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1、基于单片机电梯控制系统的设计与实现目录蓦于单片机电机控制系觥的设计引Ir1 .研究的量双1.1 选题的意义1.2 电梯发展历程31.3 研究现状32 .系跳总体设计2.1 设计分析2.2 系统I：作原理3 .主要硬件设计3.1 电源模块53.2 主控模块63.3 控锭模块73.4 显示模块73.5 电机模块83.6 语音模块93.7 红外传感器模块91.1 程序设计1.2 系统程序流程图125 .安装与试125.1 安装步9S125.2 理试136 .总结与展彳146.1 总结146.2 展望14摘要:为了解决传统赴梯成本高，功能匮乏，丝构复杂，维修困难，安全性较差等块点。本文设计了以STC8
2、9C52单片机为核心的电梯控制系统，P1.1*8按键电路可以拘描电梯按段是否被按下，按键投下后会产生也信号，单片机就可以检测到是哪个馍被按下，从而执行对应的按馍子程序。然后驱动电机运转实现电梯上下行，并且配有楼层显示功能和指示功能，同叶电林控制系统也具有语专提示功能和历央功能。经过多次迷脸和测试.本系统功能良好，结构完备,性价比高，使用前单。关键词：单片机：业种：控制系统引言在2000年前后，中国的高楼大厦开始如芝麻开花一般，节节高升，伴随着高楼一起出现的还有电梯.电梯可以帮助人们快速上楼，人们不用再一层一层的爬楼梯，在高楼大境主要是采用竖直运行的电梯，在商场超市一般采用的是斜若运行的扶梯。高
3、楼大厦已经成为城市发展的主要标志U1.电梯对于高楼大厦来说是不可或缺的，正是因为有了它，人们才可以盖几十层的高楼，而不用担心住户爬楼梯的问题，中国的钢铁森林才能迅猛发展。经过多年的发展,电梯改进了很多，有竖直运行的，也有斜若运行的，也蝌加了很多功能，比如远程监控、集群控制、人机交互等等，电梯自动控制系统对于电梯的稳定运行起着重要的作用。到了现在，电梯不再只要求快速到达指定楼层，节约时间。还有远程监控功能，电梯在出现故障时，系统检测到之后可以通知相关人员，以便尽快揖除故障，解救被困人电梯的出现给了人们极大的方便，我相信随着科学技术的发展，电梯在未来会变得越来越智能。1 .研究的意义及现状1.1
4、选题的意义新中国成立以来，全国上卜勘力同心，努力赶超着别的国家，不论是在经济还是在科技上，都在蓬勃发展，万丈高楼平地而起，电梯成为每一座高楼的标配.电梯在安全方面也出过不少事故，因此未来的电梯将会向更加智能，安全，舒适环保的方向发展，将会有一个很大的市场前景.在上世纪八九十年代安装的的电梯主要是维电器控制系统，存在着体枳大和接线复杂、噪音大等缺点。现在大部分电梯都枭用P1.C控制方式，它可以很好的解决维电器控制系统所带来的问题，有很多继电器没有的优势。但是随之而来的其它问题也比较突出，首先其成本相对较高，程序编写比较更杂，出现故障时必须要专业技术人员来操作维修，比较麻烦，全力测地电路不够精确通
5、信方面也有很多不足等问题。对于上述存在的问题,决定使用单片机作为主控模块，单片机具有价格低廉、体积较小、运算速率快等优点网。并且采用模块化结构设计，结构简单，程序编写相对容易，运免和处理功能相对强大，外部接口多，易扩展，通用性强，灵活性大，可以实现更多其杂的功能，从而可以更好的满足人们的各种需求。1.2 电梯发展历程早在千年以前,我国就造出了简单的卷扬机,它是由木头做成的支架、卷筒、曲柄还有绳索构成的，后来在古希腊，阿基米谯造出了卷筒式卷扬机,不同的是，它是由人力驱动的。这些都是电梯发展的雏形。国内第一次见到电梯是在二十世纪初，虽然第台电梯是由外国人安装的，但这也是我国电梯事业的个标志。在过了
6、半个世纪之后，人民也终于用上了自己生产的电梯。为了响应党中央的号召，天津从庆生电机厂经过四个月的艰苦奋斗，终于完成了任务。在改革开放之后，我国的各行各业都蓬勃发展，电梯行业当然也迎来了春天，国内的所有大城市，无处不见电梯的身影。那个时候电梯技术普遍采用维电器群的控制方式，虽然控制方式简单，但是采用这种控制方式要:控制的继电器数属太多，造成制造成本的增加。因此后来就出现了P1.C的控制系统，P1.C控制系统更加安全可靠，其各方面的性能相比继电器控制方式来说大大提离心但是P1.a也有一些缺陷，比如程序编写比较发杂，对技术人员要求高，通信方面也有一些不足，使其应用受到了一定的同限.因此近年来基于单片
7、机微控制器应用更加广泛，其强大的运算和处理能力受到了人们的喜爱，同时单片机外部接口多，易于扩展和二次开发，可以实现更多的功能，满足人们的不同需求，给人们的生活带来r便利。13研究现状目前，电梯将向更加智能化，网络化，简易化，绿色化方面发展.电梯控制技术也在不断发展，新事物必将取代旧事物，传统的控制方式已经不能适应时代的发展，后来出现了P1.C控制方式，再到现在的集成电路控制方式。半导体技术的迅猛发展，招逻辑控制板和变频器集成在一起成为主流技术。这种技术将电梯的输入和输出信号集成在起、极大的她少了接触错的个数，通讯方式则采用串行通讯，这种方式，节约了很大的成本，并且系统稔定可靠。通过招自动平层救
8、援为体，技术更加先进,功能更为强大。如果电梯为故障发生,系统检测到之后并判断故障的程度，同时电梯还会臼动给维修人员发信息，通知其来维修并解救受困人员。我相信以后生产的电梯经过不断优化，一定能造出低能耗、无污染的环保型电梯。2 .系统总体设计2.1 设计分析本文设计了一种以52单片机为主控芯片的电梯控制系统，电梯各模块如图1所东。电源模块采用USB线给各个模块进行供电,1*8按键电路模块输入用户请求信号，不断的扫描按键，判断是否有按键按下，一旦发现有按键按下就会将信号传递给单片机，单.片机执行相应的程序，首先控制四相五线步进电机运行，用电机的正转和反转来模拟电梯的上下行。同时配有当前楼层显示功能
9、和上下行图1系统框图2.2 系统工作原理系统由软件和硬件组成。编程语言为C语言，硬件部分主要有按键、数码管、单片机、1.ED灯等器件.电梯控制系统为8层电梯，电梯的初始状态默认电梯处于第一层，八个按键代表八个楼层的按钮。定时器初始化后，首先单片机判断红外传感器有没石信号传过来，有信号则启动防央功能，电梯停止工作，指示灯亮，蜂鸣器报警，没有信号传过则调用键盘扫描子程序对按键进行扫描，若按犍标识为0,则电梯不运行,若有按键按下，通过键盘扫描了程序就会向单片机传就是哪一楼层按下了，然后点亮相应按键的指示灯，同时也要将当前楼层送给共阴极数码管显示当前的楼层数。单片机调用电梯处理程序判断电梯向上运行还是
10、向下运行，如果单片机判断电梯向上运行则电机正转点亮向上的1.ED箭头,反之,则点亮向下的1.ED箭头。到达相应楼以控制电梯停止，关闭相应的发光二极管。调用电机子程序驱动4相5线步进电机正转或反转，还有语音模块和红外传感罂模块，语音模块采用WT588D-20SS芯片，通过控制PWM的输出方式，驱动扬声器工作。电梯处理函数调用语音子程序来进行语音播报，用来提示乘客目标楼层到了。传感港模块采用5MM红外对管来进行检测，一旦发现有物体，无论电梯处于什么状态都会停止运行，检测不到物体时电梯就会恢耳运行状态，以此来保证乘客的安全，起到了防夹的作用。3 .主要模块及硬件设计3.1 电源模块电源是任何一个系统
11、必不可少的部分.在本设计中我们采用5V的直流电源为单片机，数码管，1.ED灯，电机，蜂鸣器，扬声器，红外传感器等各个元器件进行供电，输出电流为1A。经过验证，电源可以满足单片机、数码管、1.ED灯、电机、蜂呜器、扬声器、红外传感器的工作需求.电源模块的电路图如图2所示。图2电源模块电跖图3.2 主控模块本系统是以STC89C52堂片机为主控芯片，能完成多种功能。单片机自身拥有丰南的接口，这些接口可以简化程序开发潦程，提高电梯控制系统的开发效率151.o主控模块主要就是单片机再外加些电路,比如宓位电路、晶振电路等。单片机主要用来处理按键电路和传感器电路发送过来的信号，然后控制各个模块相互配含，协
12、调工作，从而实现八层电梯的模拟系统。本文采用的是12M的晶振，采用I2M晶振的目的是使系统运行一条单指令的语句时间为1微秒，便于计算时间。当程序执行出现错误时，就要用到豆位电路1.复位电路可以让系统从初始状态运行，便丁排除错误“该模块能够使各项功能更快、更完善的实现，符合本设计的要求。主控模块电路图如图3所示。R4=P1.OVCCP1.1.0.0P1.2PO.IP1.3F0.2P1.4PO.3P1.5P0.4P!.6PO.5P1.7P0.6RSTPO.7(RXD)P3QETUVPP(TXD)P3.1A1.HrfR1111OHTn)P3.2IJSTH(ITm)P3.3127(TO)P3.4P2.
13、6Cn)P3.5125CWR)P3.6P2.4CRT)P3.7re.3XTI2P2.2XTA1.1.P2.IGNDP2.0-37366557S11-111213!434-TT三30-2S-Tr1516祟24181935-23-ZF21UU13图3主控模块电路图33按便模块本系统为8层楼的电梯，所以一共设置了8个楼层按键，每层的按描分别与单片机的P3.OP3.7口相连，直接检测P3.OP3.7口的电平就可以知道按键的状态。如果有人按下按键时，那么我引脚就会检测到低电平，进而判断出呼叫楼层网。因为有八个发光二极管，所以由P1.OP1.7来控制，当单片机检测到按键电平变化时，便开始判断是哪一层楼的电
14、梯按键按下，从而去执行相应的程序。图4按设模块电路图3.4 显示模块数码管和1.ED指示灯是显示模块的主要涔件。本设计中的数码管为八段共阴极一位数码管，另外八个控制端与单片机的PO口相连。程序运行后可自动将显示段码写入I/O口，数码管就能保持相应的显示字符。数码管通过在18这几个数字之间变换来完成显示到达楼房的功能-用发光箭头指示电梯的运行方向，由单片机的P2.O-P22口来控制，当电梯上行时，将P2.I和P2.2两个置。来控制点亮向上的箭头，当电梯下行时，将P21.和P2.0两个置0来控制点亮向卜的的头。该模块使用简雎，操作方便，价格实患，能清晰显示数字和指示方向。能很好达到本设计的要求。显
15、示模块电路图如图5所示。（八）数码管电路图(b)指示灯电路图图S显示模块电路图35电机模块4相5线步进电机是电机模块的主要组成部分，电机需要使用驱动芯片才能运转，并且供电需要采用直流供电方式。步进电机不需要数模转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移网驱动芯片就会驱动电机按设定的方向转动一个固定的角度，转动的速度和脉冲的频率成正比，改变脉冲的顺序可以方便的改变转动的方向。聊动芯片型号为U1.N2003,工作电压为5V,输出功率较高。能同时不动多个负载，也可以直接驱动电机等负载“同时用它来作为联动时，具有电平反向的功能，非常适合本设计的需求。本系统是用单片机的P2.3、P2.4、P2.5和P2
16、.7四个端口与驱动芯片的控制端相连，给驱动芯片发送控制信息，控制电机的运行状态，可以很好地模拟电梯上下行运作的情景。图6电机模块电跖图3.6 语音模块语音模块采用WT588D语音芯片来控制扬声错进行语音播报，并且具有可以重复擦写，音质好等优点,本系统的语音芯片型号为WT588D-20SS,语音芯片的PO1.、PO2、P03与单片机的P3.5、P3.6、P3.7三个口相连，单片机通过这三个I/O口给语音芯片发送信息来控制语音芯片工作.语音芯片可以输出PWM.直接与扬声器相连，PWM输出可直接出动扬声器正常工作。此芯片功能强大,操作简单，在本设计中承担着用来完成到达楼层后的语音提示功能“叫适合本设
17、计的需求。电路图如卜.图所示。VCC图7语苦模块电跖图3.7 红外传感卷模块传感器模块主要器件为5mm红外对管,还有个发光二极管用来做指示灯。电流的大小可以影响功率。在本系统中红外时管用来检测外界物体，与单片机的P04口相连,一旦检测到物体就会传递信号给单片机,单片机控制系统停止运作,同时发光二极管亮，蜂鸣器报警，物体消失后，电梯又会恢旦运作状态，防止发生意外事故，起到了防夹的作用。红外对管发射距离远，接收可抗太阳光干扰,可以提供技术支持以及电路支持等优点，适合本设计的需求。红外传标器模块电路图如图8所示。图8传感器模块电路图4 .系统软件设计4.1 程序设计本设计的程序编程使用的软件为Kei
18、14,编写程序用的是C语言，完成电梯的相关功能。软件的设计主要是设计实现各个功能的子函数。在主程序中首先要进行初始化操作，还要调用各个部分的子程序。比如定时港初始化子程序、按键扫描函数、电梯处理函数等。程序运行时首先调用初始化子程序对定时器和中断标志位进行设宜，紧接着要判断红外传感器是否有信号传来，即定义一个变量hw,判断它是否为零，如果为零就代表红外传感器没有检测到物体，即电梯可以正常工作。电梯开始停在一层，首先调用键盘扫描子程序key来检测是否有按键按下，利用ImS的延时来消除按键抖动，如果有按铤按下就会判断是哪个按键按下，并得到按键值，没键按下则维续扫描。同时用key*i1.h函数来点亮
19、按下按键的发光二极管。单片机将当前所处的楼层数发送给数码管进行显示，利用定时器中断了程序来设定一个定时处理，即每隔100mS转入电梯处理函数进行处理，此时就是有按键按下，电梯开始运行，要判断电梯是向上走还是向下走，同时点亮相应的1.ED箭头，到达目标楼以时要关闭目标楼展的发光二极管，清零电梯的标志位，控制电机停止运转，同时进行相应楼层的语音播报，例如“X楼到了”。在电梯运行过程中,按键扫描程序还是在不断的扫描的，不断的进行判断.电梯向上运行的时候还要继续判断是否还要继续向上，此时，只需要检测该楼层以上是否有按键按下就可以了。如果该楼层以上没有按键按下则转为判断下边楼层按键的情况,如果该楼层的下
20、边楼层有按键按下，则电梯转而向下运行，电梯向下运行的时候也是同理。如果上下均无请求，则停留在该层继续循环查询等待请求。定义两个无符号字符型的变量f1.agstart和f1.agZ来控制电机，当f1.ag_Start等于1时代表电机开始运转,否则电机不工作.f1.agz_f等于。时表示电机正转，电梯向上运行，反之，电梯向下运行。如果变量h*不等于零，即红外传感器检测到有物体则电梯不工作，蜂呜罂报警，指示灯亮。个系统没有写入程序的话就只是一堆破铜烂铁，程序是系统的血与魂，所以耍对程序的设计多花心思。程序设计完成后，可以实现各个控制命令，对整体系统的功能要求进行满足w。4.2 系统程序流程图图9系统
21、流程图5 .安装与调试5.1 安装步充(I)首先要检查元件的好坏。按电路图买好元件后，使用万用表检查元器件是否完好，确保不会有坏的元器件致使电路板烧毁。(2)焊接元器件。严格按照原理图来焊接各元冷件，更杂的和容易损坏的元器件般后焊。焊接的时候要注意电烙铁的温度，电烙铁过热，焊锡过多都会对焊接有影响。(3)电路连接好后开始编写程序，用C语言进行编写，在Kei1.4软件里面编写并且编洋，最后生成HeX文件。5.2 辑试硬件组装好，程序编写好之后就要进行调试了，采用PZISPV24软件来卜载程序，步骤如下：（I）将开发板通过USb线与电脑连接，打开PZ-ISPv2.4下载软件。（2）将芯片类型设置为
22、STC89CxxSeries,并连接相应的串口号，波特率设置为115200。（3）选择文件路径，找到编译生成的.hex文件，然后点击程序下载。（4）程序下载完成之后，打开电源开关，检查板子的各项功能。电梯开始停在楼,按下楼层后，电机开始运转，电梯的显示和指示功能也可以正常运作，到达相应楼层有语音提示，将手放到传感器模块时，电梯停止运作，相应的指示灯亮，蜂鸣胧报警.将手拿开之后，电梯乂恢纪正常运作状态。在锲而不舍的调试，努力送验下，实验结果基本符合设计的预设效果.（5）误差是不能避免的，我们只能尽量减少误差，确保设计尽可.能的正确，可以实现预期的功能，为此我们需要定期的进行检查与维护，使得每一个
23、功能模块都能实现各自的基本功能（6）本设计由下条件因素，只做成了一个电梯控制系统,但做成的电梯模拟系统已能按乘客的要求，将乘客送到要去的目的层,就像真正的电梯一样。此设计的实哙模拟状况，以下面实物图进行展示出来：图10实物图6 .总结与展望6.1 总结本文是基于STC89C52单片机电梯控制系统的设计，在电梯控制系统中采用单片机控制技术能够提高电梯运行效率以及运行安全性口儿采用模块化设计思路，耨系统分为七个模块，包括电源模块，主控模块，按健模块，显示模块，电机模块，语音模块以及传感器模块，有效的模拟了电梯上下行的运作状态。同时考虑到安全是电梯的IR要因素，所以本系统加入了防夹功能，保证乘客的安
24、全。乂考虑到方便是电梯的主要因素，所以系统加入了语音提示功能，可以为老人，儿童甚至是残疾人带来了便利。利用单片机作为主控芯片，有效的解决了以往的控制器结构更杂，成本高，功能匮乏等问题，更加的使槌化和智能化。本文首先对系统进行了设计分析，给出了系统框图，然后对电梯控制系统的各个模块进行硬件电路设计以及相应的软件设计，最后进行安装和调试，测试结构表明单片机的电梯控制系统功能良好.6.2 展望科技是不断向前发展的，以单片机为控制系统的电梯将会应用到世界的每一个角落，更加的智能化，安全系数也会更高，可以有效地提高人们的生活节奏,给人们带来便拢和安心，能成为长江后浪推前浪的存在。也希望可以不断努力，造出更多具有安全系数高，成本低，结构简单，功能多样等优点的电梯。当然木设计也有一些不足，比如本系统只是针对内呼叫请求设计的电梯系统，没有考虑外呼叫请求等更复杂的情况，有待进一步改进和完善。不过任何产品都是在一步步的进步和优化中才能变得更好，我们的生活才能变得越来越方便快捷
