXD端串行輸入或輸出數(shù)據(jù)，而TXD端則串行輸出同步移位時(shí)鐘。將串行口與外圍芯片74LS164相組合，便可構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)串并口I/O電路。

3.電梯運(yùn)行方向與電梯門開關(guān)電路

將電梯各樓層的按鍵分別配上一只發(fā)光二極管，與單片機(jī)的P0.0-P0.9相接。用于顯示電梯的位置及運(yùn)行狀態(tài)等信息。將發(fā)光二極管與上拉電阻相接，用電源直接驅(qū)動(dòng)，低電平有效。

四、電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的該商場(chǎng)電梯控制系統(tǒng)的軟件程序可分為四類：一是運(yùn)行與決策函數(shù)，在有按鍵時(shí)發(fā)揮作用，單片機(jī)根據(jù)接收到的鍵盤鍵值作出相應(yīng)反應(yīng)，如各狀態(tài)變量的置位及發(fā)光二極管的點(diǎn)亮等；二是中斷處理函數(shù)，同運(yùn)行于決策函數(shù)剛好相反，此類函數(shù)負(fù)責(zé)在電梯到達(dá)指定樓層時(shí)，各狀態(tài)變量的狀態(tài)位清除及發(fā)光二極管的熄滅；三是置位各狀態(tài)變量函數(shù)，此類函數(shù)是整個(gè)程序的核心部分，負(fù)責(zé)確定電梯下一次的目標(biāo)樓層；四是清除各狀態(tài)變量函數(shù)。

1.單片機(jī)中斷處理函數(shù)

單片機(jī)中斷處理中的相關(guān)操作有讀取鍵值、分析鍵值來源、點(diǎn)亮相應(yīng)發(fā)光二極管及置位相應(yīng)狀態(tài)變量。

首先應(yīng)對(duì)相關(guān)寄存器進(jìn)行設(shè)置，本設(shè)計(jì)只需要對(duì)單片機(jī)特殊功能寄存器中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器以及中斷允許控制寄存器進(jìn)行設(shè)置即可。設(shè)置完畢后，當(dāng)單片機(jī)接收到芯片的中斷請(qǐng)求時(shí)會(huì)自動(dòng)響應(yīng)。芯片的相關(guān)協(xié)議中存在讀鍵值這一函數(shù)，輸入該命令，即可讀取到鍵值。將每一個(gè)樓層的按鍵與特定的鍵值相對(duì)應(yīng)，這樣就可以根據(jù)讀到的鍵值判斷出按鍵來自那個(gè)樓層，從而點(diǎn)亮相應(yīng)樓層的發(fā)光二極管。在點(diǎn)亮所需點(diǎn)亮的二極管的同時(shí)，還要保證原本發(fā)光的不相光二極管不被影響，就需要設(shè)置兩個(gè)全局變量pasta與pbsta。

2.電梯判決函數(shù)

對(duì)于電梯目前所處狀態(tài)的判別是整個(gè)程序能否成功運(yùn)行的關(guān)鍵所在。該函數(shù)在高效率、人性化的原則下，對(duì)于電梯的下一個(gè)目標(biāo)樓層作出合理判定。

3.電梯運(yùn)行函數(shù)

當(dāng)下一個(gè)目標(biāo)樓層確定后，該函數(shù)將對(duì)電梯是上行還是下行加以判定并執(zhí)行相應(yīng)命令，電梯運(yùn)行流程圖如圖1所示。需要注意的是，當(dāng)電梯到達(dá)目標(biāo)樓層后，還應(yīng)將相應(yīng)的狀態(tài)變量清除并將相應(yīng)的二極管熄滅。

五、結(jié)束語

將單片機(jī)應(yīng)用于商場(chǎng)六層電梯的改造中去，與傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)相比使用更加靈活，便于修改，能夠更好地滿足高層建筑物電梯控制系統(tǒng)的要求。將單片機(jī)應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)的改造當(dāng)中去，具有很高的研究和實(shí)用價(jià)值。

圖1 電梯運(yùn)行函數(shù)流程圖

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