【正文】 發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷進(jìn)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(qiáng)、機(jī)械與電氣部件被機(jī)結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將會(huì)成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是以單片機(jī)為主控制器的電梯控制系統(tǒng)。本來電梯系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，由于能力和經(jīng)驗(yàn)有限，所以只能實(shí)現(xiàn)基本的功能如：層站呼叫、自動(dòng)停層、轎廂命令響應(yīng)等。通過單片機(jī)輸出電壓通過驅(qū)動(dòng)電路然后控制電梯拖動(dòng)。在此，本文以五層電梯為研究對(duì)象，選用 52 單片機(jī) (該機(jī)芯片選為 AT89C52)作為其控制器，研究微機(jī)控制梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)問題的提出、意義和文獻(xiàn)綜述，本課題研究的具體內(nèi)容包括以下四個(gè)方面： （ 1）對(duì)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(jī)系統(tǒng)軟件設(shè) 計(jì) （ 4）電梯在信號(hào)傳輸中遇到的問題 2 總體設(shè)計(jì)方案 5 本次設(shè)計(jì)的 基本 思想是采用 AT89C52單片機(jī)作為核心， 利用其豐富的 I/O接口與外圍電路配合進(jìn)行控制。采用延時(shí)函數(shù)來控制電梯的位置校驗(yàn)，采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示來實(shí)時(shí)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(dá)目的樓層時(shí)電機(jī)停止，此時(shí)即可進(jìn)、出乘客，乘客進(jìn)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(yùn)行。通過單片機(jī)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(yùn)行通過單片機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)。 （ 1）主控芯片選擇 方案一：多片單片機(jī)控制方案。這種方案是使用多片單片機(jī)，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(gè)單片機(jī)控制，然后通過主控制器和副控制器之間的通訊，實(shí)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(jiǎn)單明了，各個(gè)系統(tǒng)之間相互獨(dú)立便于維護(hù)和修檢。所以根據(jù)功能要求需要選用 5片 AT89C51單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)該電梯的功能。不過單片機(jī)之間的通訊較多，在目前通訊是個(gè)難點(diǎn)，可能導(dǎo)致電梯運(yùn)行過程不夠穩(wěn)定。 方案二 ：采用 CPLD 器件作為控制中心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行統(tǒng)一管理，但這種方案要求平時(shí)有很多的知識(shí)積累和較強(qiáng)的專業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)起來比較困難且器件較貴，不符合經(jīng)濟(jì)要求，而且升降電機(jī)的控制，運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量、顯示等還需要單片機(jī)的配合。 方案三：一片單片機(jī)為主控制器的方案。 MCU采用一個(gè)單片機(jī)控制所有的按鍵、數(shù)碼管顯示、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、傳感器的輸出信號(hào)等，并對(duì)以上所有信號(hào)進(jìn)行處理。這種方案的控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù) 雜，只適用于較簡(jiǎn)單的電梯控制系統(tǒng)，因?yàn)檫@次的設(shè)計(jì)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(jī)技術(shù)目前較為成熟，自身資源豐富，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，結(jié)合軟件完全可以實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行狀況的簡(jiǎn)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(diǎn)陣式液晶顯示器（ LCD）顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)以及信息。點(diǎn)陣式液晶顯示器屬于低功耗器件，但其價(jià)格較貴。 方案二：采用傳統(tǒng)的 7段數(shù)碼管（ LED）顯示電梯實(shí)時(shí)所到的樓層。雖功耗大，但其軟件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試方便，價(jià)格便宜，亮度大，能滿足本設(shè)計(jì) 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(guó) ISD公司的 2590語音芯片，該語音芯片錄放時(shí)間為 90 秒。 ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi) E2PROM 容量為 480K，所以錄放時(shí)間長(zhǎng)；有 10個(gè)地址輸入端，尋址能力可達(dá) 1024 位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。 方案二：采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達(dá)所需的樓層時(shí)，蜂鳴器響，提示乘客到達(dá)了所需的樓層，另外可以作為緊急停止時(shí)的報(bào)警提示信號(hào)，其軟件驅(qū)動(dòng)、硬件電路調(diào) 試非常簡(jiǎn)潔方便，而且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 以上兩種方案中，選擇方案二。 （ 4）電動(dòng)機(jī)模塊 方案一：采用步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)在定位性能方面十分優(yōu)越。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，步進(jìn)電機(jī)不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠 6 直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移。常用的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步，角度轉(zhuǎn) 176。，在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)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(jī)作為本設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件，直流電機(jī)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。直流電機(jī)在高起動(dòng)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(jī)要帶動(dòng)的負(fù)載較大，對(duì)升降精度要求不是很，所以采用方案二。 首先，對(duì)實(shí)際的電梯系統(tǒng)進(jìn)行模擬，一般情況下，一個(gè)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(gè)調(diào)度模塊，故沒有設(shè)計(jì)具體的轎廂等機(jī)械部分。然后，結(jié)合這些實(shí)物，選擇恰當(dāng)?shù)男酒?，并分成若干模塊，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(jī)的 I/O口管腳資源實(shí)在有限，故需要 I/O口擴(kuò)展，用以管理二極管；同時(shí)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(jì)，焊接相關(guān)器件后進(jìn)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(jiǎn)單又實(shí)用。 同時(shí)， 如果每個(gè)選層按鈕都采用獨(dú)立的按鍵設(shè)置，可以很大程度上簡(jiǎn)化掃描按鍵程序，采集信號(hào)也容易得多，但是由于單片機(jī)接口有限，模擬電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)所需按鍵較多，如此會(huì)有接口不足的問題，所以本設(shè)計(jì)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(shí)際的電梯控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中還應(yīng)該添加電梯外上下行請(qǐng)求顯示，可用 五 個(gè)發(fā)光二極管表示 目的 請(qǐng)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(cè)用戶的請(qǐng)求信息， 可根據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案來確定，同時(shí) 要想準(zhǔn)確地采集按鍵請(qǐng)求狀態(tài)，就必須時(shí)時(shí)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(jī)作為核心，配以適當(dāng)接口作為輸入輸出通道。實(shí)際電梯控制系統(tǒng)每層裝有一個(gè)傳感器，從而判斷車廂所在位置，本模型 使用延時(shí)函數(shù)對(duì)電梯運(yùn)行樓層數(shù)進(jìn)行控 制。 當(dāng)電梯到達(dá)所選層，電梯開門延時(shí)等待進(jìn)人并選層，然后延時(shí)關(guān)門執(zhí)行請(qǐng)求，若無請(qǐng)求則停在本層等待請(qǐng)求。軟件部分使用 kiel作為開發(fā)環(huán)境，用 C語言 進(jìn)行編程 ， 采 用查詢方式來檢測(cè)用戶請(qǐng)求的按鍵信息 并相應(yīng)相應(yīng)的函數(shù)。 隨著人類社會(huì)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(jìn)以及控制費(fèi)用的降低。單片機(jī)之所以如此受歡迎在于其廉價(jià)的成本和可靠地運(yùn)行性能。故應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行電梯的控制勢(shì)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(jì)以及更廉價(jià)的費(fèi)用對(duì)促進(jìn)電梯行業(yè)的發(fā)展用著 重要的作用，通過對(duì)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(jì)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(jī)最小系統(tǒng)電路、樓層顯示電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示電路、目的樓層顯示電路、警報(bào)電路。其中單片機(jī)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(shí)在一樓，顯示電路數(shù)碼管顯示，電梯樓層位置是由延時(shí)電路控制的，延時(shí)電路包括 3秒延時(shí)和 5秒延時(shí)，每層之間通過 5秒延時(shí)控制即每延時(shí) 5秒表示電梯走了一層， 3秒延時(shí)是控制電梯的開門時(shí)間， 3秒延時(shí)后電梯關(guān)門繼續(xù)運(yùn)行。電梯狀態(tài)是通過兩個(gè)發(fā)光管顯示的，上行燈亮表示電梯在向上運(yùn)行，下行燈亮表示電梯在向下運(yùn)行。鍵盤電路采用 4 4鍵盤矩陣共 16 個(gè)按鍵分，其中 8 個(gè)按鍵是各層樓外呼按鍵， 5個(gè)按鍵是電梯內(nèi)部的選擇鍵。電梯的正常工作是通過對(duì)單片機(jī)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(jì)原理分析 圖 1 時(shí)鐘電路圖 單片機(jī)的時(shí)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(shí)鐘信號(hào)。 AT89C52單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 AT89C52單片機(jī)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(shí)鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。但反過來運(yùn)行速度越快對(duì)內(nèi)存的速度要求就越高，對(duì)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(jī)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(jì)我們考慮選擇頻率為 12MHz的晶振，當(dāng)振蕩脈沖頻率為 12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1us。 圖 2 復(fù)位電路圖 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，程序給單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 加大于 2 個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機(jī)復(fù)位。 AT89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式，手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，我們采用了手動(dòng)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)