【正文】 紅外發(fā)射對(duì)管檢測(cè)電梯層數(shù) 。當(dāng)接通電源時(shí)，紅外線發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到特定位置（即樓層位置），紅外線接收頭接收到紅外線輸出發(fā)生變化，單片機(jī)通過(guò)紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 6 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 基于上述方案的分析，選擇方案二。點(diǎn)陣式液晶顯示器屬于低功耗器件，但其價(jià)格較貴。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，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 聲音提示模塊 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)。 以上兩種方案中，選擇方案二。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，步進(jìn)電機(jī)不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移。在應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息，升降精度很高。這樣，載流線圈在磁場(chǎng)中就會(huì)一直地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。 此題目中電機(jī)要帶動(dòng)的負(fù)載較大，對(duì)升降精度要求不是很，所以采用方案二。 方案一： 小功率驅(qū)動(dòng)電路可以采用如圖 2 所示的 H 橋開(kāi)關(guān)電路。開(kāi)關(guān)晶體管的耐 壓應(yīng)大于 倍 Us 以上。圖 3 中 H 橋開(kāi)關(guān)電路利用兩個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)了上橋臂晶體管的電平偏移。 圖 2 H 橋開(kāi)關(guān)電路 (Ⅰ ) 圖 3 H 橋開(kāi)關(guān)電路 (Ⅱ ) 方案二：采用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片 L298，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)。 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 8 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 3 硬件設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的基本思想是采用 AT89S52 單片機(jī)作為核心，利用其豐富的 I/O 接口與外圍電路配合進(jìn)行控制。采用行列式鍵盤(pán)矩陣作為外呼內(nèi) 選電路，由于是 5 層樓，故選用4 4 矩陣鍵盤(pán)，鍵盤(pán)矩陣共 16 個(gè)按鍵，其中 8 個(gè)按鍵是各層樓外呼按鍵， 5 個(gè)表示電梯內(nèi)部的選擇鍵，另外設(shè)有緊急停止按鍵，啟動(dòng)按鍵和電梯演示按鍵。 電梯的系統(tǒng) PCB 圖見(jiàn)附錄二圖 2圖 23。該電梯間豎井模型每隔 20cm 自下向上分成 5 層，其樓層編號(hào)如圖所示。時(shí)鐘電路如圖 3（右）所示：晶振采用的是 12MHZ 的， C C2 為 30p 瓷片電容， XATL2 和 XATL1分別為單片機(jī)的 18 和 19 腳。本電路采用的是 4 鍵盤(pán)矩陣。 鍵盤(pán)電路如圖 7 所示： 圖 7 鍵盤(pán)電路 各按鈕開(kāi)關(guān)說(shuō)明： 按鈕開(kāi)關(guān) 1：轎廂內(nèi)一樓呼叫開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān) 2：轎廂內(nèi)二樓呼叫開(kāi)關(guān)； 按鈕開(kāi)關(guān) 3：轎廂內(nèi)三樓呼叫開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān) 4：轎廂內(nèi)四樓 呼叫開(kāi)關(guān)； 顯示電路 數(shù)碼管顯示，電梯的基本功能具備顯示電梯當(dāng)前的樓層，所以設(shè)計(jì)中在轎廂和每個(gè)樓層中都設(shè)置了一個(gè)數(shù)碼顯示管，用來(lái)顯示當(dāng)前電梯所在的層數(shù)，數(shù)碼管顯示電梯所到達(dá)的樓層數(shù)。 圖 8 顯示部分接線圖 硬件設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 電機(jī)正反轉(zhuǎn)指示 在本次設(shè)計(jì)中電機(jī)正反轉(zhuǎn)用兩個(gè)發(fā)光管來(lái)表示，如圖 9 所示：用單片機(jī)的 P1 口做輸出口來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，其中 L1 亮表示電機(jī)正轉(zhuǎn)、 L2 亮表示電機(jī)反轉(zhuǎn)、 L3 亮表示電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)電梯開(kāi)門(mén)。 圖 9 電機(jī)狀態(tài)指示 電源模塊 本系統(tǒng)采用 L7805 穩(wěn)壓電路提供電壓 +5V，對(duì)各部分電路供電，電源可以采用USB 接口的方式輸入，也可以采用標(biāo)準(zhǔn)的電源輸入頭輸入，另外電源可以直接通過(guò)P13 口對(duì)電機(jī)進(jìn)行供電。大電流的輸出，散 熱片的尺寸要足夠大，否則會(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿； 輸入輸出壓差也不能太小，太小效率很差。單片機(jī)通過(guò)紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。 調(diào)整發(fā)射管的限流電阻（ 200 Ω），可以調(diào)整靈敏度，但是注意不能讓電流超過(guò) 50mA，以免燒毀發(fā)射管。此電阻阻值不能太小，否則高電平輸出會(huì)達(dá)不到 。只要在紅外線發(fā)射－接收管前插入一件對(duì)紅外光有無(wú)反射作用的物質(zhì)，圖示的輸出端口“ OUT”的電平立即從高變成低。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用常用的 H 橋電路，如下圖所示。 口為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，當(dāng) 為高電平時(shí)， Q Q2 管導(dǎo)通，并通過(guò)電機(jī)構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)電梯的反轉(zhuǎn)，當(dāng)其為低電平時(shí)，Q Q4 管導(dǎo)通，通過(guò)電機(jī)構(gòu)成了 H 橋的另一邊反向回路，實(shí)現(xiàn)了電梯的正轉(zhuǎn)，從而完成電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。 仿真圖如圖 13 所示： 硬件設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè)（共 40 頁(yè)） P 2 4P 2 5123U 1 : A7 4 0 8456U 1 : B7 4 0 89108U 1 : C7 4 0 8121311U 1 : D7 4 0 8Q 1 ( E )U1: A ( Y )() Q 5 ( C)U1: D( Y )U1: C( Y )U1: B ( Y )D1( K )Q3T 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(jí)管。由于單片機(jī) IO 口資源有限，我們通過(guò) 74HC573 鎖存器實(shí)現(xiàn)電梯外部的八個(gè)發(fā)光二極管與矩陣鍵盤(pán)的 P3 口復(fù)用，通過(guò) 選通，當(dāng)需要對(duì)八個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行操作時(shí)，需要先將 置 1 進(jìn)行選通，改變 P3 口數(shù)值，再置 0 對(duì) P3 進(jìn)行鎖存。由于這個(gè)部分要求電梯的任何運(yùn)行狀況下都要有效，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，我們將此作為一個(gè)獨(dú)立的模塊。故鍵盤(pán)矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重要一部分，另 外要把鍵盤(pán)掃描到的各層的按鍵信息存儲(chǔ)起來(lái)，然后和電梯的運(yùn)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(shí)電機(jī)停止，此時(shí)即可進(jìn)、出乘客，乘客進(jìn)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(yùn)行。 由于本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)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(kāi)中斷等。 軟件設(shè)計(jì)思想： 采用模塊化的分層次設(shè)計(jì)方法，將軟件系統(tǒng)功能由多個(gè)實(shí)現(xiàn)單一功能的子程序?qū)崿F(xiàn)。這樣便于調(diào)試、修改。在本設(shè)計(jì)中，可以把程序的各部分相互結(jié)合起來(lái)，達(dá)到完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)的功能。 開(kāi) 始初 始 化啟 動(dòng)緊 急 停 止功 能 演 示按 鍵 查 詢樓 層 檢 測(cè)樓 層 、 方向 顯 示電 梯 邏 輯 控 制電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 動(dòng)YNN 演示子程序YNY 圖 16 主 程序 流程圖 電梯的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)包括一下幾部分：電梯邏輯控制模塊、電梯運(yùn)行模塊、鍵盤(pán)掃描模塊、樓層顯示模塊、指示燈關(guān)閉模塊、樓層檢測(cè)模塊、電梯功能演示模塊、電梯緊急停止模塊。而將呼叫信號(hào)轉(zhuǎn)化為響應(yīng)隊(duì)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(jiàn)附錄一 ,邏輯框圖如圖 18 所示： 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 18 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 圖 18 電梯運(yùn)行邏輯圖 鍵盤(pán)掃描、樓層檢測(cè) 鍵盤(pán)掃描采用 行掃描法 ， 行掃描法又稱(chēng)為逐行掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法 。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤(pán)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(gè)按鍵之中。 然后 判斷閉合鍵所在的位置 ， 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀 態(tài)。 在確定各閉合按鍵后，對(duì)于每一個(gè)按鍵返回一個(gè)固定鍵值。程序源代碼見(jiàn)附錄一 。 軟件 設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 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(hào)清空，呼叫指示信號(hào)燈熄滅，同時(shí)電梯向一樓方向運(yùn)行， 蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)電梯運(yùn)行到一樓，停止報(bào)警，等待電梯重新啟動(dòng)信號(hào)。 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(jì)了一個(gè)演示功能按鍵，當(dāng)電梯啟動(dòng)后，第一次按下演示按鍵時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成二樓、三樓、四樓的向上呼叫信號(hào)，以及五樓的向下呼叫信號(hào)，相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，系統(tǒng)按照此呼叫隊(duì)列運(yùn)行；第二次按下演示按鍵時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成四樓、三樓、二樓向下呼叫信號(hào)，以及一樓的向上呼叫信號(hào)，同時(shí)相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，系統(tǒng)按照此隊(duì)列運(yùn)行。 程序中位操作問(wèn)題分析 由于 系統(tǒng)顯示、控制信號(hào)較多，管腳多處復(fù)用，在程序里幾處需要對(duì)單片機(jī)的某一個(gè)端口進(jìn)行位操作，并且不能改變其他管腳的值，下面進(jìn)行分別分析。程序源代碼見(jiàn)附錄一 。這就需要對(duì)八個(gè)指示燈當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)存，并將位賦值轉(zhuǎn)化為端口賦值的方式。 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 20 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 5 系統(tǒng)測(cè)試 由于所設(shè)計(jì) 的基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部份 , 仿真時(shí)先對(duì)軟件進(jìn)行編譯，然后再將已編譯無(wú)誤的軟件結(jié)合硬件在一起進(jìn)行仿真，完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真工作。首先分別調(diào)試各個(gè)功能程序，再對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，以便修改錯(cuò)誤碼。 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(duì)話框，找到 文件，單擊確定 .完成添加文件，單擊 OK 退出。 系統(tǒng)測(cè)試 方向優(yōu)先測(cè)試 電梯按某方向運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)該運(yùn)行方向的按鈕； 測(cè)試初始時(shí)，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。 測(cè)試結(jié)果： 表 1 方 向優(yōu)先測(cè)試 結(jié)論：系統(tǒng)在向上運(yùn)行時(shí)候，優(yōu)先相應(yīng)各樓層的向上呼叫信號(hào)，不響應(yīng)向下的呼叫信號(hào)，向下運(yùn)行時(shí)相反，符合設(shè)計(jì)要求。測(cè)試初始時(shí)，電梯位于任一層，如二樓。測(cè)試結(jié)果：先響應(yīng)三樓呼叫，再響應(yīng)四樓呼叫。 各按鈕呼叫時(shí)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(dòng)熄滅。電梯運(yùn)行后， 3 樓和 4 樓有人向上呼叫， 3 樓有人向下呼叫到 1 樓。 演示測(cè)試 測(cè)試條件：按下電梯啟動(dòng)按鍵，然后按下演示按鍵，當(dāng)電梯運(yùn)行至五樓，第二次按下演示按鍵。 停止樓層 電梯 方向顯示 2 上 2 樓向上注銷(xiāo) 3 上 3 樓向上注銷(xiāo) 4 上 4 樓向上注銷(xiāo) 5 下 5 樓向下注銷(xiāo) 4 下 4 樓向下注銷(xiāo) 3 下 3 樓向下注銷(xiāo) 2 下 2 樓向下注銷(xiāo) 1 上 1 樓向上注銷(xiāo) 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng) 第 24 頁(yè)（共 40 頁(yè)） 6 小結(jié)與展望 經(jīng)過(guò)認(rèn)真的選擇和設(shè)計(jì)，最終完成了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)大部分功能的電梯控制系統(tǒng) 。它能實(shí)現(xiàn)實(shí)際客運(yùn)電梯系統(tǒng)的絕大部分功能，包括：門(mén)廳呼叫功能，轎廂內(nèi)選層功能，樓層實(shí)時(shí)顯示，電梯自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)功能，智能初始化功能，緊急停車(chē)功能，系統(tǒng)演示功能。單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)后它的外圍電路、擴(kuò)展電路以及一些通訊都是至關(guān)重要的，只有完善單片機(jī)的外部 電路才能保證單片機(jī)能正常有效的工作。再次，而且在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅在學(xué)習(xí)上有了很大的提高對(duì)于我的意志力也得到了很好的鍛煉。 （ 2）優(yōu)化電梯選向功能，使之隨客流量的變化而改變，達(dá)到高效運(yùn)送乘客的目的。 （ 4）完善電梯各個(gè)模塊功能，如門(mén)控電機(jī)模塊，重力檢測(cè)模塊，電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)，使電梯模型安全性更高，運(yùn)行更加穩(wěn)定。 小結(jié)與展望 25 參考文獻(xiàn) [1] 謝自美主編 《電子線 路設(shè)計(jì) .實(shí)驗(yàn) .測(cè)試（第二版）》 華中科技大學(xué)出版社 2021 年 [2] 李建忠編著 《單片機(jī)原理及運(yùn)用》 西安電子科技大學(xué)出版社 2021 年 [3] 馮建華 趙亮編著 《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)》 人民郵電出版社 2021 年 [4] 吳金戌 沈慶陽(yáng) 郭庭吉《 8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用》清華大學(xué)出版社， 2021 [5] 張齊 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