本科毕业设计（基于单片机的电梯控制模拟系统设计） -(2)

江苏理工学院毕业设计（论文）

前言

1853年的纽约世界博览会，奥的斯向世人展示了其发明的安全升降梯，自此电梯开始在人类社会中得以广泛的运用并深刻影响着人们的生活。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。随着十一届三中全会后改革开放拉开序幕，我国电梯业进入了高速发展的时期。几乎每个城市，我们都可以看到电梯被广泛运用在各行各业。在酒店、办公大厦、购物商场、娱乐场所、仓库以及居民楼都有电梯在默默的辛苦工作。在现代社会中，电梯已成为我们生活不可缺少的一部分[1]。

电梯经过一百六十多年的发展和进步，安全已不再是电梯发展的唯一趋势。目前电梯的发展趋势主要有绿色化、节能化、智能化。绿色理念体现在电梯产品的材料环保性运行的科学性，电梯零部件可回收的利用，从而对环境无污染。节能性主要是控制电梯的能耗，减少电梯系统的惯性和摩擦阻力，合理运用对重和平衡重，而在电梯的运行模式中更注重智能化交通模式，比如如何使电梯运送最大化量的乘客，如何停靠的楼层最少等。智能化是使电梯加入到大厦智能化运行当中，使电梯提供更优质的服务质量，适应不同时间段大厦内部电梯需求的变化。

随着我国人口老龄化的发展，一些建造比较早的小区建筑以及在建的低于七层的建筑对于电梯的需求日益增加，这样的楼层需要简单便宜的电梯控制，可以大面积的推广。而对于目前电梯控制系统，多数是继电器控制或PLC控制，成本较高。基于此本次电梯模拟控制以单片机为核心，结合外围的硬件电路，通过C语言编程控制电梯运行。对于目前低层建筑对电梯的需求而言，单片机系统成本较低、通用灵活、便于控制，能够得以广泛实际的运用。

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第1章 方案设计

1.1 设计要求

（1）设置电梯的内部和外部按键，电梯内有一到六层的楼层选择按键，每层楼电梯外都有相应的上下行选择按键。电梯的上下方向按用户的需求顺序进行。如果各楼层同时呼叫，则坚持先上行，后下行的原则。

（2）电梯当前所处楼层由数码管显示，电梯的上升和下降时点亮相应的发光二极管以表示。

（3）当长时间无人呼叫电梯时，电梯应停在第一层。当电梯到达呼叫楼层开门时，蜂鸣器鸣叫以提醒。电梯内设有紧急故障报警按键。

（4）电梯实际的上升和下降通过步进电进的正反转模拟。

1.2 方案的比较和论证

1.2.1 控制核心选择

方案一：FPGA。方案二：单片机。

本次系统的控制核心主要在FPGA和单片机中选择。FPGA运行速度快，处理能力强，可以实现很多拓展功能，但硬件复杂，成本较高。单片机设计较简单，C语言编程移植性强，通用灵活，但运行速度相对而言较慢。最终从电梯系统的成本和功能角度考虑，本次设计选择方案二，单片机作为核心控制器即可满足系统的需要。 1.2.2 键盘选择

方案一：矩阵键盘。方案二：独立式按键。

由于系统要求电梯内外都需要按键实现客人达到不同楼层的需要，所需的按键数量较多，虽然独立式按键比较简单，但会占用大量的I/O口。而使用矩阵键盘，可以通过8个I/O控制16个按键，节省I/O口，因此考虑到节省端口的效果，本次设计选择矩阵键盘。

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1.2.3电动机选择

方案一：三相异步电动机。方案二：四相六线制步进电机。

本次系统使用电机正反转模拟电梯上下行，步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，适合通过单片机控制。从成本控制和实际效果考虑选择方案二满足要求。

1.3 系统结构框图

基于单片机的电梯控制系统如图1-1所示，其中主要包括单片机模块、电梯内外按键模块、电梯状态指示灯模块、楼层显示模块、电机驱动控制模块、报警模块。单片机模块主控芯片为AT89S52，其为系统的核心模块[2-3]，控制系统的输入输出及数据的分析处理；电梯内外按键是指电梯内有一到六层的楼层选择按键，每层楼外都有相应的上下行选择按键，满足不同的需求；电梯状态指示模块通过发光二极管显示当前电梯运行状态，每个内外按键配一只发光二极管，作为指示灯，两只发光二极管作为电梯上升和下降的指示灯，另一只发光二极管作为电梯门的状态指示灯，蜂鸣器在电梯开门时鸣响以提醒。楼层显示就是通过数码管显示电梯当前所处的楼层。电机驱动模块是接收单片机的脉冲信号来控制步进电机的正反转，模拟电梯的上下行。报警模块使用独立式按键，在紧急情况下实现电梯一键停止运行，同时蜂鸣器鸣响。

电梯内外按键模块 控制核心 楼层显示模块 报警模块 电机驱动控制模块

图1-1 基于单片机的电梯控制模拟系统设计框图

电梯状态指示模块

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第2章 硬件电路设计与实现

2.1 单片机控制模块

2.1.1主控芯片

本次电子系统设计采用AT89S52作为主控芯片。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器[4]，具有8K系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。AT89S52芯片引脚图如图2-1所示。

图2-1 AT89S52芯片引脚图

AT89S52有1000次擦写周期，三级加密程序存储器，32个可编程I/O口线，三个16位定时器/计数器，8个中断源，全双工UART串行通道，低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒，有看门狗定时器。

单片机中Vcc（40脚）、GND(20脚）为单片机的电源引脚，AT89S52接入+5V电压即可正常工作。XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）[5,6]为外接时钟引脚，XTAL1为片内振荡电路的输入端，XTAL2

为片内振荡电路的输出端。RST(9脚）为单片机的复位引脚。

EA/Vpp（31脚），当EA接高电平时，单片机读取内部程序存储器[3]；当EA接低电平时，单片机直接读取外部（ROM)。

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2.1.2时钟电路设计

时钟电路主要由一个12MHz的晶振和两个22pF电容组成，如图2-2所示，时钟电路一端和单片机的18端口和19端口连接，另一端接地。这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为外部时钟方式。

图2-2 时钟电路

2.1.3复位电路设计

单片机的第9管脚是复位端，当向RST端输入一个短暂的高电平单片机就会复位(维持在2个机器周期以上)，复位后单片机就从头开始执行程序。如果单片机执行程序的过程中触发复位，则单片机立即放弃当前操作而被强行从头开始执行程序。AT89S52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路如图2-3所示，当时钟频率选用12MHz时，C1取10uF，R1取1KΩ，R2取10KΩ,电容C1充放电时间τ=R1*C1=0.1s>2us（2个机器周期）。

[7]

图2-3 复位电路

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