基于單片機(jī)的電梯模擬控制系統(tǒng)

張亞男

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，甘肅武威 733006）

0 引言

電梯在各大高層建筑中已起到極其重要的作用，已成為非常關(guān)鍵的大型運(yùn)輸設(shè)施，既實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，且內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也非常龐大，且具有較高的復(fù)雜性。由于使用時是封閉狀態(tài)，因此無法通過外部對電梯的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行深入了解。而且電梯中的井道都很深，大部分器件都安裝于井道內(nèi)部，所以具有一定的危險性。由于電梯為不同的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用提供了良好的條件，也讓相關(guān)專業(yè)的教學(xué)與研究得以有效開展，所以對于研發(fā)出有助于教學(xué)與科研，并具有較高安全與經(jīng)濟(jì)性的高性能電梯控制仿真系統(tǒng)來說，顯得極其重要。

1 模擬控制系統(tǒng)內(nèi)部的整體結(jié)構(gòu)

模擬控制系統(tǒng)是對PC（Personal Computer）機(jī)與單片機(jī)的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，由此形成的一臺能夠真正運(yùn)行的電梯，將計(jì)算機(jī)模擬成電梯當(dāng)中的轎廂與井道。單片機(jī)電梯模擬控制系統(tǒng)主要是模擬使用電梯時對相應(yīng)指令信息的輸入，并把此信息傳遞到PC機(jī)上；上位機(jī)軟件主要是對所接收到的相關(guān)指令信息加以及時的處理，然后把信息的最終處理結(jié)果提供給模擬電梯運(yùn)行的模塊界面以及單片機(jī)的系統(tǒng)當(dāng)中，最后把模擬的結(jié)果以報告文件的形式輸出。在模擬電梯運(yùn)行的模塊界面中會顯示相關(guān)的按鈕，這些按鈕能夠很好的代替在下位機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中使用電梯時要用到的指令按鍵，單獨(dú)實(shí)施電梯控制的運(yùn)行模擬。上位機(jī)軟件還能對電梯的速度曲線加以模擬，以固定的相關(guān)參數(shù)為依據(jù)顯示出速度曲線，同時以報告文件的形式輸出；對建筑中的電梯系統(tǒng)在輸送的能力方面進(jìn)行分析，同時輸出相應(yīng)的報告文件；對于電梯的設(shè)置和選用方面，能夠配置適合該建筑的電梯系統(tǒng)，同時將報告以文件的形式輸出。

2 控制系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)計(jì)工作

2.1 控制功能方面的基本要求

（1）電梯在沒有控制人員的情況下，要完全能夠自動對電梯內(nèi)部以及門廳下達(dá)相應(yīng)的指令。

（2）在電梯系統(tǒng)上電之后，如果產(chǎn)生了呼梯信號，那么電梯必須能夠自動的響應(yīng)對應(yīng)的召喚信號。

（3）電梯到站的時候要能夠自動進(jìn)行平層的開門操作，超時要自動實(shí)施關(guān)門或手動開門與關(guān)門的操作。

（4）要能夠根據(jù)轎廂內(nèi)部與外部的相應(yīng)召喚指令信號實(shí)施自動化的定向操作，并自動選擇做好的運(yùn)行路徑，使等候的時間不會過長。

（5）電梯在運(yùn)行的過程中必須具備順向截梯的功能，同時只單純的記住反向的呼梯信號。

（6）在電梯運(yùn)行到頂層或底層的時候，要能自動停止并且改變運(yùn)行的方向。

（7）轎廂內(nèi)部和門廳必須要準(zhǔn)確的顯示出有樓層信息，以及當(dāng)前運(yùn)行的方向。

（8）要有IC卡管理的功能，設(shè)定持卡者只能上升到指定的樓層。

（9）要具備語音提示的功能。

2.2 電梯運(yùn)行模擬軟件中的基礎(chǔ)模塊

按照電梯控制的相關(guān)要求，電梯在被邏輯性的控制程序進(jìn)行操控時，要能上下來回的運(yùn)行，流程依次為對指令進(jìn)行登記、判定當(dāng)前的運(yùn)行方向、實(shí)施運(yùn)行操作、在運(yùn)行的過程當(dāng)中順向的截梯、對廳呼梯信號、轎廂內(nèi)部記住相應(yīng)的指令等。仿真軟件的控制項(xiàng)由層站、轎廂及狀態(tài)信號等組成。層站部分基本上是對廳召喚的相關(guān)指令進(jìn)行登記，并發(fā)出相應(yīng)的呼梯信號。轎廂部分基本上是對轎廂的內(nèi)部信號進(jìn)行模擬操作，分為選層、開門及關(guān)門等信號。狀態(tài)信號是顯示出電梯當(dāng)前的運(yùn)行方向及在哪個樓層上。

2.3 控制系統(tǒng)內(nèi)部硬件的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)內(nèi)部起主要控制作用的硬件是STC89C51制式的單片機(jī)，將轎廂與層站指令所接受的按鈕模塊、樓層的顯示模塊、串行通信模塊、電梯IC卡管理模塊及語音提示等模塊集成于一體。在控制系統(tǒng)當(dāng)中，單片機(jī)系統(tǒng)屬于下位機(jī)，由上位機(jī)對其實(shí)施監(jiān)控，把呼梯按鈕或IC（Integrated Circuit Card，集成電路）卡采集使用電梯的相關(guān)指令信號借助于串口輸入到上位機(jī)的對應(yīng)電梯運(yùn)行模擬模塊上。模擬電梯運(yùn)行的相關(guān)擬模塊接收到下位機(jī)所傳送的使用電梯的指令信號，之后進(jìn)行邏輯式的運(yùn)算，在計(jì)算機(jī)當(dāng)中模擬電梯的運(yùn)行、到站以及開門和關(guān)門的過程。此外，在電梯運(yùn)行過程中，上位機(jī)把當(dāng)前運(yùn)行方向及所處樓層等相關(guān)信息傳送到單片機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，單片機(jī)系統(tǒng)會顯示出電梯所處樓層及運(yùn)行方向，并在電梯到達(dá)指定樓層時，以語音的方式進(jìn)行提示。

（1）電梯當(dāng)中的指令按鍵。利用電梯中的指令按鍵能對系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的層站呼梯指令和轎廂內(nèi)部的指令信號，整個鍵盤以4×5的矩形形狀分布。電路主要使用單片機(jī)內(nèi)部的P0口高三位與P2.7控制鍵盤進(jìn)實(shí)施行掃描，而P0口低五位對列掃描進(jìn)行控制。這當(dāng)中，從SB1到SB5依次為1樓停到5樓停的上行召喚按鍵，從SB6到SB10依次為6樓停到2樓停的下行召喚按鍵，從SB11到SB16依次為1樓轎廂內(nèi)部到6樓轎廂內(nèi)部的按鍵，而SB17與SB18依次為轎廂內(nèi)部開門與關(guān)門的按鍵，S19與S20屬于備用的按鍵。

（2）IC卡相關(guān)的管理模塊。此模塊使用型號為AT24C04的接觸式IC卡，串行的時鐘對引腳SCL（serial communication loop，串行通信回路）接單片機(jī)P1.7進(jìn)行控制，串行的信息數(shù)據(jù)對引腳SDA（synchronous Data Adapter，同步數(shù)據(jù)銜接器）接單片機(jī)P1.6進(jìn)行控制。單片機(jī)先是借助于讀卡器在IC卡的內(nèi)部輸入要到達(dá)的對應(yīng)樓層，例如，“5”，在此IC卡重新插到讀卡器當(dāng)中后，單片機(jī)就會讀取到“5”，接著電梯就會向五樓移動，以此達(dá)到了此指令動作的模擬效果，實(shí)現(xiàn)對電梯的IC卡管理加以模擬的目的。串行數(shù)據(jù)的輸入與輸出端口SDA和單片機(jī)P1.6相連接，串行時鐘的輸入端口SCL與單片機(jī)P1.7相連接，管腳當(dāng)中的相關(guān)地址A2A1A0均與地相連接，數(shù)據(jù)當(dāng)中的寫保護(hù)端WP（Word Processor，數(shù)字處理器）處于懸空的狀態(tài)，以此讓芯片當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容可以被讀寫。

（3）電梯當(dāng)前狀態(tài)顯示模塊。此模塊是用于顯示電梯當(dāng)前所處樓層及當(dāng)前運(yùn)行的具體方向。利用DS1到DS2當(dāng)中存在的六根數(shù)碼管模擬廳站，顯示出電梯當(dāng)前具體在哪個樓層，同時立刻將與該樓層想對應(yīng)的二極數(shù)碼管點(diǎn)亮，在這些發(fā)光二極管當(dāng)中，D1到 D6以此為第一個樓層到第六個樓層；在D7到D11在點(diǎn)亮的時候表示廳站中顯示的是電梯的上升狀態(tài)；在D12到D16點(diǎn)亮的時候表示廳站中顯示的是電梯的下降狀態(tài)，以此利用發(fā)光二極管達(dá)到顯示電梯當(dāng)前運(yùn)行方向的目的。利用并聯(lián)的方式用兩片串輸入并行輸出移位寄存器74HC164對并行的輸出口進(jìn)行擴(kuò)展，使單片機(jī)當(dāng)中的I/O資源得到節(jié)省，讓開發(fā)工作能夠有足夠的擴(kuò)展空間。兩片型號為74HC164的移位輸入端A和B與單片機(jī)的P2.0端口相連接，移位時鐘端與單片機(jī)的P2.1端口相連接，將主復(fù)位端的MR與高電平相連接。前一片型號為74HC164的輸出端Q0到Q7依次與8個三極管相連接，利用三極管使電流加大，以此借助于足夠大的功率驅(qū)動DS1到DS2之間存在的6個數(shù)碼管。將后一片型號為74HC164的Q0到Q6與光二極管D1到D6相連接。單片機(jī)P2.3借助于三極對D7到D11之間的發(fā)光二極管進(jìn)行控制，P2.4利用三極管對D12到D16之間的發(fā)光二極管進(jìn)行控制。

（4）具有語音提示功能的模塊。語音提示的相關(guān)模塊使用的是上海某公司生產(chǎn)的型號為BMP5008-2M的多段式語音錄放板。使用I/O播放相應(yīng)的語音信息，可選擇播放 1到6段的錄音內(nèi)容，在這其中，P00到P05依次為第一段錄音到第六段錄音，該處管腳的P00到P02依次與P1.0到P1.2相連接，各自選出3段錄音，以此使電梯的語音提示模塊對歡迎乘坐本電梯、電梯已到站以及歡迎您下次乘坐本電梯的進(jìn)行語音提示。管腳當(dāng)中的SP-與SP+與功率為0.5 W的播放喇叭相連接。

（5）串行通信模塊。此系統(tǒng)當(dāng)中借助于RS232的串口將單片機(jī)和上位計(jì)算機(jī)連接在一起，下位機(jī)為上位機(jī)提供傳呼梯的相應(yīng)信號，上位機(jī)在處理相應(yīng)的呼梯信號之后，將電梯模擬運(yùn)行的相關(guān)信息傳送到單片機(jī)系統(tǒng)中。對應(yīng)的串口只使用3根線，將第5個端口設(shè)置為公共端口，并與系統(tǒng)地相連接，第2個端口與第3個端口則各自與接收和發(fā)送的端口相連接。此電路實(shí)現(xiàn)了TTL（Transistor-Transistor-Logic，晶體管邏輯電路）電平和RS232電平之間的相互轉(zhuǎn)換。DB9制式的相應(yīng)接口借助于交叉式的串口線與機(jī)上相連接，以此達(dá)到硬件串行通信的目的。此外，具有輔助功能的模塊大致分為時鐘模塊與液晶顯示模塊。DS1302使系統(tǒng)及時取得了相應(yīng)的時間參數(shù)，型號為OCMJ4X8C的大型液晶顯示屏能夠清晰的顯示出系統(tǒng)的具體名稱，以及系統(tǒng)當(dāng)前的時間等相關(guān)信息。

3 結(jié)語

綜上所述，基于單片機(jī)的電梯模擬控制系統(tǒng)不僅使電梯運(yùn)行的基本規(guī)律更加直觀具體的反映出來，在很大程度上提升了工作的效率，還可以把先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與電梯技術(shù)的相關(guān)教學(xué)與研究充分的結(jié)合在一起，為其提供良好的技術(shù)條件。此系統(tǒng)早已在當(dāng)下的電梯控制技術(shù)教學(xué)當(dāng)中發(fā)揮出很好的作用。與此同時，此系統(tǒng)也為電梯控制系統(tǒng)在開發(fā)方面提供了的極具關(guān)鍵性的技術(shù)支持。