基于STC89C52單片機(jī)的電梯設(shè)計(jì)

馬小萍+張國恒

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高和現(xiàn)代科技的猛速發(fā)展，高層建筑已成為一種用于居住、辦公的主流建筑設(shè)計(jì)。為了更好地提高人們生活和工作的效率，電梯成為生活中不可或缺的垂直代步工具。為了讓電梯在運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)、有效地實(shí)現(xiàn)方向優(yōu)先、距離優(yōu)先選擇，本文提出了基于STC89C52單片機(jī)的電梯設(shè)計(jì)。

本文以STC89C52單片機(jī)作為背景機(jī)通過驅(qū)動外圍電路實(shí)現(xiàn)電梯垂直運(yùn)行，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。其中，硬件部分主要由主控芯片、顯示模塊、按鍵模塊、鈴聲提示模塊4大部分組成。主控模塊由STC89C52作為背景機(jī)完成驅(qū)動外圍電路進(jìn)行信息處理和控制的功能，顯示模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)的顯示電梯的升降狀態(tài)以及電梯所到樓層數(shù)，按鍵電路主要負(fù)責(zé)完成電梯的外呼內(nèi)選將樓層到達(dá)信號傳輸給單片機(jī)，鈴聲提示模塊一方面報(bào)警提示乘客到達(dá)了所需的樓層，另一方面完成出現(xiàn)緊急停止時(shí)的報(bào)警提示。

關(guān)鍵詞：STC89C52背景機(jī) 高層建筑垂直運(yùn)行

0引言

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，高層建筑已成為一種用于居住、辦公的主流建筑設(shè)計(jì)，以垂直輸送為主的電梯技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)直線傳輸省時(shí)省力的機(jī)理，集機(jī)電一體化的電梯設(shè)備成為了高層建筑不可缺少的垂直代步運(yùn)輸工具，如何設(shè)計(jì)電梯的運(yùn)行控制方式使其費(fèi)用最低并且使得程序設(shè)計(jì)更為優(yōu)化成熟，能夠進(jìn)一步提高電梯運(yùn)行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，本文提出了基于STC89C52單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

基于STC89C52單片機(jī)的電梯運(yùn)行控制設(shè)計(jì)主要選用STC89C52單片機(jī)作為背景機(jī)以軟硬件結(jié)合為平臺，實(shí)現(xiàn)電梯外呼內(nèi)選的功能，對于電梯的正常運(yùn)行、制動減速、啟動加速有著重要的控制作用。其中，硬件系統(tǒng)包括主控芯片、相關(guān)按鍵、顯示單元等，主控芯片主要完成對外圍電路的驅(qū)動實(shí)現(xiàn)電梯垂直方向運(yùn)行、不同站層間自動起停、垂直廂體命令響應(yīng)等功能以及各程序軟件的燒寫，電梯的外呼內(nèi)選是通過相關(guān)按鍵傳輸樓層到達(dá)信號給單片機(jī)來完成，顯示單元主要通過串口驅(qū)動數(shù)碼管靜態(tài)顯示所選樓層。軟件設(shè)計(jì)方面采用延時(shí)和中斷的方式來檢測用戶的請求信息，延時(shí)主要完成電梯運(yùn)行樓層數(shù)選擇，當(dāng)電梯運(yùn)行到所選層時(shí)電通過開門延時(shí)等待乘客進(jìn)入并完成選層，隨后經(jīng)延時(shí)關(guān)門執(zhí)行請求，若無請求則電梯處于待命狀態(tài)。軟件部分主要采用模塊化設(shè)計(jì)方法，使用處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、兼容性強(qiáng)的C語言編寫。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路搭建以及軟件設(shè)計(jì)過程簡單方便而且價(jià)格便宜能滿足本設(shè)計(jì)的要求。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成及實(shí)現(xiàn)功能

1.1系統(tǒng)組成

基于單片機(jī)的電梯設(shè)計(jì)要求，電梯控制系統(tǒng)主要包括控制部分和顯示部分，控制部分其基本思想是以STC89C52單片機(jī)為背景機(jī)，連接其豐富的接口配置和外圍電路完成控制。顯示電路采用LCD靜態(tài)顯示來實(shí)時(shí)顯示電梯所在樓層，電梯的開門和關(guān)門狀態(tài)通過另設(shè)顯示燈，采用兩個(gè)發(fā)光二極管顯示電梯狀態(tài)，其中上邊二極管亮表示電梯向上運(yùn)行，下邊二極管亮表示電梯在向下運(yùn)行。

1.2系統(tǒng)功能

（1）在垂直運(yùn)行過程中通過軟件設(shè)計(jì)能夠識別顯示樓層高度、目前所處位置以及對請求信號做出響應(yīng)；

（2）通過軟件與硬件的結(jié)合能夠?qū)崟r(shí)有效的顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，包括電梯升降狀態(tài)，樓層位置顯示以及相應(yīng)指示燈的亮滅顯示；

（3）有效、可靠地實(shí)現(xiàn)距離優(yōu)先，方向優(yōu)先選擇控制，及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示信號。

2硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試

2.1硬件設(shè)計(jì)

采用雙列直插式主控芯片STC89C52作為最小系統(tǒng)板，通過外圍電路與主控電路結(jié)合完成電梯垂直運(yùn)行各項(xiàng)功能。硬件電路主要由主控電路、按鍵電路、顯示電路以及電源電路和報(bào)警提示電路組成。主控制器采用STC89C52單片機(jī)通過驅(qū)動I/O口實(shí)現(xiàn)集成控制。其中，P1口與電梯垂直運(yùn)行的按鈕連接完成控制，P3口與按鍵相連完成對顯示器的控制。顯示電路包括所選要到達(dá)樓層數(shù)顯示和目的樓層顯示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所選要到達(dá)樓層數(shù)是通過數(shù)碼管與P2口采用共陰極接法相連來進(jìn)行顯示控制，對于目的樓層用發(fā)光二極管顯示通過單片機(jī)的P0口控制。按鍵電路采用點(diǎn)陣式按鍵接單片機(jī)P3口，乘客可通過電梯的垂直升降顯示采用點(diǎn)陣式按鍵來選擇樓層位置。

2.2按鍵鍵位識別

為了提高按鍵識別效率減少對背景機(jī)接口占用，本文采用鍵盤矩陣開關(guān)電路作為外呼內(nèi)選的控制器。矩陣式鍵盤位于行線和列列交叉點(diǎn)上，交叉點(diǎn)兩線分別連接到開關(guān)的兩端，電源與行線通過上拉電阻連接。[1]在系統(tǒng)調(diào)試過程中為了正確判斷閉合按鍵所在位置，通過識別某根行線位置為低電平時(shí)采取逐行檢測各對應(yīng)列線的電平狀態(tài)，其中某根行線先被設(shè)置為低電平，其它線為高電平。閉合按鍵所在位置就是當(dāng)某列為低電平時(shí)，該列線與原本置位低電平的行線所在的交叉點(diǎn)。

2.3硬件調(diào)試

通過將各子模塊組合搭建形成功能完備的硬件平臺，按照硬件電路圖首先進(jìn)行靜態(tài)檢查即在系統(tǒng)硬件上電之前先核對各模塊的極性、接線以及安裝是否正確然后檢查各芯片之間接線是否連接正確，地線是否連接，完成對硬件電源的初查確保連線與原理圖接線要求一致，然后借助萬用表測試各芯片，如果芯片出現(xiàn)異常發(fā)熱應(yīng)及時(shí)切斷電源，重新檢查電路，直至輸出正常電源電壓。最后進(jìn)行硬件整體通電檢查，即檢查背景機(jī)的晶振電路和復(fù)位電路是否有復(fù)位信號和振蕩信號出現(xiàn)。

3軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試

系統(tǒng)通過延時(shí)程序來保證乘客走出或進(jìn)入電梯的狀態(tài)，通過中斷來響應(yīng)樓層間的選擇并且設(shè)計(jì)報(bào)警提示信息方便乘客做選擇。體現(xiàn)在當(dāng)電梯處于底層、中間任意層和頂層時(shí)，通過軟件設(shè)計(jì)選擇調(diào)用距陣鍵盤掃描子程序，循環(huán)掃描確定按鍵是否按下，當(dāng)顯示有按鍵按下時(shí)輸出鍵值，當(dāng)按下鍵后子程序會自動結(jié)合電梯請求來驅(qū)動電梯到請求層工作。程序中用二進(jìn)制表示電梯升降狀態(tài)，用按鍵決定電梯的運(yùn)行方向，以方向優(yōu)先和距離優(yōu)先的為原則進(jìn)行樓層間的邏輯判斷，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中0表示下降狀態(tài)，1表示上升狀態(tài)。在軟件測試中完成當(dāng)電梯處于上升狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)樓層請求，若第一個(gè)申請較第二個(gè)樓層的申請離現(xiàn)在的樓層狀態(tài)更遠(yuǎn)，則程序先響應(yīng)第二個(gè)請求，然后再對第一個(gè)求請進(jìn)行判斷，若出現(xiàn)樓層申請?jiān)诋?dāng)前樓層的下面，通過程序設(shè)計(jì)主要依據(jù)標(biāo)志位進(jìn)行判斷電梯升降，若電梯處于下降狀態(tài)，則先響應(yīng)向下的樓層選擇，然后再響應(yīng)其他的請求。[4]反之響應(yīng)的順序相反。

4結(jié)論

以STC89C52作為背景機(jī)充分利用其軟硬件資源和開發(fā)環(huán)境，通過按按鍵發(fā)出請求并送至單片機(jī)，單片機(jī)借助控制電路驅(qū)動外圍電路實(shí)現(xiàn)樓層之間的選擇和垂直運(yùn)行。各模塊軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，使得整個(gè)電梯系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方法靈活、結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大、使用成本低并且可靠性高，為電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)化搭建提供了理論依據(jù)和實(shí)際參考價(jià)值。

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[4]王榮娟.基于單片機(jī)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械與自動化，2013（7）：93.

通訊作者：

張國恒，男，漢族，西北民族大學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師.

作者簡介：

馬小萍（1995—），女，回族，寧夏人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于西北民族大學(xué).