【正文】 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 假設(shè)我在 4 樓，現(xiàn)在我要到 1 樓去，我按下 4 樓下召喚按鈕，然后電機反轉(zhuǎn)，電梯到達 4樓，圖片如下： 圖 43 調(diào)試圖片 進入門后，按下 1樓按鍵，電梯運行，圖片如下： 圖 44 調(diào)試圖片 其他的各個功能也都能正常運行，這樣調(diào)試就好了。還有就是電機只會正轉(zhuǎn)，不會反轉(zhuǎn)，然后找到當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時電流的流向，后來發(fā)現(xiàn)光耦接反了，按照那個接法，光耦內(nèi)的三極管會一直處于斷路狀態(tài)，所以無法驅(qū)動 H 橋內(nèi)的電機。 系統(tǒng)仿真 此次系統(tǒng)仿真用的是 protues進行仿真的，首先用 keil編譯程序產(chǎn)生 hex文件并保存，然后在protues 上畫出仿真圖，導(dǎo)入程序并進行仿真，一開始仿真的時候是使用 L298N 進行仿真的，正在關(guān)門的狀態(tài)顯示不出來，去查了正在關(guān)門的程序，是直接把那個和關(guān)門的程序?qū)懸粯恿耍薷倪^來之后就好了，后來因為設(shè)計的更改，采用了 H橋驅(qū)動電路的仿真仿真圖如下： [7] 圖 41 仿真圖片 硬件調(diào)試 在調(diào)試過程中，一開始的時候蜂鳴器一直不響，一開始以為蜂鳴器是壞的，用萬用表的二極管檔測了之后發(fā)現(xiàn)蜂鳴器能響，然后又看三極管，接法也沒錯誤，最后去檢查了程序的 I/O 口才發(fā)現(xiàn)基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 是 I/O 口定義錯了，本來是應(yīng)該定義 的，程序上寫成了 。 入口 鍵盤掃描 有鍵按下？ 修改請求變量 電梯運行 返回 N Y 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 電梯運行流程圖 當(dāng)有鍵按下，電梯開始運行時，先關(guān)門，然后電梯運行，數(shù)碼管顯示電梯所在位置，當(dāng)?shù)竭_所需樓層時，電梯門打開，并且蜂鳴器發(fā)出聲 音，提示到達。 開始 初始化 掃描鍵盤查詢變量，調(diào)用子程序 電梯運行 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 中斷程 序流程圖 當(dāng)有鍵按下之后，中斷開始，修改變量，然后電機開始轉(zhuǎn)，電梯運行，當(dāng)電梯到達所需樓層后，中斷結(jié)束，電梯開始開門，同時蜂鳴器發(fā)出聲音提示到達。 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 第三章 電梯系統(tǒng)的控制程序設(shè)計 程序流程圖 主程序流程圖 當(dāng)電梯上電了之后，程序開始執(zhí)行，數(shù)碼管顯示為 1樓，同時開始掃描鍵盤，判斷是否有按鍵按下，當(dāng)有按鍵按下后，根據(jù)按鍵修改變量，然后電梯運行，同時數(shù)碼管顯示相應(yīng)樓層，當(dāng)?shù)诌_所需樓層樓層后，開始開門，同時蜂鳴器發(fā)出聲音，提示已到達。反之，電機反轉(zhuǎn)。所以電機可以運轉(zhuǎn)。所以左邊的光耦 C 腳輸入低電平，右邊的光耦內(nèi)的三極管不導(dǎo)通。下面，我們用一個例子來解釋下 H橋電路的工作原理。在橋路左邊加了 一個 NPN三極管 Q12和 PNP三極管 Q8，右邊也同樣加了 Q7 和 Q11,可以更有效的控制和保護電路。電路得名于“ H 橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母 H。光耦在電路中一左一右兩個，給左邊的光 耦輸入低電平了，那右邊的就是要輸入高電平，這樣才能 維持電機的運轉(zhuǎn)，這個在下面的 H 橋電路設(shè)計中會解釋。假如芯片給二極管正極的是低電平，此時二極管導(dǎo) 通，然后三極管也導(dǎo)通，因為發(fā)射極是接地的 ，所以集電極端也是低電平。 如上圖，二極管負極接 VCC，二極管正極接單片機 I/O口，發(fā)射極接地，集電極接入 H橋電路。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦 合、驅(qū)動電路 開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、 脈沖放 大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大 、固態(tài)繼電器 (SSR）、儀器儀表、通信設(shè)備及微機接口中。光耦的主要作用 就是強弱電的隔離，因為單片機是小功率的芯片，而電機是大功率的 ，所以光耦可以有效的起到隔離作用。但是剛好有同學(xué)也是用 H 橋驅(qū)動電機的，所以就加了光耦。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管 LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。在實物制作中，在 7805上安裝了散熱器，為了防止溫度過高時，穩(wěn)壓性能變差。用 78/79系列三端穩(wěn)壓 IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。這里的電阻選擇 1K 跟上面講到的發(fā)光二極管的電阻選擇一樣，都 是限流的。 用一個電源適配器直接將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成9V，然后接入板子上，一開始的設(shè)計是用兩個電 源，將單片機跟電機的電源分開，但考慮到了 經(jīng)濟性和實用性，用了這個模塊，只需一個電源輸 入即可。因為蜂鳴器正極接 VCC，串聯(lián)的電阻選擇 1k，根據(jù)公式可以算出 I/O的電流為 5mA，再加上蜂鳴器的內(nèi)阻，電流小于 5mA，可以保證 I/O口不被燒壞。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用，該三極管的放大倍數(shù)在 150200之間。三極管在蜂鳴器上的作用是放大聲音信號。因為發(fā)光二極 管接的是 5V 電源，所以限流電阻分到 3V左右的壓降，發(fā)光二極管的工作電流通常是 2 mA5mA,所以選擇了 1k的電阻，根據(jù)電阻公式是 R=（ U－ Uf）／ I，可以算出 R=(52)/（ ~） =(600~1500) Ω ,所以電阻就選擇了 1K的，這樣的電流是 3mA，發(fā)光二極管可以正常工作。接在 。這三盞燈的功能就是為了提示，不做任何 模擬，還有三盞燈分別接在 ， ， 。 一般工作電流為 5 mA 10 mA,所以（ ） /R=I,所以 R=(230Ω 460Ω )，所以限流電阻選擇了 360Ω的。當(dāng)然，數(shù)碼管用了 103排阻，用作上拉電阻，（ 103=10*10^3=10000=10K 歐姆）并且也加了 360Ω的電阻用來限流。但不能太小，防止灌電流過大。將輸出口保持在高電平狀態(tài)。 圖 22 按鍵模塊的電路 左邊六個按鍵分別對應(yīng)門內(nèi)四層樓 的召喚和開關(guān)門，右邊六個按鍵分別對應(yīng)門外 1 樓到樓的召喚，這些按鍵一邊接地，一邊接單片機的 I/O 口，這樣就可以用低低電平去判斷，然后執(zhí)行對應(yīng)鍵的操作函數(shù)。 XTAL2（ 18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端 [1]。在 Flash編程期間，也接收 12伏 VPP電壓。注意加密方式 1時，將內(nèi)部鎖定位 RESET。 /VPP（ 31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。 （ 29引腳）：外部程序存儲器選通信號是外部程序存儲器選通信號。否則， ALE將被微弱拉高。 如果需要，通過將地址位 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無效。 在一般情況下， ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。 ALE/（ 30引腳）：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8位地址的輸出基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 脈沖。特殊寄 存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO位可以使此功能無效。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復(fù)位初始化操作。 在對 Flash ROM編程或程序校驗時， P3還接收一些控制信號。對端口寫入 1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 P3端口（ ～ ， 10～ 17引腳）： P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 “ MOVX R1” 指令）時， P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中的 P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會 改變。 P2作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個 TTL輸入。 P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。 P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4個 TTL輸入。驗證時，要求外接上拉 電阻。此時， P0口內(nèi)部上拉電阻有效。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8個 TTL負載，對端口 P0寫入 “ 1” 時，可以作為高阻抗輸入。 (7)ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 （ 8）具有 EEPROM功能 （ 9）具有看門狗功能 (10)共 3個 16位定時器 /計數(shù)器。 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第二章 電梯系統(tǒng)控制電路設(shè)計 單片機 STC89C52 的介紹 單片機 STC89C52 的特點 STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機， 12時鐘 /機器周期和 6時鐘 /機器周期可以任意選擇。 方案二 用 H橋驅(qū)動電路驅(qū)動電機，通過 H橋三極管的通斷來控制電機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 2． 轉(zhuǎn)速可調(diào) 3． 抗干擾能力強 4． 具有過電壓和過電流保護 5． 可單獨控制兩臺直流電機 6． 可單獨控制一臺步進電機 7． PWM脈寬平滑調(diào)速 8． 可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 輸入信號端 IN1接高電平輸入端 IN2接低電平，電機 M1正轉(zhuǎn)。使用 L298N 芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達 46V；輸出電 流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續(xù)工作電流為 2A；額定功率 25W。 系統(tǒng)方案論證 此次設(shè)計驅(qū)動電機部分有以下兩種方案。當(dāng)我們需要乘坐電梯時，會在 ，門外召喚電梯，當(dāng)電梯到達人所在樓層后，電 梯開門，人進入電梯，然后選擇要到達的樓層 ，之后電梯開始關(guān)門，然后運行到所需樓層。電源模塊中的 9V電壓與 5V 電壓分別模擬驅(qū) 動大功率電機和小功率芯片。電源模塊是分別給單片機和 H橋驅(qū)動電機供電。判斷按鍵電路引起電平的 改變發(fā)送到單片機，通過單片機輸出信號控制 電機控制電路，報警電路，顯示電路和燈光模擬電路 。最小系統(tǒng)為單片機提供時 鐘信號和復(fù)位功能。 芯片一旦檢測到某樓層的按鍵被按下，就會在對應(yīng)端口驅(qū) 動電機來到該樓層，并延遲幾秒，等人進入電 梯后，關(guān)門，去到要去的樓層。硬件設(shè)計簡單可靠，結(jié)合軟件，基本實現(xiàn) 了四層電梯運行的模擬。 單片機控制電動機轉(zhuǎn)動，控制電梯停在目標樓層，電動機控 制部分采用 H橋驅(qū)動。在整個過程中，數(shù)碼管會顯示樓層數(shù)。 硬件部分主要由單片機最小系統(tǒng)模塊、按鍵模 塊、電動機驅(qū)動模塊、報警模塊，樓層顯示模塊，電源模塊等 6 部分組成。 基于單片機控制的電梯可以大大的降低成本而且運行也較可靠，所 以現(xiàn)在電梯控制中大多數(shù)采用單片機控制 [8]。因此電梯廠也在不斷的改進設(shè)計，修改工藝，電梯常 用的控制技術(shù)主要的有兩種技術(shù)：基于 PLC 控制和基于單片機控制兩大技術(shù)。因此 電梯在我們的生活 中的作用越來越大。利用單片機控制電梯有成本低，通用性強，靈活性大及易于實現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點。 電梯是集機械原理應(yīng)用、電 氣控制技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)分支于一體的機電設(shè)備，它是建筑中的永久垂直交通工具。 畢業(yè)設(shè)計（論文） （ 2020 屆） 題 目 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)教師 院 別 工 學(xué) 院 班 級 自 動 化 學(xué) 號 姓 名 二〇一三年四月二日 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 基于單片機的模擬電梯系統(tǒng)設(shè)計 麗水學(xué)院 2020 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 摘要 單片機即單片微型計算機（ SingleChip Microputer ），是集 CPU ,RAM ,ROM ,定時，計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中