基于單片機的電梯運行自動控制實現(xiàn)分析

劉傳軍

摘 ? ?要：電梯作為樓宇垂直運輸工具，在樓房建筑中占據(jù)相當重要的地位。隨著超高層建筑的增多，對電梯的安全性、低能耗、舒適性以及快捷性有了更高的要求。本文以單片機自動電梯作研究對象，詳細的介紹了單片機電梯自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。本文所涉及的單片機電梯系統(tǒng)設(shè)計采用方人工智能技術(shù)，對以往的電梯自控系統(tǒng)進行了一定的優(yōu)化升級，旨在能夠有效提升電梯控制水平，改善電梯運行舒適度。

關(guān)鍵詞：單片機電梯 自動控制系統(tǒng) 設(shè)計 實現(xiàn)

1 ?前言

隨著高層和超高層建筑增多，為了能夠滿足人們提倡生活和工作，樓宇垂直運輸?shù)母咝?、安全性和舒適性等有待提升。因此，樓房建筑的電系統(tǒng)自控系統(tǒng)非常重要。基于單片機電梯自控系統(tǒng)的的設(shè)計與實現(xiàn)，其中最為關(guān)鍵技術(shù)就是單片機的應(yīng)用。單片機電梯自控系統(tǒng)的優(yōu)點就在于其適應(yīng)性非常強，可以嵌入到各種儀器設(shè)備中，可以徹底的改變電梯操作工的工作模式，極大的提升電梯工作效率。

2 ?系統(tǒng)框架與功能設(shè)計

2.1 ? 系統(tǒng)的框架設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計所采用的是AT89S53單片機作為核心，電自控系統(tǒng)的基本框架：在電梯井的頂部設(shè)置拽動機帶來帶動電梯轎廂的上下運行，電梯的自控系統(tǒng)通過RS485接收各門廳的控制召喚信號，從自動控制轎廂運行。本系統(tǒng)框架的核心內(nèi)容：主控制器、轎廂控制器、曳引裝置以及門廳控制器。主控制器就是電梯控制器，在單片機電梯自控系統(tǒng)的主要部分，與電梯井頂端的電梯曳引裝置共同負責(zé)電梯的運行控制，是電梯自控系統(tǒng)的核心。轎廂控制器是電梯系統(tǒng)的運載裝置，通過轎廂中的樓層指示鍵盤、顯示屏將乘客與電梯建立聯(lián)系。曳引裝置通過鋼絲來牽引電梯的上線運行。門廳控制器是每個樓層的電梯召喚裝置，發(fā)出每層電梯的呼叫信號，顯示當前運行狀態(tài)。

2.2 ?系統(tǒng)功能

可以識別出樓層的高度、各樓層的高度位置，立即響應(yīng)各個樓層的信號召喚;電梯運行穩(wěn)定、噪音小、定位準，運行過程中有指示燈提醒，電梯的上下運行狀態(tài)，并且可實時顯示電梯所在的樓層位置;平層時開門或者關(guān)門到電梯繼續(xù)運行時間不超過5s，平層結(jié)束會各處指示信號，平層誤差在10mm之內(nèi);及時接受各樓層的召喚信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的算法選擇最佳運行方案，可以大大提升電梯的運行效率;單向響應(yīng)功能，即電梯上升過程中只響應(yīng)上行呼叫，電梯下降過程中只響應(yīng)下行呼叫，任何逆向呼叫均無效。

3 ?硬件部分的設(shè)計

3.1 ? 樓層顯示模塊

單片機電梯自動控制系統(tǒng)會根據(jù)電梯轎廂運行的樓層位置自動顯示樓層編號，所采用的是數(shù)碼管顯示技術(shù)。在每一層樓層中和轎廂內(nèi)分別甚至數(shù)碼顯示管在電梯內(nèi)等待出電梯的乘客可清楚的知道電梯運行位置和即將到達的樓層位置。實現(xiàn)方式是通過一根數(shù)碼管，與若干根數(shù)據(jù)相連，當電梯達到時會顯示當前樓層編碼。

3.2 ?電梯按鍵模塊

單片機電梯的按鍵較多，為了能夠滿足單片機I/O接口的數(shù)量，所以在大型建筑物的電梯中可以選用行列式鍵盤矩陣。例如文章中的單片機電梯實例所采用的是4鍵盤矩陣，4個按鍵從上到下依次豎向排列，P2.0-P2.3是接單片機的P2端口，按鍵識別方法采用的是行列掃描法來進行判斷，根據(jù)設(shè)定的按鍵功能，通過單片機在實現(xiàn)對電梯的控制。

3.3 ?門廳指示模塊

門廳指示功能通以AT89S52單片機為核心，實現(xiàn)了電梯上行和下行召喚信號的輸入和存儲，門廳外設(shè)置液晶顯示屏，用來指示電梯的運行方向、電梯轎廂當前所處的樓層位置以及電梯門的打開與關(guān)閉狀態(tài)。實現(xiàn)方式，采用RS-485總線接入的通信方式來實現(xiàn)。

3.4 ?語音提示模塊

本系統(tǒng)中所采用的是智能模擬人聲發(fā)音來提示電梯轎廂即將到達的樓層、已經(jīng)達到的樓層、電梯運行方向等，另外當出現(xiàn)緊急制動時會發(fā)出報警信號。電梯的語音提示模塊設(shè)計非常簡單，只需設(shè)置軟件驅(qū)動與硬件電路即可實現(xiàn)電梯的語音提示功能，基本上能夠滿足電梯運行自控系統(tǒng)對語音提示的要求。實現(xiàn)場景：當電梯到達樓層時，會有語音提示，同時電梯門會打開，綠燈亮起;3s之后再次語音提示，同時電梯門關(guān)閉，紅燈亮起。

3.5 ?升降指示燈模塊

當電梯上升時，指示燈依次從低層到高層亮燈，直到到達信號呼叫的最高層。當電梯下降時，指示燈燈依次從高層到低層亮燈，直到到達所選樓層。

4 ?自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計實現(xiàn)

軟件系統(tǒng)程序主要實現(xiàn)功能，電梯控制器能夠接收到包括外部信號在內(nèi)的鎖梯信號、消防信號、滿載信號、超時信號、超重信號、關(guān)門到位信號、直達信號等。電梯控制器可以直接控制電梯系統(tǒng)的液晶顯示屏所顯示的電梯運行狀態(tài)，能夠直接控制電梯逆變電路來間接的控制電梯電動機進行調(diào)頻、調(diào)壓以及控制電梯運行速度等。最后，控制電梯完成上下行的加速與減速，上下行再平層、檢修上行、檢修下行以及?？窟\行等過程。軟件采用的是分層次模塊化的設(shè)計，在統(tǒng)一的系統(tǒng)控制下，由若干子系統(tǒng)組成，以便實現(xiàn)多功能、智能化的操作。根據(jù)現(xiàn)實的要求，單片機電梯的自動化控制系統(tǒng)的軟件主程序程序應(yīng)該滿足以下要求：（1）系統(tǒng)初始化時，數(shù)碼顯示管顯示為“1”，此時電梯處于一樓，電梯處于等待狀態(tài);（2）電梯控制器讀取端口的狀態(tài)信息，根據(jù)這些信息來分別調(diào)用子系統(tǒng)功能。如果存在呼叫信號或者選梯信號時，控制器可以調(diào)用啟用軟件程序，發(fā)送起啟動電機驅(qū)動信號脈沖。在發(fā)送啟動電機信號之前，要讀取到電梯關(guān)門到位的信號，當關(guān)門到位之后開始發(fā)送驅(qū)動脈沖信號，但是此時電梯轎廂并未開始運行，需要電梯控制器發(fā)送開抱關(guān)閘信號，當電梯系統(tǒng)接收到了抱閘信號時，電梯才可以根據(jù)請求運行。（3）主程序可以通過延時來對參數(shù)進行調(diào)整，使得電動機速度達到額度速度，同時控制器可以再次讀取端口狀態(tài)信息確定電梯是否達到平層換速點，往復(fù)巡檢，達到換速點之后減速，同時讀取平層狀態(tài)，發(fā)送抱閘信號。（4）在電梯的運行過程中，系統(tǒng)會不斷的掃描電梯鍵盤，判斷各個樓層的電梯呼叫請求。（5）實時顯示電梯的運行狀況（上行、下行、平層、停靠），開門時會自動延時給乘客預(yù)留進出時間。

5 ?系統(tǒng)測試

以四層樓建筑作為系統(tǒng)測試案例。電梯在接通電源之后，系統(tǒng)的各個模塊均能正常運行，電梯所有信號指示燈均正常工作。經(jīng)過測試，電梯在按照某一方向運行時，具有該方向上的優(yōu)先相應(yīng)。當電梯在一樓等待時，分別按下二樓和三樓的上下按鈕以及四樓的線下按鈕，呼叫順序可隨意調(diào)整。

由此可見，當電梯在向上運行時，會優(yōu)先相應(yīng)向上呼叫，注銷向下呼叫，當電梯向下運行時則相反。當同一方向運行時，如果多個同方向的呼叫，優(yōu)先響應(yīng)最近樓層的呼叫，在響應(yīng)較遠樓層的呼叫。

6 ?總結(jié)

本系統(tǒng)是基于AT89S52單片機的電梯運行自動控制系統(tǒng)，充分利用單片機的適應(yīng)性，整合電梯系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)電梯自動控制，包括呼叫請求、平層識別、自動平層、速度調(diào)試、轎廂命令以及指令顯示等功能。通過優(yōu)化設(shè)計，大大提升電梯的運行效率，徹底擺脫電梯操作工模式。

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