【正文】 發(fā)展，微型計算機領(lǐng)域的不斷進步，將使得將來電梯的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件被機結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此微型計算機控制技術(shù)將會成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。 本次設(shè)計的主要內(nèi)容是以單片機為主控制器的電梯控制系統(tǒng)。本來電梯系統(tǒng)是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，由于能力和經(jīng)驗有限，所以只能實現(xiàn)基本的功能如：層站呼叫、自動停層、轎廂命令響應(yīng)等。通過單片機輸出電壓通過驅(qū)動電路然后控制電梯拖動。在此，本文以五層電梯為研究對象，選用 52 單片機 (該機芯片選為 AT89C52)作為其控制器，研究微機控制梯系統(tǒng)的設(shè)計方法。根據(jù)問題的提出、意義和文獻綜述，本課題研究的具體內(nèi)容包括以下四個方面： （ 1）對電梯系統(tǒng)常用的控制方法的研究 （ 2）電梯控制系統(tǒng)硬件組成及其原理 （ 3）電梯的單片機系統(tǒng)軟件設(shè) 計 （ 4）電梯在信號傳輸中遇到的問題 2 總體設(shè)計方案 5 本次設(shè)計的 基本 思想是采用 AT89C52單片機作為核心， 利用其豐富的 I/O接口與外圍電路配合進行控制。采用延時函數(shù)來控制電梯的位置校驗，采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示來實時顯示電梯所在樓層。采用行列式矩陣鍵盤矩陣作為外呼內(nèi)選電路，由于是 5 層樓，故選用 4 4 矩陣鍵盤。當(dāng)電梯到達目的樓層時電機停止，此時即可進、出乘客，乘客進入電梯之后可選擇去哪一層，然后電梯根據(jù)乘客的選擇判斷去哪一層，繼續(xù)運行。通過單片機控制電梯在上升過程中只響應(yīng)上升呼叫，下降過程中只 響應(yīng)下降呼叫。電梯的正常運行通過單片機的控制來實現(xiàn)。 （ 1）主控芯片選擇 方案一：多片單片機控制方案。這種方案是使用多片單片機，其中一片是作為主控制器，另外設(shè)置了轎廂控制系統(tǒng)，每層的控制系統(tǒng)分別由一個單片機控制，然后通過主控制器和副控制器之間的通訊，實現(xiàn)電梯系統(tǒng)的控制。這種方案的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單明了，各個系統(tǒng)之間相互獨立便于維護和修檢。所以根據(jù)功能要求需要選用 5片 AT89C51單片機就可以實現(xiàn)該電梯的功能。不過單片機之間的通訊較多，在目前通訊是個難點，可能導(dǎo)致電梯運行過程不夠穩(wěn)定。 方案二 ：采用 CPLD 器件作為控制中心，對整個系統(tǒng)的運作進行統(tǒng)一管理，但這種方案要求平時有很多的知識積累和較強的專業(yè)水平，實現(xiàn)起來比較困難且器件較貴，不符合經(jīng)濟要求，而且升降電機的控制，運行時間的測量、顯示等還需要單片機的配合。 方案三：一片單片機為主控制器的方案。 MCU采用一個單片機控制所有的按鍵、數(shù)碼管顯示、電動機的轉(zhuǎn)動、傳感器的輸出信號等，并對以上所有信號進行處理。這種方案的控制系統(tǒng)相對復(fù) 雜，只適用于較簡單的電梯控制系統(tǒng)，因為這次的設(shè)計的內(nèi)容是 5層電梯控制系統(tǒng)，所以選用這種方案。單片機技術(shù)目前較為成熟，自身資源豐富，硬件設(shè)計簡單，成本低，可靠性高，結(jié)合軟件完全可以實現(xiàn)電梯運行狀況的簡單模擬。 權(quán)衡以上方案的分析，采用方案三。 （ 2）樓層顯示模塊 方案一：采用點陣式液晶顯示器（ LCD）顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。點陣式液晶顯示器屬于低功耗器件，但其價格較貴。 方案二：采用傳統(tǒng)的 7段數(shù)碼管（ LED）顯示電梯實時所到的樓層。雖功耗大，但其軟件驅(qū)動簡單，硬件電路調(diào)試方便，價格便宜，亮度大，能滿足本設(shè)計 的要求。 以上兩種方案中，選擇方案二。 （ 3） 聲音提示模塊 方案一：采用美國 ISD公司的 2590語音芯片，該語音芯片錄放時間為 90 秒。 ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。它的最大特點在于片內(nèi) E2PROM 容量為 480K，所以錄放時間長；有 10個地址輸入端，尋址能力可達 1024 位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。 方案二：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達所需的樓層時，蜂鳴器響，提示乘客到達了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時的報警提示信號，其軟件驅(qū)動、硬件電路調(diào) 試非常簡潔方便，而且價格便宜，能滿足本設(shè)計的要求。 以上兩種方案中，選擇方案二。 （ 4）電動機模塊 方案一：采用步進電機作為本設(shè)計的執(zhí)行元件，步進電機在定位性能方面十分優(yōu)越。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，步進電機不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠 6 直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移。常用的步進電機每轉(zhuǎn)一步，角度轉(zhuǎn) 176。，在應(yīng)用中，步進電機可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息，升降精度很高。 方案二：采用直流電機作為本設(shè)計的執(zhí)行元件，直流電機工作是讓線圈始終交替地處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過控制電流的方向可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。直流電機在高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。 此題目中電機要帶動的負載較大，對升降精度要求不是很，所以采用方案二。 首先，對實際的電梯系統(tǒng)進行模擬，一般情況下，一個電梯應(yīng)該具備相關(guān)按鍵、顯示二極管、數(shù)碼管等，由于這是一個調(diào)度模塊，故沒有設(shè)計具體的轎廂等機械部分。然后，結(jié)合這些實物，選擇恰當(dāng)?shù)男酒⒎殖扇舾赡K，安 排好各自之間的關(guān)系。由于其有諸多按鍵和顯示環(huán)節(jié)，而單片機的 I/O口管腳資源實在有限，故需要 I/O口擴展，用以管理二極管；同時要有專門的按鍵控制芯片，從而便于按鍵管理。接著，要完成電路圖的設(shè)計，焊接相關(guān)器件后進行硬件調(diào)試，看是否好用并加以適當(dāng)?shù)母?，最終使硬件電路簡單又實用。 同時， 如果每個選層按鈕都采用獨立的按鍵設(shè)置，可以很大程度上簡化掃描按鍵程序，采集信號也容易得多，但是由于單片機接口有限，模擬電梯自動控制系統(tǒng)所需按鍵較多，如此會有接口不足的問題，所以本設(shè)計采用 44 按鍵矩陣開關(guān)電路作為外呼內(nèi)選呼叫控制。出于同樣問題，顯示樓層電路采用數(shù)碼管從串口輸出。為了更接近實際的電梯控制系統(tǒng)，設(shè)計中還應(yīng)該添加電梯外上下行請求顯示，可用 五 個發(fā)光二極管表示 目的 請求按鍵是否按下，有則亮，無則暗。 軟件方面至于采用中斷方式還是采用查詢的方式來檢測用戶的請求信息， 可根據(jù)具體的設(shè)計方案來確定，同時 要想準(zhǔn)確地采集按鍵請求狀態(tài)，就必須時時刻刻調(diào)用鍵盤矩陣掃描程序，也就增加了軟件編程的難度。采用單片機作為核心，配以適當(dāng)接口作為輸入輸出通道。實際電梯控制系統(tǒng)每層裝有一個傳感器，從而判斷車廂所在位置，本模型 使用延時函數(shù)對電梯運行樓層數(shù)進行控 制。 當(dāng)電梯到達所選層，電梯開門延時等待進人并選層，然后延時關(guān)門執(zhí)行請求，若無請求則停在本層等待請求。軟件部分使用 kiel作為開發(fā)環(huán)境，用 C語言 進行編程 ， 采 用查詢方式來檢測用戶請求的按鍵信息 并相應(yīng)相應(yīng)的函數(shù)。 隨著人類社會的不斷發(fā)展，電梯在人們生活中越來越占著重要位置，如何使電梯發(fā)揮更大的作用關(guān)鍵在于電梯的控制方法的改進以及控制費用的降低。單片機之所以如此受歡迎在于其廉價的成本和可靠地運行性能。故應(yīng)用單片機進行電梯的控制勢必成為電梯今后發(fā)展的重要方向，最優(yōu)化的程序設(shè)計以及更廉價的費用對促進電梯行業(yè)的發(fā)展用著 重要的作用，通過對具體問題的分析和探討，具體程序的優(yōu)化與改良，本設(shè)計也致力于解決這一問題。 本電路主要由 6大部分電路組成：鍵盤電路、單片機最小系統(tǒng)電路、樓層顯示電路、電機驅(qū)動顯示電路、目的樓層顯示電路、警報電路。其中單片機最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路組成。電路復(fù)位后樓層顯示數(shù)字 1 表示電梯此時在一樓，顯示電路數(shù)碼管顯示，電梯樓層位置是由延時電路控制的，延時電路包括 3秒延時和 5秒延時，每層之間通過 5秒延時控制即每延時 5秒表示電梯走了一層， 3秒延時是控制電梯的開門時間， 3秒延時后電梯關(guān)門繼續(xù)運行。電梯狀態(tài)是通過兩個發(fā)光管顯示的，上行燈亮表示電梯在向上運行，下行燈亮表示電梯在向下運行。鍵盤電路采用 4 4鍵盤矩陣共 16 個按鍵分，其中 8 個按鍵是各層樓外呼按鍵， 5個按鍵是電梯內(nèi)部的選擇鍵。電梯的正常工作是通過對單片機寫入程序控制的。 總體方框圖如圖 0所示： 7 圖 0 功能框架 3 設(shè)計原理分析 圖 1 時鐘電路圖 單片機的時鐘電路有振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。 AT89C52單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 AT89C52單片機電路中的電容 C1和 C2典型值通常選擇為 30pF。晶振的頻率越高則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也越快。但反過來運行速度越快對內(nèi)存的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也越高，即要求產(chǎn)生的寄生電容要小，晶振和電容應(yīng)盡可能 8 安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作?；谝陨媳驹O(shè)計我們考慮選擇頻率為 12MHz的晶振，當(dāng)振蕩脈沖頻率為 12MHz時，一個機器周期為1us。 圖 2 復(fù)位電路圖 復(fù)位是單片機的初始化操作，程序給單片機的復(fù)位引腳 RST 加大于 2 個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機復(fù)位。 AT89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式，手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，我們采用了手動復(fù)位為電平方式的復(fù)位。如圖 32所示，我們通過 RST端經(jīng)