【文章內(nèi)容簡介】 I P 4 1Q5T I P 4 1D11 N40 0 1D21 N40 0 1D31 N40 0 1D41 N40 0 1Q1T I P 4 2Q2T I P 4 21 2U 3 : A7 4 0 4 圖 13 H橋電路仿真圖 按鍵指示 由于此部分只要求每層顯示上下標(biāo)志，所以我們采用一般的發(fā)光二級管。此外，由于一樓和五樓只能分別上和下，故我們在一樓和五樓都只安裝一個發(fā)光二級管。由于單片機 IO 口資源有限，我們通過 74HC573 鎖存器實現(xiàn)電梯外部的八個發(fā)光二極管與矩陣鍵盤的 P3 口復(fù)用，通過 選通，當(dāng)需要對八個發(fā)光二極管進行操作時，需要先將 置 1 進行選通，改變 P3 口數(shù)值，再置 0 對 P3 進行鎖存。 圖 14 電梯外部按鍵指示復(fù)用電路 緊急 報警 轎廂內(nèi)設(shè)緊急報警按鈕，當(dāng)電梯突然發(fā)生故障使轎箱內(nèi)的人被困時，可以通過按下緊急停止按鈕，清除所有呼叫信號，并將電梯直接運行至一樓，并發(fā)出報警信號。由于這個部分要求電梯的任何運行狀況下都要有效，為保險起見，我們將此作為一個獨立的模塊。 基于單片機的電梯控制系統(tǒng) 第 14 頁（共 40 頁） 圖 15 蜂鳴器 報警原理 圖 緊 急 停 止按 鈕求 救 信 號清 除 所 有 呼 叫 信 號電 梯 運 行 至 一 樓發(fā) 出 報 警 信 號維 修 電 梯 解救 被 困 人 員電梯管理人員清 除 警 報等 待 啟 動軟件 設(shè)計 第 15 頁（共 40 頁） 4 軟件設(shè)計 本設(shè)計由于采用鍵盤矩陣來代替外呼內(nèi)選按鈕，而電梯的運行方向是根據(jù)這些呼叫按鍵和選擇按鍵來決定的，所以單片機要不斷的掃描鍵盤來獲取各層呼叫狀態(tài)，從而控制電梯的運行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計的重要一部分，另 外要把鍵盤掃描到的各層的按鍵信息存儲起來，然后和電梯的運行狀態(tài)比較，判斷是否響應(yīng)各層呼叫，當(dāng)電梯到達(dá)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。 由于本設(shè)計采用單片機實現(xiàn)控制，其中主程序部分主要完成系統(tǒng)的初始化，如中斷方式的設(shè)置，開中斷等。在中斷子程序中完成樓層檢測等，其它的如數(shù)碼管的顯示，鍵盤的響應(yīng)，轉(zhuǎn)動電機的控制，延時等均由相應(yīng)的子程序來完成。 軟件設(shè)計思想： 采用模塊化的分層次設(shè)計方法，將軟件系統(tǒng)功能由多個實現(xiàn)單一功能的子程序?qū)崿F(xiàn)。通過調(diào)用不同的子程序，實現(xiàn)了復(fù)雜功能控制。這樣便于調(diào)試、修改。軟件編程是實現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。在本設(shè)計中，可以把程序的各部分相互結(jié)合起來，達(dá)到完成各項設(shè)計的功能。 電梯 主程序 根據(jù)系統(tǒng)要求，電梯的程序應(yīng)滿足以下要求： （ 1）初始化程序使數(shù)碼管顯示“ 1”表示電梯處在一樓，等待人進入電梯； （ 2）主程序主要包括： ①判斷乘客進入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來控制電梯運行，到達(dá)目標(biāo)樓層后相應(yīng)的呼叫指示燈熄滅； ②電 梯在運行過程中要不斷的掃描鍵盤，從而來判斷各樓層有無呼叫請求，并點亮相應(yīng)的呼叫指示燈； ③設(shè)置演示功能按鍵、緊急停止按鍵、啟動按鍵； ④實時顯示電梯所在位置及運行狀態(tài)（上行 /下行）； ⑤開關(guān)門有一定的延時來保證乘客走出 /進入電梯； 基于單片機的電梯控制系統(tǒng) 第 16 頁（共 40 頁） 主程序流程圖如圖 16 所示。 開 始初 始 化啟 動緊 急 停 止功 能 演 示按 鍵 查 詢樓 層 檢 測樓 層 、 方向 顯 示電 梯 邏 輯 控 制電 動 機 轉(zhuǎn) 動YNN 演示子程序YNY 圖 16 主 程序 流程圖 電梯的整個軟件設(shè)計包括一下幾部分：電梯邏輯控制模塊、電梯運行模塊、鍵盤掃描模塊、樓層顯示模塊、指示燈關(guān)閉模塊、樓層檢測模塊、電梯功能演示模塊、電梯緊急停止模塊。 電梯邏輯控制 電梯控制中，單片機掃描樓層外呼內(nèi)選 信號，將樓層呼叫信號與當(dāng)前樓層運行狀 態(tài)進行比較，確定電梯響應(yīng)上升、下降隊列，然后電梯按照運行隊列進行電機控制。而將呼叫信號轉(zhuǎn)化為響應(yīng)隊列的程序模塊是電梯控制的核心部分，其算法的嚴(yán)謹(jǐn)性，決定了電梯的控制性能。其程序源代碼見附錄一 ，邏輯框圖如圖 17 所示： 軟件 設(shè)計 第 17 頁（共 40 頁） 圖 17 中斷邏輯圖 電梯運行 控制 電梯響應(yīng)上升下降隊列時，要對相應(yīng)的指示燈、上下行狀態(tài)，以及響應(yīng)隊列做相應(yīng)的改變，而實現(xiàn)這一功能模塊的就是電梯運行函數(shù)。其程序源代碼見附錄一 ,邏輯框圖如圖 18 所示： 基于單片機的電梯控制系統(tǒng) 第 18 頁（共 40 頁） 圖 18 電梯運行邏輯圖 鍵盤掃描、樓層檢測 鍵盤掃描采用 行掃描法 ， 行掃描法又稱為逐行掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法 。首先 判斷鍵盤中有無鍵按下 ， 將全部行線 Y0Y3 置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 4 個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 然后 判斷閉合鍵所在的位置 ， 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀 態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 在確定各閉合按鍵后，對于每一個按鍵返回一個固定鍵值。當(dāng)鍵盤返回鍵值后，對不同的鍵值進行鍵碼處理，產(chǎn)生相應(yīng)的呼叫信號，并使相應(yīng)的呼叫樓層指示燈燈點亮。程序源代碼見附錄一 。 樓層檢測采用中斷掃描的方式，在中斷子程序里對 進行掃描，當(dāng)某一管腳為高電平時表示電梯運行至該樓層。 軟件 設(shè)計 第 19 頁（共 40 頁） 緊急停止、演示功能 為了提高電梯安全性能，設(shè)置緊急停止功能，當(dāng)緊急停止鍵按下，所有呼叫信號清空，呼叫指示信號燈熄滅，同時電梯向一樓方向運行， 蜂鳴器報警，當(dāng)電梯運行到一樓，停止報警，等待電梯重新啟動信號。程序源代碼見附錄一 。 作為電梯模型，為了更方便的展示電梯所具有的功能，在系統(tǒng)中設(shè)計了一個演示功能按鍵，當(dāng)電梯啟動后，第一次按下演示按鍵時，系統(tǒng)自動生成二樓、三樓、四樓的向上呼叫信號，以及五樓的向下呼叫信號，相應(yīng)的指示燈點亮，系統(tǒng)按照此呼叫隊列運行；第二次按下演示按鍵時，系統(tǒng)自動生成四樓、三樓、二樓向下呼叫信號，以及一樓的向上呼叫信號，同時相應(yīng)的指示燈點亮，系統(tǒng)按照此隊列運行。程序源代碼見附錄一 。 程序中位操作問題分析 由于 系統(tǒng)顯示、控制信號較多，管腳多處復(fù)用，在程序里幾處需要對單片機的某一個端口進行位操作，并且不能改變其他管腳的值，下面進行分別分析。 樓層顯示部分： 樓層顯示數(shù)碼管采用 4511 驅(qū)動，所連接的單片機的管腳為 ， P2 口剩下四個管腳連接電機，所以需要對 P2 口前四位進行操作顯示樓層信息，程序采用 switch語句，判斷所需要顯示樓層數(shù)，然后對 進行相應(yīng)的位操作，從而顯示樓層信息。程序源代碼見附錄一 。 按鍵指示燈部分： 電梯外部按鍵指示燈是利用 74HC573 鎖存后與矩陣鍵盤共同連接至 單片機 P3口，在掃描鍵盤時需要用 74HC573 對八個指示燈進行鎖存，而對按鍵指示燈進行操作時，要求對任意一個指示燈進行點亮、熄滅操作，而且不能改變其他位的狀態(tài)。這就需要對八個指示燈當(dāng)前狀態(tài)進行儲存，并將位賦值轉(zhuǎn)化為端口賦值的方式。程序中定義變量 trap 用以保存當(dāng)前 P3 口值，當(dāng)指示燈的某一位需要熄滅時，將此位與 trap進行“或”操作形成新的 trap 賦給 P3 口，當(dāng)指示燈某一位需要點亮?xí)r，將除了此位其他位的高與 trap 進行“與”操作形成新的 trap 值賦給 P3 口，從而完成位操作。 基于單片機的電梯控制系統(tǒng) 第 20 頁（共 40 頁） 5 系統(tǒng)測試 由于所設(shè)計 的基于單片機的電梯控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部份 , 仿真時先對軟件進行編譯，然后再將已編譯無誤的軟件結(jié)合硬件在一起進行仿真，完成整個系統(tǒng)的仿真工作。 軟件編譯調(diào)試 在軟件調(diào)試中，采用 keil仿真軟件進行程序調(diào)試。首先分別調(diào)試各個功能程序，再對整個程序進行調(diào)試，以便修改錯誤碼。具體的調(diào)試方法如下： 首先在 keil軟件中選擇 AT89C51 作為 CPU，將晶振頻率設(shè)置為 12MHZ，然后新建一個 .c 文件，將各個功能程序錄入，先檢查程序有無明顯錯誤，保存過后編譯程序，當(dāng)有錯誤時就根據(jù)提示加以修改，當(dāng)各個功能程序編 譯完成后，再對整個程序全速執(zhí)行，查看程序有哪些地方出現(xiàn)錯誤，對應(yīng)錯誤提示逐步調(diào)整程序，糾正錯誤直到程序正確無誤，調(diào)試結(jié)束后軟件調(diào)試界面如下： 圖 19 軟件調(diào)試界面 系統(tǒng)測試 第 21 頁（共 40 頁） 硬件仿真 硬件仿真使用的是 ， Proteus 是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，它可以仿真 51 系列、 AVR， PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路（如 LCD，RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件 .）。 然后右鍵 AT89C51 再左鍵，出現(xiàn)“ Edit Compo” , 在 Program File 中單擊 出現(xiàn)文件瀏覽對話框，找到 文件，單擊確定 .完成添加文件，單擊 OK 退出。單擊仿真按鈕，開始仿真，按下 Start，系統(tǒng)開始工作，通過按 F1— F5 及各樓層按鍵，電梯都能完成請求，基本實現(xiàn)了電梯運行的模擬。 系統(tǒng)測試 方向優(yōu)先測試 電梯按某方向運行時，優(yōu)先響應(yīng)該運行方向的按鈕； 測試初始時，轎箱位于一樓，按下二樓，三樓的上下按呼叫，和四樓的向下呼叫。按鍵順序可隨意。 測試結(jié)果： 表 1 方 向優(yōu)先測試 結(jié)論：系統(tǒng)在向上運行時候，優(yōu)先相應(yīng)各樓層的向上呼叫信號，不響應(yīng)向下的呼叫信號，向下運行時相反，符合設(shè)計要求。 停止樓層 電梯方向 顯示 2 上 2 樓上呼叫注銷 3 上 3 樓上呼叫注銷 4 上 4 樓下呼叫注銷 3 下 3 樓下呼叫注銷 2 下 2 樓下呼叫注銷 基于單片機的電梯控制系統(tǒng) 第 22 頁（共 40 頁） 距離優(yōu)先測試 同一方向有多個按鈕呼叫時，優(yōu)先響應(yīng)最近的樓層。測試初始時，電梯位于任一層，如二樓。此時三樓和四樓分別向上呼叫。測試結(jié)果：先響應(yīng)三樓呼叫，再響應(yīng)四樓呼叫。 結(jié)論：電梯具有距離優(yōu)先響應(yīng)的功能，當(dāng)多層同方向呼叫，首先響應(yīng)距離當(dāng)前樓層較近的呼 叫，符合系統(tǒng)設(shè)計要求。 各按鈕呼叫時指示燈顯示正常，電梯響應(yīng)該按鈕的呼叫后，其指示燈應(yīng)自動熄滅。 綜合測試 測試條件：電梯位于 1 樓，進入三人，其中一人要到 3 樓，另兩人到 4 樓。電梯運行后， 3 樓和 4 樓有人向上呼叫， 3 樓有人向下呼叫到 1 樓。 測試結(jié)果： 表 3 綜合測試 測試結(jié)論：系統(tǒng)具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先的功能，基本模擬了實際電梯運行，完成題目設(shè)計指標(biāo)。 演示測試 測試條件：按下電梯啟動按鍵，然后按下演示按鍵，當(dāng)電梯運行至五樓，第二次按下演示按鍵。 停止樓層 電梯 方向顯示 3 上 3 樓內(nèi)部和向上呼叫注銷，內(nèi)部 4 樓呼叫 4 上 4 樓向上呼叫注銷 3 下 3 樓向下呼叫注銷，內(nèi)部 1 樓呼叫 1 下 內(nèi)部 1 樓呼叫注銷 系統(tǒng)測試 第 23 頁（共 40 頁） 測試結(jié)果： 表 4 演示測試 測試結(jié)論：該測試比較完整的演示了電梯具有的性能，實現(xiàn)了多層呼叫請求的排序，對電梯進行運動控制，同時測試了樓層以及運行信息顯示，指示燈狀態(tài)信息的變化，經(jīng)測試，電梯實現(xiàn)了系統(tǒng)要求。 停止樓層 電梯 方向顯示 2 上 2