【正文】 件進行仿真調(diào)試。 1 系統(tǒng)設(shè)計要求 利用 AT89S52 單片機作為電梯控制系統(tǒng)的檢測和控制核心， L298 芯片驅(qū)動電機，鍵盤掃描，串口通信及外部接口電路設(shè)計電梯系統(tǒng)， 實現(xiàn)基本的電梯升降功能，電梯內(nèi)有意外聲光報警，有遠程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對電梯狀態(tài)的遠程監(jiān)測等功能。 系統(tǒng)功能 電梯停在 1F 或 2F 時，按 3F 按鈕呼叫，電梯上升到 3F 才停止 電梯停在 2F 或 3F 時，按 1F 按鈕呼叫，電梯下降到 1F 才停止 電梯停在 1F 時，按 2F 按鈕呼叫，電梯上升到 2F 停止 電梯停在 3F 時，按 2F 按鈕呼叫，電梯下降到 2F 停止 電梯停在 1F 時， 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， 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 鈕呼叫均無效 每層樓之間到達時間應(yīng)在 12S 內(nèi)完成，否則電梯停機 電梯內(nèi)有意外，有聲光報警 有遠程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對電梯狀態(tài)的遠程監(jiān)測（選做） 總體方案 圖 是系統(tǒng)的總體框圖，由圖將系統(tǒng)分成七個部分分別設(shè)計論證。第二部分是單片機和人機接口模塊，包括括單片機最小系統(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)碼管來實現(xiàn)樓層顯示；第四部分是聲光報警模塊，由一個 LED 和一個蜂鳴器組成，實現(xiàn)電梯意外聲光報警功能。 圖 系統(tǒng)總框圖 2 設(shè)計論證 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： (1)系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，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現(xiàn)較復雜的控制 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) 電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，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，機械動作噪音大； 單片機 呼叫輸入 顯示 聲光報警 電機驅(qū)動 直流電機 電梯模型 遠程監(jiān)測 第 4 頁 共 33 頁 (5) 由于線路復雜，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，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)，控制轎廂的開關(guān)，每一層的控制系統(tǒng)分別由一個單片機來控制，然后通過單片機主機和從機之間串口通訊，實現(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 單片機就可以實現(xiàn)該電梯的功能。 方案 三 ：采用 CPLD（復雜可編程邏輯器件）器件作為控制中心，對整個系統(tǒng)的運作進行統(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 的場合均可應(yīng)用 CPLD 器件。 方案 四 ：用一片 AT89S52 單片機為主控制器的方案，即用一個 AT89S52 單片機控制所有的按鍵、數(shù)碼管顯示、電動機的轉(zhuǎn)動、聲光報警、目的樓層指示燈等，并實現(xiàn)與PC 機進行串口通信，用 LABVIEW 在上位機上實現(xiàn)遠程監(jiān)測，同時 AT89S52 對以上所有的信號進行處理。單片機技術(shù)目前較為成熟，自身資源豐富，硬件設(shè)計簡單，成本低，可靠性高，結(jié)合軟件完全可以實現(xiàn)電梯運 行狀況的簡單模擬。 權(quán)衡以上方案的分析，采用方案 四 。點陣式液晶顯示器屬于 低功耗、低電壓驅(qū)動、結(jié)構(gòu)空間小、有效面積大、構(gòu)造簡單 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 ,可以實現(xiàn)屏幕上下左右 第 5 頁 共 33 頁 滾動，并且具有動畫、翻轉(zhuǎn)、閃爍燈功能，用途十分廣泛， 但相對于八段數(shù)碼管來說，其價格較貴，驅(qū)動電路及編程復雜。雖功耗大，但其軟件驅(qū)動簡單，硬件電路調(diào)試方便，價格便宜，亮度大，顯示清晰，能滿足本設(shè)計的要求。 LED 點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。 但是 LED 點陣顯示價格相對高，編程控制比 較復雜，硬件電路也較麻煩。 聲光報警模塊 本作方案一：采用美國 ISD 公司的 2590 語音芯片，該語音芯片錄放時間為 90 秒。它的最大特點在于片內(nèi) E2PROM容量為 480K，所以錄放時間長；有 10 個地址輸入端，尋址能力可達 1024 位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。 方案二：采用蜂鳴提示音提示當轎箱 內(nèi)有意外情況時，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 。步進電機 可實現(xiàn)精確定位控制，廣泛應(yīng)用于位移精確定位系統(tǒng)中，但是控制相對于直流電機較復雜。常用的步進電機每轉(zhuǎn)一步，角度轉(zhuǎn) 176。 但步進電機的旋轉(zhuǎn)是一個高速重復的 “ 啟 — 停 — 啟 — 停 ” 過程，所以轉(zhuǎn)動平滑性不如 直流電機 。直流電機在高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到。 第 6 頁 共 33 頁 此題目中電機要帶動的負載，對升降精度要求不是很高，所以采用方案二 。 UA 和 UB 是互補的雙極性或單極性驅(qū)動信號， TTL 電平。當四個功率開關(guān)全用 NPN 晶體管時，需要解決兩個上橋臂晶體管 (BG1 和 BG3)的基極電平偏移問題。但電阻 R 上的損耗較大，所以也只能在小功率電機驅(qū)動中使用。 方案二：采用集成電機驅(qū)動控制芯片 L298。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。使用 L298 芯片驅(qū)動電機，該芯片內(nèi)部包含有兩個集成 H 橋，能同時驅(qū)動兩路 5 到 24 伏范圍電源的直流電機，且電路及控制簡單。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 矩陣鍵盤電路 矩陣鍵盤電路如圖 所示： 由于輸入電路所需按鍵比較多， AT89S52 單片機的 I/O 接口有限，為了節(jié)省 AT89S52單片機的 I/O 口，故選用行列式矩陣鍵盤。電路如圖 所示， P20 P27 是接單片機的 P2 端口，單片機采用行和列掃描法來判別這 16 個按鍵中哪個鍵按下，并將其信號進行儲存，然后根據(jù)每個按鍵設(shè)置的功能來通過 AT89S52 單片機 控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止，從而控制電梯的運行。本設(shè)計電梯只是個模型，此功能沒有具體的設(shè)計實現(xiàn)； S17：電梯內(nèi)部開門按鍵，控制電梯開門。 單片機和人機接口模塊 復位電路：如右圖 所示 ， AT89S52 單片機的復位 是由外部的復位電路實現(xiàn)的。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位。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，中間電平會 被 自動判斷，不受邏輯控制。 時鐘電路：系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(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，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，一般訂購晶振時候供貨方會問你負載電容是多少。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)驗值約為 22μF。使用與標準 JTAG 口兼容的雙排 2*5插座，故為了節(jié)省空間，單片機 ISP編程接口與 FPGA的 JTAG 編程連接口使用同一個插座。 顯示電路設(shè)計 圖 樓層顯示電路 本電路采用數(shù)碼管顯示電梯所到達的樓層數(shù)，數(shù)碼管采用共陰極由單片機的 P0 口 第 10 頁 共 33 頁 控制。本設(shè)計接 的排阻，上接 +5V電壓，數(shù)碼管初 始化顯示為 1，當電梯運行到某一層時，電梯顯示該樓層，而當電梯運行到兩樓層之間時，數(shù)碼管顯示為前一樓樓層。 LED 外接 +5V 電壓，通過 1K的電阻進行限流，通過 口控制電平的高低來控制 LED 燈的亮和滅。本設(shè)計中當有突發(fā)情況發(fā)生時，按下 S16 按鍵，蜂鳴器會發(fā)出警報，同時二極管將點亮。通過單片機I/O 口輸入改變芯片控制端的電平，即可以對點擊進行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速點擊的大電流要求。電機的控速可通過 PWM 調(diào)節(jié)脈寬實現(xiàn)。同時，在本設(shè)計中放置兩個接線相反的 LED 燈，用來指示電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。每個發(fā)光二極管正極接 +5V電壓，同時每個發(fā)光二極管用 1K 的電阻進行限流，防止電流過大，損壞發(fā)光二級管。其主要作用是用來將普通 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）。該標準規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。因此現(xiàn)在 都 把 RS232 接口叫做 DB9。本設(shè)計通過此串口與 PC 機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在 PC 機上通過LABVIEW 對電梯的狀態(tài)進行實時監(jiān)測。從而來控制控制電機的轉(zhuǎn)動，進而控制電梯的運行。整個軟件設(shè)計包括一下幾部分： 軟件主流程圖如圖 所示： 第 13 頁 共 33 頁 圖 軟件流程圖 鍵盤掃描 選擇去向 電梯運行 判斷電梯位置 發(fā)送樓層標志位 顯示樓層 鍵盤掃描 同向呼叫 是否在呼叫 至呼叫層 開門 延時兩秒且鍵盤掃描 關(guān)門 啟動 初始化 鍵盤掃描選擇去向電梯運行啟動初始化判斷電梯位置鍵盤掃描選擇去向電梯運行啟動初始化發(fā)送樓層標志位判斷電梯位置鍵盤掃描選擇去向電梯運行啟動初始化顯示樓層發(fā)送樓層標志位判斷電梯位置鍵盤掃描選擇去向電梯運行啟動初始化鍵盤掃描 同向呼叫是否在呼叫顯示樓層 發(fā)送樓層標志位判斷電梯位置 鍵盤掃描 選擇去向 電梯運行 啟動初始化選層 至呼叫層 開門延時兩秒且鍵盤掃描關(guān)門鍵盤掃 描同向呼叫是