【正文】 AX232串口電路實現(xiàn)串口通信，來監(jiān)測電梯狀態(tài)等技術(shù)。軟件部分使用keil軟件進(jìn)行C語言程序編寫，用proteus 7軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。1 系統(tǒng)設(shè)計要求利用AT89S52單片機(jī)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(jī)，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(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對電梯狀態(tài)的遠(yuǎn)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(dá)時間應(yīng)在12S內(nèi)完成，否則電梯停機(jī)電梯內(nèi)有意外，有聲光報警有遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對電梯狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測（選做） 總體方案，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(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。電機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)單片機(jī)聲光報警電梯模型遠(yuǎn)程監(jiān)測顯示呼叫輸入 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(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：(1)系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)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(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)及觸點動作速度比較慢，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)械動作噪音大；(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)，控制轎廂的開關(guān)，每一層的控制系統(tǒng)分別由一個單片機(jī)來控制，然后通過單片機(jī)主機(jī)和從機(jī)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(jī)就可以實現(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，對整個系統(tǒng)的運作進(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AT89S52單片機(jī)控制所有的按鍵、數(shù)碼管顯示、電動機(jī)的轉(zhuǎn)動、聲光報警、目的樓層指示燈等，并實現(xiàn)與PC機(jī)進(jìn)行串口通信，用LABVIEW在上位機(jī)上實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，同時AT89S52對以上所有的信號進(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(fù)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(fù)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(dá)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(dāng)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(jìn)電機(jī)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(jī)較復(fù)雜。常用的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步，176。但步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是一個高速重復(fù)的“啟—停—啟—?！边^程，所以轉(zhuǎn)動平滑性不如直流電機(jī)。直流電機(jī)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。此題目中電機(jī)要帶動的負(fù)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(bǔ)的雙極性或單極性驅(qū)動信號，TTL電平。但電阻R上的損耗較大，所以也只能在小功率電機(jī)驅(qū)動中使用。 H橋開關(guān)電路(Ⅰ) 方案二：采用集成電機(jī)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(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)動電機(jī)，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(jī)，且電路及控制簡單。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 矩陣鍵盤電路：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。 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判別這16個按鍵中哪個鍵按下，并將其信號進(jìn)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(jī)控制電機(jī)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(jī)和人機(jī)接口模塊 單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路：，AT89S52單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)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(fù)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(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，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， 單片機(jī)時鐘電路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(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插座。 顯示電路設(shè)計 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口控制。上接+5V電壓，數(shù)碼管初始化顯示為1，當(dāng)電梯運行到某一層時，電梯顯示該樓層，而當(dāng)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(jìn)行限流。本設(shè)計中當(dāng)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(jī)I/O口輸入改變芯片控制端的電平，即可以對點擊進(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擊的大電流要求。電機(jī)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(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在PC機(jī)上通過LABVIEW對電梯的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。從而來控制控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制電梯的運行。整個軟件設(shè)計包括一下幾部分：：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掃描選擇去向電梯運行啟動初始化是否在呼叫同向呼叫鍵盤掃描顯示樓層發(fā)送樓層標(biāo)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(biāo)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啟動初始化電梯運行選擇去向鍵盤掃描判斷電梯位置發(fā)送樓層標(biāo)志位啟動初始化電梯運行選擇去向鍵盤掃描判斷電梯位置啟動初始化電梯運行選擇去向鍵盤掃描啟動初始化鍵盤掃描選擇去向電梯運行判斷電梯位置發(fā)送樓層標(biāo)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 軟件流程圖⑴初始化程序，對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行配置，對單片機(jī)系統(tǒng)外圍模塊進(jìn)行初始化，對串口模塊進(jìn)行初始化；⑵主程序主要包括：①判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來控制電梯運行；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；③電梯在運行過程中只響應(yīng)同方向的呼叫請求；④實時顯示電梯所在位置及運行狀態(tài)（上行/下行）；⑤實時發(fā)送樓層標(biāo)志位到PC機(jī)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測；⑥開關(guān)門有一定的延時來保證乘客走出/進(jìn)入電梯； 分析鍵值設(shè)計單片機(jī)在讀取到鍵值后，自然會分析該鍵值來自于哪一層樓的哪個按鍵。在本設(shè)計中，按鍵是按照行與列均勻分布的，特定的行與特定的列處的每個按鍵，均對應(yīng)有特定的鍵值。例如規(guī)定位第一行按鍵為上行呼叫的按鍵等等（具體可參照電路圖）。那么在返回鍵值后，只需用一個switchcase語句對相應(yīng)存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行置1即可。在程序開始之前，我們設(shè)置了這樣一些狀態(tài)變量，它們分別對應(yīng)于各個按鍵，當(dāng)某個按鍵按下時，其對應(yīng)的狀態(tài)變量就會被置位。因為判決函數(shù)就是依靠當(dāng)前都有哪些鍵按下以及電梯此刻所處的上下行狀態(tài)來判斷下一個需要停留的目標(biāo)樓層的。由于二極管是由單片機(jī)控制且是低電平使發(fā)光二極管點亮，故一般來說，要點亮哪個二極管，只需在單片機(jī)向相應(yīng)端口輸入0即可。 電梯運行方向的判決這是整個程序成功運行的核心保證。，程序中將實際情況分為四種情況來判斷：電梯上行且是去送人（即電梯此時位于底層，而高層有人呼叫要上樓）、電梯上行且是去接人（即電梯此時位于底層，而高層有人呼叫要下樓）、電梯下行且是去送人（即電梯此時位于高層，而低層有人呼叫要下樓）、電梯下行且是去接人（即電梯此時位于高層，而低層有人呼叫要上樓）。但是，實際情況往往比這復(fù)雜的多，在第一個人按下按鍵電梯運行的過程中，還很有可能會有其他不同樓層的人按下不同的按鍵（上行或者下行）的情況發(fā)生。那么這個規(guī)則就必須要高效且人性化，在此，我們規(guī)定，當(dāng)電梯上行時，均不理會那些按下行按鍵的顧客。當(dāng)然，當(dāng)將高層上行的顧客送完后（此時一般來說電梯已經(jīng)處于高層了），電梯便會檢測下行按鍵，若更高層有人呼叫下行，則電梯會選擇先去響應(yīng)他們，然后再下行的過程中依次響應(yīng)按了下行處于等待中的顧客，最后這些顧客都送完后，再去相應(yīng)那些電梯上行過程中，處于比電梯低的樓層卻按了上行鍵的顧客。那么，當(dāng)電梯通過程序運行得知到相應(yīng)狀態(tài)后，又是如何具體的判斷當(dāng)天所鎖定的目標(biāo)樓層是否要變更呢？現(xiàn)以上行為例，加以詳細(xì)說明：若上行，且是送人，比如電梯當(dāng)前在一層，四樓有人呼叫上樓，那么它就要響應(yīng)這一呼叫，從而把自己的目標(biāo)樓層鎖定為四樓并向上運行，而在四樓呼叫后不久，三樓也有人呼叫上樓（且電梯此刻還未運行到三樓），那么在電梯運行中，沒經(jīng)過一個樓層，會做一次判決，因為三樓也有人呼叫，所以正常情況下，它應(yīng)該在判決后將目標(biāo)樓層定位三樓。部分程序代碼見附錄。這也是很明顯的，因為上行送人狀態(tài)中，低層的優(yōu)先權(quán)大于高層的。至于上行接人狀態(tài)時，所堅持的標(biāo)準(zhǔn)是由高層到底層的順序進(jìn)行排查，而對于上行鍵的呼叫暫時不予理會。同時，我們設(shè)計了flag標(biāo)志位，當(dāng)flag=0表示電梯停止運行，當(dāng)flag=1