本科毕业设计（基于单片机的电梯控制模拟系统设计） -(4)

江苏理工学院毕业设计（论文）

2.5楼层显示模块设计

2.5.1当前楼层显示设计

楼层显示模块主要有CD4511、七段共阴极数码管、1kΩ电阻组成。其中CD4511是一片七段译码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流[12,13]，可直接驱动共阴LED数码管，满足本系统的要求。如图2-11所示为CD4511芯片管教引脚图。

图2-11 CD4511芯片管教引脚图

A0（7脚）、A1（1脚）、A2（2脚）、A3（6脚）为4511芯片的8421BCD码的输入端，VDD接电源正极，VSS接电源负极，Ya（13脚）、Yb（12脚）、Yc（11脚）、Yd（10脚）、Ye（9脚）、Yf（15脚）、Yg（14脚）为4511芯片的数据输出端，输出高电平有效。BI（4脚）是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT（3脚）是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入A0～A4状态如何，七段均发光显示8，主要用来检测数码管的好坏。

当前楼层显示模块原理图如图2-12所示，8255A的PC4到PC7脚和CD4511的A到D脚对应连接。CD4511的QA到QG脚接1kΩ电阻后与数码管的A到G脚对应连接。CD4511的LT（3脚）、BI（4脚）接电源，LE/STB(5脚）接地。

数码管的段驱动正常工作电流在3～10mA，本系统使用的数码管在其被点亮时压降为1.7V，外接电压为5V，则限流电阻的范围是330Ω～1.1KΩ，取1KΩ电阻满足本系统要求，数码管不会因电流过大而损坏。

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图2-12楼层显示数码管

2.5.2电梯运行状态指示灯设计

电梯的运行状态指示部分由绿色LED、红色LED、470Ω电阻组成，如图2-13所示，LED正极接电源、负极连限流电阻接8255A。上升指示灯接PC0（14脚）、下降指示灯接PC1(15脚）、开门指示灯接PC2(16脚）。

图2-13 楼层显示上下行指示灯

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2.6 报警模块设计

2.6.1报警按键设计

一键报警如图2-14所示，help按键一端接地，一端接单片机P3.5（15脚）。R6取10kΩ起到上拉电阻作用，按键按下时，单片机15脚接收到低电平后调用报警子程序。

图2-14 一键报警设计

2.6.2蜂鸣器电路设计

蜂鸣器电路由9012三极管、200Ω电阻、蜂鸣器组成，其电路如图2-15所示。单片机P3.4（14脚）与三极管基极相连。本系统使用的9012三极管为PNP型[14]，起到开关电路作用，当P3.4为低电平时三极管饱和导通，蜂鸣器响以提醒；而P3.4为高电平时三极管处于关闭状态。R5起到分压作用。

图2-15 蜂鸣器电路设计

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2.7电机驱动控制模块设计

本次电梯控制系统使用步进电梯模拟日常生活中电梯的运行，步进电机是将电脉冲信号转变成角位移，是一种数字控制电动机，给其一个脉冲，步进电机就转动一个角度，适合单片机的控制[15]。同时，步进电机无累计误差，精度高，控制和机械结构简单，适合本系统的要求。图2-16是本次使用的四相六线制步进电机原理图。

图2-16 四相六线制步进电机原理图

本次步进电机的型号为28BYJ-48，其电压为DC5V-DC12V。电机驱动模块如图2-17所示，由于单片机端口信号偏弱，需要通过ULN2003放大来驱动电机[16]。步进电机蓝色线、粉色线、黄色线、橙色线分别接到2003A的COM（9脚）、1C(16脚）、2C(15脚）、3C(14脚）对应的管脚。2003A的1B到4B管教脚分别接到单片机对应的P3.0到P3.3管脚上。

图2-17电机驱动

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第3章 系统软件设计方案

3.1 程序设计思路

首先，不同楼层的按键都有可能被同时按下，比如电梯上升的过程中，较低楼层的用户呼叫电梯，这需要电梯的程序中及时反映当前每个按键所处的状态，哪层楼有客户的需求，并且要考虑当前呼叫电梯的楼层和目前电梯运行的方向是否一致。电梯及时规划好合理的运行方式，坚持先上升后下降的理念。

其次，应该考虑电梯在每个楼层之间运行都需要一定的时间，根据上升或下降及时点亮相应的指示灯。当电梯停在有用户呼叫的楼层时，开门和关门都需要时间，要在程序中预留相应的停等时间，同时要求开门指示灯点亮和蜂鸣器鸣叫。电梯上下行时，单片机输出信号驱动相应电机的正反转。

最后，当电梯完成运送任务后长时间无人呼叫时，各楼层的按键没有被按下时，程序中应帮助其判定当前无人乘坐或等待，电梯应默认回到第一层。

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