【正文】 的升降機(jī)，同年在紐約市的馬累特大廈安裝成功，標(biāo)志著電梯的誕生。 1915 年已設(shè)計(jì)成功電梯自動(dòng)平層控制系統(tǒng)。 1933 年美國(guó)制造出 6m/s 的高速電梯。 1949 年研制出 46 臺(tái)電梯群控系統(tǒng)。 1955 年出現(xiàn)真空電子管小型計(jì)算機(jī)控制電梯。 1962 年在美國(guó)已出現(xiàn) 。 1967 年將固體晶閘管用于電梯拖動(dòng)系統(tǒng)。電梯使用的驅(qū)動(dòng)由最初的直流電機(jī)到單速交流感應(yīng)電機(jī)，后來的交流雙速電機(jī)的發(fā)明，才基本滿足了電梯的運(yùn)行要求。 1976 年將微處理器應(yīng)用于電梯。 1977 年日本三菱電機(jī)開發(fā)出 10m/s 的超高速電梯。至此，電梯的控制技術(shù)已有了很大的發(fā)展 ...... 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文主要是 用 51 單片機(jī) 來 實(shí)現(xiàn) 電梯控制系統(tǒng)，使其具備電梯基本升、降功能，并當(dāng)多層對(duì)電梯呼叫時(shí)，能安排電梯?？?，從而實(shí)現(xiàn)電梯的基本運(yùn)行情況的模擬。 論文的第 2章進(jìn)行方案的提出與論證，分析本次設(shè)計(jì)所采用方案的可行性； 第 3 章給出電梯控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)和所需主要器件的主要參數(shù)，并介紹硬件實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)方案，給出本次設(shè)計(jì)的硬件原理電路圖，并分點(diǎn)描 述各模塊功能；第 4 章給出軟件實(shí)現(xiàn)的程序流程圖，并介紹各模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能。第 5章系統(tǒng)的仿真 方法。 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 二 章 系統(tǒng)功能介紹 及方案論證 本章先簡(jiǎn)要介紹了電梯的組成及其 電梯控制系統(tǒng)的 工作原理，然后 詳細(xì)介紹了 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。 電梯的組成 電梯主要由以下 兩 大部分組成： （ 1） 機(jī)械部分：包括 曳引系統(tǒng) ，導(dǎo)向系統(tǒng)，嬌廂，門系統(tǒng)等 （ 2） 電路部分 : 包括重量平衡系統(tǒng)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)，電梯控制系統(tǒng)，安全保護(hù)系統(tǒng)等。 本文主要是針對(duì)電梯控制系統(tǒng)所作的研究，設(shè)計(jì)一種基于 MCU 的電梯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行 的模擬。 電梯 控制系統(tǒng) 組成框圖及 工作原理 該系統(tǒng) 主要由 MCU控制模塊 、電梯間電路模塊、電梯內(nèi)電路模塊、控制臺(tái)電路、樓層檢測(cè)模塊、 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊、 報(bào)警模塊等 7部分組成 。 圖 21 系統(tǒng)總原理圖 該系統(tǒng) 以 MCU控制模塊 核心， 控制臺(tái)電路主要是完成電梯的啟動(dòng)、停止以及樓層數(shù)的顯示，電梯內(nèi)電路是 用來讓電梯內(nèi) 用戶選擇目標(biāo)樓層 （作為內(nèi)招信號(hào)）， ＭＣＵ控制模塊 電梯內(nèi)電路 電梯間電路 報(bào)警電路 電動(dòng)機(jī)控制模塊 樓層檢測(cè) 控制臺(tái)電路 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 電梯間電路是同來讓電梯外用戶選擇目標(biāo)樓層（作為外招信號(hào)）， 內(nèi)外招使用按鍵 按下與否而引起的電平的改變作為用戶請(qǐng)求信息發(fā)送到 MCU， MCU控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， 到達(dá)目標(biāo)樓層。樓層檢測(cè)模塊一般采用傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋給 MCU，來確定的電機(jī)的轉(zhuǎn)停。報(bào)警模塊作為電梯的求救系統(tǒng)。 總體方案設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用可編程控制器（ PLC）作為主要器件來控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)、內(nèi)外按鍵的響應(yīng)、按鍵后的電路顯示等等。用 PLC編程較簡(jiǎn)單，電路也不復(fù)雜，但此方案的各個(gè)模塊的費(fèi)用都比較高， 硬件設(shè)計(jì)不靈活， 故不采用本方案 。 方案二： 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)等等 ， 并對(duì)以上所有信號(hào)進(jìn)行處理。 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。故 采用本方案。 系統(tǒng)框圖 21所示 。 單元電路的設(shè)計(jì)與論證 通過對(duì) 系統(tǒng)總框圖 的分析 ， 此系統(tǒng)的各個(gè)模塊 方案設(shè)計(jì)如下： 單片機(jī)最小系統(tǒng) 此處選用最常用的 AT89C51， 它 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如 下圖 所示 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 主要特性： ? 與 MCS51 兼容 ? 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ， 壽命： 1000寫 /擦 ， 循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ? 128*8位內(nèi)部 RAM ? 32可編程 I/O線 ? 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 5個(gè)中斷源 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 模塊 方案一：電機(jī)選用直流電機(jī)。 驅(qū)動(dòng)部分采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格 比較昂貴。再加上一圖 22 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。更為主要的問題是一般電動(dòng)機(jī)如直流電機(jī)很難使其立即停止，達(dá)不到電梯的在定點(diǎn)停止的效果。 方案 二 ：直接用步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 BY2HB03M。 直流電機(jī)在斷電的時(shí)候很難控制其速度，容易出現(xiàn)電機(jī)不能快速停止的情況。用步進(jìn)電機(jī)再加上程序控制基本上可克服上述困難。 但是基于本設(shè)計(jì)只是對(duì)電梯運(yùn)行狀況的模擬而已，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)這部分要求不是很嚴(yán)格，只需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)就可以了，所以選擇直流電機(jī)及常用的 H橋式驅(qū)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)電梯上升與下降的 模擬。 報(bào)警模塊 直接采用單片機(jī)控制輸出口電平 的高低 來控制蜂鳴器的發(fā)聲與否。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，控制也較簡(jiǎn)單。 樓層檢測(cè) 模塊 在當(dāng)下檢測(cè)技術(shù)多種多樣，其中光電檢測(cè)方法占有十分重要的地位，不僅具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小的特點(diǎn)，所以在此次設(shè)計(jì)當(dāng)中選擇光電傳感器作為樓層檢測(cè)部分的主要部件，完成樓層檢測(cè)的功能。 光電傳感器原理 光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可 見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件 ， 分為脈沖式和模擬式兩種，而模擬式光電傳感器又分為 吸收式、反射式、遮光式和輻射式， 其 工作原理是基于光電元件的光電特性 ,由于光通量是隨被測(cè)量而變的 ,光電流就成為被測(cè)量的函數(shù) ,故又被為光電傳感器的函數(shù)運(yùn)用狀態(tài)光電傳感器。 此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，所以使用范圍很廣。 近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列產(chǎn)品，宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格產(chǎn)品，目前已在各種自動(dòng)機(jī)上已獲得廣泛的應(yīng)用。 此處采用 脈沖式 光電傳感器，通 過 電梯行至相應(yīng)樓層裝有傳感器的地方時(shí)，產(chǎn)生的電平變化，發(fā)送到單片機(jī)計(jì)數(shù)就可以確定樓層數(shù)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。 光電傳感器的選擇 在本設(shè)計(jì)中選擇 GK310C 型光電管作為本次設(shè)計(jì)樓層檢測(cè)部分主要器件。GK310 型光電管是將砷化鎵紅外光發(fā)光管和硅光敏三級(jí)管裝在中間帶槽的支架上。當(dāng)槽內(nèi)無物體時(shí)，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三級(jí)管的窗口上，從而產(chǎn)生大的電流輸出，當(dāng)有物體經(jīng)過槽內(nèi)時(shí)則擋住光線，此時(shí)光敏管的輸出端為低電平，這樣可識(shí)別物體的有無。 GK310C 型光電管的主要技術(shù)參數(shù) ： ? 最大正 向電流 IFMAX=50Ma ? 正向壓降 VF＜ ? 反向耐壓 VR＞ 5V ? 反向漏電 IR≤ 50uA 輸出特性如下： ? 暗電流 ID≤ ? 反向耐壓 VBR(CEO)=20V ? 光電流 IL為 2至 3mA ? 響應(yīng)時(shí)間 tr≤ 3us， tf≤ 4us 電梯內(nèi)部電路、電梯間電路及控制臺(tái)電路模塊的設(shè)計(jì) 電梯 控制系統(tǒng)由各樓層的電梯間電路、電梯內(nèi)電路和控制臺(tái)電路三部分組成。 各樓層的電梯間 ： 電路二、三樓的電梯間均有“上升 和“下降”選擇按鍵，一樓只有“上升 按鍵，四樓只有“下降 按鍵，每個(gè)按鍵配一只發(fā)光二極管，作為指示燈。電梯 內(nèi)部電路 ： 目標(biāo)樓層號(hào) 14選擇按鍵。每個(gè)按鍵配有相應(yīng)指示燈。控制臺(tái)電路 ： 兩個(gè)按鍵用于手動(dòng)控制?？刂齐娞莸摹伴_始運(yùn)行 和“停止運(yùn)行 。兩個(gè)指示燈，分別指示電梯當(dāng)前的升降情況。 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 樓層 顯示部分 用 一只 數(shù)碼管， 顯示電梯當(dāng)前所在的樓層。 CD4511作為譯碼器 ，它 是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼 — 七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下： 具有 BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的 CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng) LED顯示器。 以下是 CD4511的詳細(xì)資料： 圖 23 CD4511的引腳圖 ： BI： 4腳是消隱輸入控制端，當(dāng) BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT： 3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng) BI=1， LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為 1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均發(fā)亮，顯示“ 8”，用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng) LE=0時(shí)，允許譯碼輸出， LE=1時(shí)，譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0時(shí)的數(shù)值。 A A A A為 8421BCD碼輸入端 a,b,c,d,e,f,g:譯碼輸出端， 輸出高電平有效。 （ 1） 鎖存功能：譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成，傳輸門的導(dǎo)通與截止 由控制端 LE的電平狀態(tài) 決定 。當(dāng) LE為“ 1” 時(shí)，此時(shí)有鎖存作用。 （ 2） 譯碼 ： CD4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù)據(jù) B、 C進(jìn)行組合，得出 、 、 、 四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù) A、 D一起用或非門譯碼。 如圖 24 。 （ 3） 消隱 ： BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使 B端輸出為低電平，字形消 隱。消隱輸出 J的電平為 J= =（ C+B） D+BI如不考慮消隱 BI項(xiàng)，便得 J=（ B+C） D， 據(jù)上式，當(dāng)輸入 BCD代碼從 10101111時(shí)， J端都為 “1” 電平，從而使顯示器中的字形消隱。 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 輸 入 輸 出 LE BI LI D C B A a b c d e f g 顯示 X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隱 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隱 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隱 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隱 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隱 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隱 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隱 1 1 1 X X X X 鎖 存 鎖存 圖 24 CD4511 的真值表 8421BCD碼對(duì)應(yīng) 表 本章小結(jié) 在第 2章當(dāng)中，給出了基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖，該設(shè)計(jì)所要完成的功能，并對(duì)系統(tǒng)主要功能模塊方案選擇進(jìn)行論證 以及器件的選擇 ， 以上各個(gè)模塊實(shí)際電路將在下一章中詳細(xì)介紹。 宜賓學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 基于單片機(jī)的 電梯控制系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01