【正文】 件進(jìn)行仿真調(diào)試。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 利用 AT89S52 單片機(jī)作為電梯控制系統(tǒng)的檢測(cè)和控制核心， L298 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，鍵盤(pán)掃描，串口通信及外部接口電路設(shè)計(jì)電梯系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)基本的電梯升降功能，電梯內(nèi)有意外聲光報(bào)警，有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等功能。 系統(tǒng)功能 電梯停在 1F 或 2F 時(shí)，按 3F 按鈕呼叫，電梯上升到 3F 才停止 電梯停在 2F 或 3F 時(shí)，按 1F 按鈕呼叫，電梯下降到 1F 才停止 電梯停在 1F 時(shí)，按 2F 按鈕呼叫，電梯上升到 2F 停止 電梯停在 3F 時(shí)，按 2F 按鈕呼叫，電梯下降到 2F 停止 電梯停在 1F 時(shí)， 2F 和 3F 均有按鈕呼叫，電梯先上升到 2F，暫停 2S，然后上升到 3F 停止 電梯停在 3F 時(shí)， 2F 和 1F 均有按鈕呼叫，電梯先下降到 2F，暫停 2S，然后下降到 1F 停止 電梯上升或下降途中，任何反方向按 鈕呼叫均無(wú)效 每層樓之間到達(dá)時(shí)間應(yīng)在 12S 內(nèi)完成，否則電梯停機(jī) 電梯內(nèi)有意外，有聲光報(bào)警 有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)（選做） 總體方案 圖 是系統(tǒng)的總體框圖，由圖將系統(tǒng)分成七個(gè)部分分別設(shè)計(jì)論證。第二部分是單片機(jī)和人機(jī)接口模塊，包括括單片機(jī)最小系統(tǒng)、 ISP 下載口及電源；第三部分是顯示模塊，由共陰極八段數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)樓層顯示；第四部分是聲光報(bào)警模塊，由一個(gè) LED 和一個(gè)蜂鳴器組成，實(shí)現(xiàn)電梯意外聲光報(bào)警功能。 圖 系統(tǒng)總框圖 2 設(shè)計(jì)論證 上節(jié)已經(jīng)將系統(tǒng)的主要組成列舉，以下將除軟件系統(tǒng)的部分進(jìn)行分別論證。 主控芯片選擇 方案一： 繼電器控制方案。 電梯繼電器控制的缺點(diǎn)： (1)系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高； (2)普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制 功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高； (3) 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高； (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大； 單片機(jī) 呼叫輸入 顯示 聲光報(bào)警 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 直流電機(jī) 電梯模型 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 第 4 頁(yè) 共 33 頁(yè) (5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大。 總之，電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘客人員帶來(lái)不便和驚擾。所以目前電梯的繼電器控制已經(jīng)很少使用了。這種方案是使用多片 AT89S52 單片機(jī)，其中一片作為核心控制控制芯片，另外設(shè)置了轎廂控制系統(tǒng)，控制轎廂的開(kāi)關(guān)，每一層的控制系統(tǒng)分別由一個(gè)單片機(jī)來(lái)控制，然后通過(guò)單片機(jī)主機(jī)和從機(jī)之間串口通訊，實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的控制。所以根據(jù)功能要求需要選用 6 片 AT89S52 單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)該電梯的功能。 方案 三 ：采用 CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）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。幾乎所有應(yīng)用中小規(guī)模通用 數(shù)字集成電路 的場(chǎng)合均可應(yīng)用 CPLD 器件。 方案 四 ：用一片 AT89S52 單片機(jī)為主控制器的方案，即用一個(gè) AT89S52 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)、聲光報(bào)警、目的樓層指示燈等，并實(shí)現(xiàn)與PC 機(jī)進(jìn)行串口通信，用 LABVIEW 在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，同時(shí) AT89S52 對(duì)以上所有的信號(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。 權(quán)衡以上方案的分析，采用方案 四 。點(diǎn)陣式液晶顯示器屬于 低功耗、低電壓驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)空間小、有效面積大、構(gòu)造簡(jiǎn)單 器件，不僅可以 顯示各種字符、 數(shù)字，還可以顯示各種 圖形 、曲線 和漢字 ,可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右 第 5 頁(yè) 共 33 頁(yè) 滾動(dòng)，并且具有動(dòng)畫(huà)、翻轉(zhuǎn)、閃爍燈功能，用途十分廣泛， 但相對(duì)于八段數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，其價(jià)格較貴，驅(qū)動(dòng)電路及編程復(fù)雜。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，顯示清晰，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 但是 LED 點(diǎn)陣顯示價(jià)格相對(duì)高，編程控制比 較復(fù)雜，硬件電路也較麻煩。 聲光報(bào)警模塊 本作方案一：采用美國(guó) ISD 公司的 2590 語(yǔ)音芯片，該語(yǔ)音芯片錄放時(shí)間為 90 秒。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 內(nèi)有意外情況時(shí)，蜂鳴器響，提示乘客有意外情況。 以上兩種方案中，選擇方案二 。步進(jìn)電機(jī) 可實(shí)現(xiàn)精確定位控制，廣泛應(yīng)用于位移精確定位系統(tǒng)中，但是控制相對(duì)于直流電機(jī)較復(fù)雜。常用的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步，角度轉(zhuǎn) 176。 但步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是一個(gè)高速重復(fù)的 “ 啟 — 停 — 啟 — 停 ” 過(guò)程，所以轉(zhuǎn)動(dòng)平滑性不如 直流電機(jī) 。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。 第 6 頁(yè) 共 33 頁(yè) 此題目中電機(jī)要帶動(dòng)的負(fù)載，對(duì)升降精度要求不是很高，所以采用方案二 。 UA 和 UB 是互補(bǔ)的雙極性或單極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)， TTL 電平。當(dāng)四個(gè)功率開(kāi)關(guān)全用 NPN 晶體管時(shí)，需要解決兩個(gè)上橋臂晶體管 (BG1 和 BG3)的基極電平偏移問(wèn)題。但電阻 R 上的損耗較大，所以也只能在小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用。 方案二：采用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片 L298。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流 為 2A；額定功率 25W。使用 L298 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片內(nèi)部包含有兩個(gè)集成 H 橋，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路 5 到 24 伏范圍電源的直流電機(jī)，且電路及控制簡(jiǎn)單。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 矩陣鍵盤(pán)電路 矩陣鍵盤(pán)電路如圖 所示： 由于輸入電路所需按鍵比較多， AT89S52 單片機(jī)的 I/O 接口有限，為了節(jié)省 AT89S52單片機(jī)的 I/O 口，故選用行列式矩陣鍵盤(pán)。電路如圖 所示， P20 P27 是接單片機(jī)的 P2 端口，單片機(jī)采用行和列掃描法來(lái)判別這 16 個(gè)按鍵中哪個(gè)鍵按下，并將其信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存，然后根據(jù)每個(gè)按鍵設(shè)置的功能來(lái)通過(guò) AT89S52 單片機(jī) 控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止，從而控制電梯的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)電梯只是個(gè)模型，此功能沒(méi)有具體的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)； S17：電梯內(nèi)部開(kāi)門(mén)按鍵，控制電梯開(kāi)門(mén)。 單片機(jī)和人機(jī)接口模塊 復(fù)位電路：如右圖 所示 ， AT89S52 單片機(jī)的復(fù)位 是由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。此處， R1 取 200Ω，但是 R2的取值一般為 4 倍的 R1，既必須是 800Ω 以上。在系統(tǒng)工作時(shí)，中間電平會(huì) 被 自動(dòng)判斷，不受邏輯控制。 時(shí)鐘電路：系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體諧振器以及電容C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，一般訂購(gòu)晶振時(shí)候供貨方會(huì)問(wèn)你負(fù)載電容是多少。此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容經(jīng)驗(yàn)值約為 22μF。使用與標(biāo)準(zhǔn) JTAG 口兼容的雙排 2*5插座，故為了節(jié)省空間，單片機(jī) ISP編程接口與 FPGA的 JTAG 編程連接口使用同一個(gè)插座。 顯示電路設(shè)計(jì) 圖 樓層顯示電路 本電路采用數(shù)碼管顯示電梯所到達(dá)的樓層數(shù)，數(shù)碼管采用共陰極由單片機(jī)的 P0 口 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) 控制。本設(shè)計(jì)接 的排阻，上接 +5V電壓，數(shù)碼管初 始化顯示為 1，當(dāng)電梯運(yùn)行到某一層時(shí)，電梯顯示該樓層，而當(dāng)電梯運(yùn)行到兩樓層之間時(shí)，數(shù)碼管顯示為前一樓樓層。 LED 外接 +5V 電壓，通過(guò) 1K的電阻進(jìn)行限流，通過(guò) 口控制電平的高低來(lái)控制 LED 燈的亮和滅。本設(shè)計(jì)中當(dāng)有突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，按下 S16 按鍵，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)二極管將點(diǎn)亮。通過(guò)單片機(jī)I/O 口輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)點(diǎn)擊進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速點(diǎn)擊的大電流要求。電機(jī)的控速可通過(guò) PWM 調(diào)節(jié)脈寬實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在本設(shè)計(jì)中放置兩個(gè)接線相反的 LED 燈，用來(lái)指示電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。每個(gè)發(fā)光二極管正極接 +5V電壓，同時(shí)每個(gè)發(fā)光二極管用 1K 的電阻進(jìn)行限流，防止電流過(guò)大，損壞發(fā)光二級(jí)管。其主要作用是用來(lái)將普通 5V的 TTL 電平轉(zhuǎn)為 10V串口通信電平。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DP9 插頭； DP9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從R1OUT、 R2OUT 輸出。 15 腳 DNG、 16 腳 VCC（ +5v）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè) 25 個(gè)腳的 DB25 連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。因此現(xiàn)在 都 把 RS232 接口叫做 DB9。本設(shè)計(jì)通過(guò)此串口與 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在 PC 機(jī)上通過(guò)LABVIEW 對(duì)電梯的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。從而來(lái)控制控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制電梯的運(yùn)行。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)包括一下幾部分： 軟件主流程圖如圖 所示： 第 13 頁(yè) 共 33 頁(yè) 圖 軟件流程圖 鍵盤(pán)掃描 選擇去向 電梯運(yùn)行 判斷電梯位置 發(fā)送樓層標(biāo)志位 顯示樓層 鍵盤(pán)掃描 同向呼叫 是否在呼叫 至呼叫層 開(kāi)門(mén) 延時(shí)兩秒且鍵盤(pán)掃描 關(guān)門(mén) 啟動(dòng) 初始化 鍵盤(pán)掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化判斷電梯位置鍵盤(pán)掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化發(fā)送樓層標(biāo)志位判斷電梯位置鍵盤(pán)掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化顯示樓層發(fā)送樓層標(biāo)志位判斷電梯位置鍵盤(pán)掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化鍵盤(pán)掃描 同向呼叫是否在呼叫顯示樓層 發(fā)送樓層標(biāo)志位判斷電梯位置 鍵盤(pán)掃描 選擇去向 電梯運(yùn)行 啟動(dòng)初始化選層 至呼叫層 開(kāi)門(mén)延時(shí)兩秒且鍵盤(pán)掃描關(guān)門(mén)鍵盤(pán)掃 描同向呼叫是