畢業(yè)論文 基于單片機的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、前前 言言 電梯已成為人類現(xiàn)代生活中廣泛使用的運輸工具，人們對電梯安全性，高 效性，舒適性的不斷追求推動了電梯技術(shù)的進步。目前，在電梯上使用較廣的 是可編程序控制，簡稱 plc，而采用單片機的話在接口性能和計算速度等方面 均有資源不足的問題，仍然不能適應(yīng)較復(fù)雜的控制算法和故障診斷等要求，但 利用單片機控制電梯具有成本低，通用性強，靈活性大及易于實現(xiàn)復(fù)雜控制等 優(yōu)點。 該設(shè)計主要能實現(xiàn)對各樓層用戶按鈕信號的檢測和處理,按預(yù)定的運行規(guī)則 和程序,發(fā)出控制信號對電機進行調(diào)節(jié),從而控制電梯的啟停、速度；電梯運行 所在樓層指示、設(shè)有電梯所處位置指示裝置以及電梯運行模式（上升或下降） 指示裝置、關(guān)門延時設(shè)

2、置、電梯到達有停站請求樓層，經(jīng)過 1 秒電梯門打開， 開門 4 秒后，電梯門關(guān)閉（開門指示燈熄滅） ，電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完最 后一個請求信號后停留在當(dāng)前樓層、每一層電梯的入口處設(shè)有上下請求開關(guān)， 電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達層次的停站請求開關(guān)、看門狗報警、超載報警、故障報警 等。 摘摘 要要 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。故本文采用 89c51 單片機對電梯進行控制。本設(shè)計主要利用單片機對電梯 的轎廂內(nèi)呼梯輸入模塊，轎廂外呼梯輸入模塊，重量檢測模塊，轎廂位置檢測 模塊，其他信號輸入模塊進行處理，實現(xiàn)轎內(nèi)外呼梯信號的處理，轎內(nèi)外呼梯 信號的顯示，電機正反轉(zhuǎn)的控制

3、，轎廂門的開關(guān)控制等。顯示部分本設(shè)計采用 1602 液晶顯示來實現(xiàn)。因為 1602 液晶顯示屏是以若干個 5x8 點陣塊組成的顯 示字符群，具有模塊結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、裝配容易，低功耗、長壽命、高可靠性 等特點。 關(guān)鍵字：電梯 單片機 液晶顯示 abstract the monolithic integrated circuit control elevator has the cost to be low, versatile, the flexibility big and easy to realize merits and so on plurality of controls. ther

4、efore this article uses the 89c51 monolithic integrated circuit to carry on the control to the elevator. this design mainly uses the monolithic integrated circuit to shout the ladder load module to elevators sedan theater box, outside the sedan theater box shouts the ladder load module, the weight e

5、xamination module, the sedan theater box position examination module, other signal input module carries on processing, realizes inside and outside the sedan to shout the ladder signal processing, the sedan inside and outside shouts the ladder signal the demonstration, the electrical machinery the co

6、ntrol which reverses, the sedan theater box gate stop-go control and so on. demonstrated that part this design uses 1602 liquid crystal displays to realize. because 1602 liquid crystal display monitors are by certain 5x8 lattice block composition demonstration character group, has the modular struct

7、ure compact, dexterous, the assembly to be easy, low characteristics and so on power loss, long life, redundant reliability. key words：elevator monolithic integrated circuit liquid crystal display 目目 錄錄 前前 言言 .1 摘摘 要要.i abstract.ii 目目 錄錄.i 1.1 開發(fā)背景.1 1.1.1基于單片機的電梯控制模型主要特色.2 1.1.2電梯控制方案比較.2 1.2 任務(wù)概述.

8、3 第二章第二章 設(shè)計的整體方案設(shè)計的整體方案 .4 2.1 控制系統(tǒng)硬件組成.4 2.1.1 89c51介紹.4 2.1.2 1602液晶顯示介紹.6 2.1.3 壓敏電阻介紹.7 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.9 2.3 系統(tǒng)詳解.9 2.3.1 供電電源模塊.10 2.3.2 轎廂位置檢測模塊.10 2.3.3 重量檢測模塊.10 2.3.4 電機控制模塊.10 2.3.5 轎內(nèi)外呼梯信號處理.11 2.3.6 轎內(nèi)外呼梯信號顯示模塊.11 2.3.7 中斷信號處理.11 2.3.8 轎廂開關(guān)門.11 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 .12 3.1 呼叫及選層.12 3.2 顯示功能模塊的

9、實現(xiàn).14 3.3 供電模塊.14 3.4 單片機復(fù)位電路.15 3.5 位置檢測模塊.16 3.6 超重檢測模塊與超重報警.16 3.7 電機上下轉(zhuǎn)設(shè)計.18 3.8 轎廂開關(guān)門設(shè)計.18 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 .19 4.1 主流程圖.19 4.2 安全等待流程.20 4.3 故障處理流程.21 4.4 轎廂內(nèi)要梯處理流程.23 4.5 轎廂外要梯處理流程.24 4.6 電梯關(guān)開門處理.25 4.7 顯示輸出.26 4.8 鍵盤掃描.30 第五章第五章 系統(tǒng)可靠性分析及抗干擾措施系統(tǒng)可靠性分析及抗干擾措施 .35 5.1 破壞電梯設(shè)備的噪音來源.35 5.2 抗干擾的措施

10、.35 5.2.1把交流電線分開.35 5.2.2減小分布電容.36 5.3 軟件抗干擾措施.37 第六章第六章 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)畢業(yè)設(shè)計小結(jié) .39 致致 謝謝 .40 參考文獻參考文獻 .41 附錄一附錄一 .42 附錄二附錄二 .43 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 開發(fā)背景開發(fā)背景 隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，住房和辦公用樓都已經(jīng)逐漸向高層發(fā)展。電梯是 高層賓館、商店、住宅、多層倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸 工具。1889 年美國奧梯斯升降機公司推出的世界上第一部以電動機為動力的升 降機，同年在紐約市馬累特大廈安裝成功。隨著建筑物規(guī)模越來越大，樓層也 越來越高，對電梯的調(diào)速精

11、度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性都提出了更高的要 求。由于傳統(tǒng)的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制線路。采用這 種控制線路,存在易出故障、維護不便、運行壽命較短、占用空間大等缺點。從 技術(shù)發(fā)展來看,這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。 目前電梯控制模型大多采用可編程控制器(plc)智能控制，交流變頻調(diào)速驅(qū) 動，其硬件結(jié)構(gòu)的組成及功能與實電梯基本相同，事實上可以把它看作是小型 化了的真實電梯。具有自動平層、自動關(guān)門、順向響應(yīng)轎內(nèi)外呼梯信號、直駛、 電梯安全運行保護以及電梯急停、檢修、慢上、慢下、照明、風(fēng)扇等功能。且 具有性能可靠、運行平穩(wěn)、操作簡單、能耗低和便于教學(xué)等特點。而采用單片 機的話在接口性能和計

12、算速度等方面均有資源不足的問題，仍然不能適應(yīng)較復(fù) 雜的控制算法和故障診斷等要求，但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。 由可編程控制器（plc）或微型計算機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以 很快的速度發(fā)展著?？删幊炭刂破鳎俏C技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合 的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一 種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機，它有良好的抗干擾性能，適 應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)主要還是由可編程 控制器控制。但是由于plc的針對性較強，每一臺plc都是根據(jù)一個設(shè)備而設(shè)計 的，所以價格較昂

13、貴。而單片機價格相當(dāng)便宜，如果在抗干擾功能上有所提高 的話完全可以代替plc實現(xiàn)對工控設(shè)備的控制。當(dāng)然單片機并不象plc那么有針 對性，所以由單片機設(shè)計的控制系統(tǒng)可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更 完美的實現(xiàn)設(shè)備的升級。 1.1.1 基于單片機的電梯控制模型主要特色 基于單片機的電梯控制模型與基于plc 的電梯控制模型相比，主要特色有 以下幾個方面： 第一、成本低。本電梯控制模型由于采用單片機代替了plc 作為主控芯片， 同時用pwm 驅(qū)動直流電機代替了變頻調(diào)速驅(qū)動，從而導(dǎo)致整套系統(tǒng)成本很低。 第二、高精度的重量檢測及顯示?；趐lc 的電梯模型雖然有重量檢測， 但檢測精度較低。本電梯模型采

14、用了高精度的重量傳感器和測量電路，配合設(shè) 計優(yōu)良的數(shù)字處理軟件，從而能進行高精度的重量檢測和顯示，方便學(xué)生進行 檢測技術(shù)和信號處理來等方面的課程的學(xué)習(xí)。 第三、功能多樣?；趐lc 的電梯控制模型主要用于了解電梯的工作原理 和如何使用電梯等。本電梯控制模型除了以上功能外，由于硬件采用了模塊化 的設(shè)計，各硬件模塊可以拆卸，能進行重新開發(fā)和二次開發(fā)。此外本電梯控制 模型采用了單相電供電，使用更靈活。 1.1.2 電梯控制方案比較 電梯的控制方案主要有三種：基點啟控制、可編程控制器控制、微機控制。 基點啟控制：過去電梯的電器控制大多采用繼電器邏輯線路，這種硬布線 的邏輯控制方式具有原理簡單，直觀的特

15、點，但是通用性差，布線成本高，操 作麻煩，對不同的樓層和不同的控制方式其原理圖，接線圖等必須重新繪制， 且邏輯系統(tǒng)由許多個觸電組成，接線復(fù)雜，故障率高。因此，目前已經(jīng)逐漸被 淘汰。 可編程控制器控制：由于現(xiàn)代化辦公大樓的出現(xiàn)，需要對電梯實現(xiàn)群控及 智能化管理，所以用微機對電梯實行控制成了未來電梯的發(fā)展趨勢。由微機實 現(xiàn)繼電器的邏輯功能，比繼電控制有較人的靈活性，不同的控制方式可用相同 的硬件，只是軟件各不相同，只要把按鈕，限位開關(guān)，光電開關(guān)，無觸電行程 開關(guān)等電器元件作為輸入信號，把制動器，接觸器等功率輸出元件接到輸出端， 就算完成了接線任務(wù)。層數(shù)變化，無需增減繼電器和大量的布線困難。但是，

16、微機控制的電梯需要解決運行可靠性，排除干擾等方面的問題。干擾是影響整 個系統(tǒng)安全，可靠性，穩(wěn)定運行的主要原因。例如電源的波動，電動機的啟動， 晶閘管的導(dǎo)通與截止，接觸器的工作等等。 微機控制：目前，在電梯上使用較廣的是可編程序控制，簡稱plc，而采用 單片機的話在接口性能等方面均有資源不足的問題，不能適應(yīng)較復(fù)雜的控制算 法和故障診斷等要求，但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。 1.21.2 任務(wù)概述任務(wù)概述 本設(shè)計采用單片機為主要元器件，實現(xiàn)對電梯的模擬控制,畫出設(shè)計相關(guān)電 路圖。在電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計中，核心是電梯運行的狀態(tài)控制器的設(shè)計。 軟件部分完成:

17、 對各樓層用戶按鈕信號的檢測和處理,按預(yù)定的運行規(guī)則和 程序,發(fā)出控制信號對電機進行調(diào)節(jié),從而控制電梯的啟停、速度；電梯運行所 在樓層指示、設(shè)有電梯所處位置指示裝置以及電梯運行模式（上升或下降）指 示裝置、關(guān)門延時設(shè)置、電梯到達有停站請求樓層，經(jīng)過1 秒電梯門打開，開 門4 秒后，電梯門關(guān)閉（開門指示燈熄滅） ，電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完最后一 個請求信號后停留在當(dāng)前樓層、每一層電梯的入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯 內(nèi)設(shè)有顧客到達層次的停站請求開關(guān)、看門狗報警、超載報警、故障報警等。 第二章第二章 設(shè)計的整體方案設(shè)計的整體方案 2.12.1 控制系統(tǒng)硬件組成控制系統(tǒng)硬件組成 用單片機實現(xiàn)電梯控制系

18、統(tǒng)，由于89c51有良好的開發(fā)壞境和c語言程序設(shè) 計的便利條件，價格低廉，容易購買，故單片機首選89c51。而顯示而言要求而 言應(yīng)做到模塊結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、裝配容易、低功耗、長壽命、高可靠性等所以 決定顯示器件選用1602液晶顯示。 2.1.1 89c51 介紹 89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微 處理器，俗稱單片機。89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的 單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采

19、用atmel高 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼 容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的89c51是一 種高效微控制器，89c2051是它的一種精簡版本。89c單片機為很多嵌入式控制 系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 圖 1 89c51 引腳圖 89c51單片機引腳介紹： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器， 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0

20、口作為原碼輸入口， 當(dāng)fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收 輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外 部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校 驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸 出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部 上拉的緣故。p2口當(dāng)用于

21、外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取 時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對 外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門 電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 89c51單片機的結(jié)構(gòu)特點： 8 位 cpu； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 32 根 i/o 線； 外部存貯器尋址范圍 ro

22、m、ram64k； 2 個 16 位的定時器/計數(shù)器； 5 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級； 全雙工串行口； 布爾處理器； 2.1.2 1602 液晶顯示介紹 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點 陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和 日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代 碼是 01000001b（41h） ，顯示時模塊把地址 41h 中的點陣字符圖形顯示出來， 我們就能看到字母“a” 。 圖 2 1602 引腳圖 1602 引腳接口介紹： 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳接口，其中: 第

23、1 腳：vss 為地電源 第 2 腳：vdd 接 5v 正電源 第 3 腳：vl 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電 源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影” ，使用時可以通過一個 10k 的電 位器調(diào)整對比度。 第 4 腳：rs 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令 寄存器。 第 5 腳：rw 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 當(dāng) rs 和 rw 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) rs 為低電平 rw 為 高電平時可以讀忙信號，當(dāng) rs 為高電平 rw 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳：e 端為使能端，當(dāng) e 端由高

24、電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行 命令。第 714 腳：d0d7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 另外引腳a和k為背光引腳,a接正,k接負便會點亮背光燈. 1602 液晶顯示模塊特點： 標(biāo)準(zhǔn) 1602lcd，標(biāo)準(zhǔn)的接口特性。液晶顯示屏是以若干個 5x8 點陣塊組成 的顯示字符群。每個點陣塊為一個字符位，字符間距和行距都為一個點的寬度。 具有字符發(fā)生器 rom 可顯示 192 種字符。 具有 64 個字節(jié)的自定義字符 ram，可自定義 8 個 5x8 字符或四個 5x11 字 符。 模塊結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、裝配容易。單+5v 電源供電。 低功耗、長壽命、高可靠性。 1602 液晶顯示內(nèi)部控制： 指令rsr/

25、wd7d6d5d4d3d2d1d0 1清顯示0000000001 2光標(biāo)返回000000001* 3置輸入模式00000001i/ds 4顯示開/關(guān)控制0000001dcb 5光標(biāo)或字符移 位 000001s/cr/l* 6置功能00001dlnf* 7置字符發(fā)生存 儲器地址 0001字符發(fā)生存儲器地址(agg) 8置數(shù)據(jù)存儲器 地址 001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址(add) 9讀忙標(biāo)志或地 址 01bf計數(shù)器地址(ac) 10寫數(shù)到 cgram 或 ddram 10要寫的數(shù) 11從 cgram 或 ddram 讀 數(shù) 11讀出的數(shù)據(jù) 1602 液晶顯示復(fù)位時序圖： 2.1.3 壓敏電阻介紹 壓敏電

26、阻電路的 “安全閥”作用： 壓敏電阻的最大特點是當(dāng)加在它上面的電壓低于它的閥值un時，流 過它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門，當(dāng)電壓超過un 時，流過它的電 流激增，相當(dāng)于閥門打開。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常 過電壓，保護電路免受過電壓的損害。 保護用壓敏電阻的基本性能 ： 保護特性，當(dāng)沖擊源的沖擊強（或沖擊電流isp=usp/zs)不超過規(guī)定值 時，壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓 （urp） 。 耐沖擊特性，即壓敏電阻本身應(yīng)能承受規(guī)定的沖擊電流，沖擊能量，以 及多次沖擊相繼出現(xiàn)時的平均功率。 壽命特性有兩項，一是連續(xù)工作電壓壽命，即壓敏電阻在規(guī)定

27、環(huán)境溫度 和系統(tǒng)電壓條件應(yīng)能可靠地工作規(guī)定的時間（小時數(shù)） 。二是沖擊壽命，即 能可靠地承受規(guī)定的沖擊的次數(shù)。 壓敏電阻介入系統(tǒng)后，除了起到 安全閥的保護作用外，還會帶入一 些附加影響，這就是所謂 二次效應(yīng)，它不應(yīng)降低系統(tǒng)的正常工作性能。 這時要考慮的因素主要有三項，一是壓敏電阻本身的電容量（幾十到幾萬 pf） ，二是在系統(tǒng)電壓下的漏電流，三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗 的耦合對其他電路的影響。 壓敏電阻的基本參數(shù) ： 1. 標(biāo)稱電壓(v)：指通過 1ma 直流電流時壓敏電阻器兩端的電壓值。 2. 電壓比：指壓敏電阻器的電流為 1ma 時產(chǎn)生的電壓值與壓敏電阻器 的電流為 0.1ma 時產(chǎn)

28、生的電壓值之比。 3. 最大限制電壓 (v)：指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值。 4. 殘壓比：通過壓敏電阻器的電流為某一值時，在它兩端所產(chǎn)生的電 壓稱為這一電流值的殘壓。殘壓比則是殘壓與標(biāo)稱電壓之比。 5. 通流容量(ka)：通流容量也稱通流量，是指在規(guī)定的條件（規(guī)定的 時間間隔和次數(shù)，施加標(biāo)準(zhǔn)的沖擊電流）下，允許通過壓敏電阻器上的最大 脈沖（峰值）電流值。 6. 漏電流(ma)：漏電流也稱等待電流，是指壓敏電阻器在規(guī)定的溫度 和最大直流電壓下，流過壓敏電阻器電流。 7. 電壓溫度系數(shù)：指在規(guī)定的溫度范圍（溫度為2070）內(nèi)， 壓敏電阻器標(biāo)稱電壓的變化率，即在通過壓敏電阻器的電流保持恒定

29、時，溫 度改變 1時，壓敏電阻器兩端電壓的相對變化。 8. 電流溫度系數(shù)：指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時，溫度改變 1時，流過壓敏電阻器電流的相對變化。 9. 電壓非線性系數(shù)：指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下，其靜態(tài) 電阻值與動態(tài)電阻值之比。 10. 絕緣電阻：指壓敏電阻器的引出線 (引腳)與電阻體絕緣表面之間 的電阻值。 11. 靜態(tài)電容量（ pf）：指壓敏電阻器本身固有的電容容量。 2.22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 3 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 2.32.3 系統(tǒng)詳解系統(tǒng)詳解 本電梯控制模型硬件采用了模塊化的設(shè)計，各模塊間通過接插件連接，可 以拆卸。硬件主要由供電電源、轎廂內(nèi)呼梯輸

30、入模塊，轎廂外呼梯輸入模塊， 轎內(nèi)呼梯信號處理、轎外呼梯信號處理、系統(tǒng)信息顯示、轎廂位置檢測、重量 檢測、電機控制、轎廂門開關(guān)等模塊組成。 2.3.1 供電電源模塊 本系統(tǒng)設(shè)計的電源的種類較多，有些模塊電壓大小雖然相同，但要求隔離 以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。采用 7085 集成穩(wěn)壓器來給單片機，1602 顯示器供 電。單片機的電源一般要求為 5v 穩(wěn)定直流電，一般的生活電壓為 220v 交流電， 所以對單片機的電源需要將 220v 的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定 5v 電壓直流電。通過變 壓器將 220v 的電壓轉(zhuǎn)化成 5v 電壓，此時的 5v 電壓依然是交流電，利用橋式整 流將 5v 交流電轉(zhuǎn)化為直流電，

31、再通過兩個電容進行濾波，輸出的電壓及為直流 電。 2.3.2 轎廂位置檢測模塊 在電梯控制中，轎廂位置的檢測是設(shè)計中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。轎廂位置的檢 測又分為接觸式和非接觸式。為了準(zhǔn)確定位樓層，采用反射式非接觸式光電傳 感器。此傳感器具有發(fā)散角小、精度高， 反應(yīng)速度快， 有效距離較遠， 抗干 擾能力 強、可靠性較高等優(yōu)點。此光電式傳感器供電電源為 636v，設(shè)計中用 5v 供 電。在每個樓層和極限位置均安裝一個傳感器，傳感器信號由電路處理變成高、 低電平，經(jīng)光耦隔離和電平轉(zhuǎn)換后送入單片機。 2.3.3 重量檢測模塊 本設(shè)計中重量檢測模塊是一個很有特色的模塊，能進行重量的高精度檢測。 重量傳感器采用

32、力敏應(yīng)變片，此壓力傳感器價格便宜，精度高，在 01kg 的 壓力下輸出 020mv 的電壓信號。傳感器輸出的 020mv 信號經(jīng)性能優(yōu)良的三 運放差動放大器（又稱為儀表放大器或測量放大器）放大到一定值成數(shù)字信號 后送入單片機進行顯示和過載判斷。 2.3.4 電機控制模塊 電機控制模塊完成以下功能：第一、電機運行方向的控制。單片機根據(jù)輸 入信號進行邏輯分析，決定電機停止、上升或是下降。單片機的一個引腳控制 一個繼電器的吸合，此繼電器的吸合與斷開切換直流電機供電電壓的極性，從 而控制電機的上升或下降的目的。第二、電機的速度控制。單片機根據(jù)設(shè)定的 速度值輸出不同占空比的 pwm 信號，經(jīng)硬件平滑濾波

33、控制電機的運行速度。第 三、平層時轎廂的慣性的處理。電梯到達樓層時，若直接切斷電機的供電，由 于轎廂的慣性，必然造成平層的不準(zhǔn)確。本設(shè)計中加入了反向電壓制動到達了 精確平層的效果。 2.3.5 轎內(nèi)外呼梯信號處理 本電梯控制模型設(shè)計為九層結(jié)構(gòu)，轎內(nèi)呼梯信號的設(shè)置與實際電梯基本相 同。每樓設(shè)置上、下兩個（一樓和九樓除外）呼梯信號，轎廂內(nèi)設(shè)置了九個呼 梯信號表示乘客需要到達的樓層，這些呼叫信號組成矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)經(jīng)光耦隔 離送入單片機進行處理。由單片機 p0.0,p0.1,p0.2,p0.3 和 p1.0,p1.1,p1.2,p1.3 這 8 個引腳控制處理乘客的呼叫請求。轎廂外的呼叫由 單片機的串

34、行接口 p3.0,p3.1 兩個引腳處理乘客的呼叫請求。 2.3.6 轎內(nèi)外呼梯信號顯示模塊 每個呼梯請求需要有一個對應(yīng)的指示燈，同時每樓和轎廂內(nèi)均應(yīng)顯示此時 電梯的運行狀態(tài)，如上行或下行、電梯目前到達的樓層等信息。為此我選用 1602 液晶顯示器作為顯示器件。由單片機 p0.0,p0.1,p0.2,p0.3,p0.4,p0.5,p0.6,p0.7，p1.5，p1.6，p3.6 引腳控制顯 示樓層。 2.3.7 中斷信號處理 本設(shè)計的中斷有 int0,int1 兩個中斷，int0 中斷用開處理鍵盤輸入中斷， int1 用于故障處理中斷 2.3.8 轎廂開關(guān)門 電梯門開關(guān)控制裝置，通過檢測對門作

35、開關(guān)驅(qū)動的電動機的轉(zhuǎn)速以及上述 門的位置，發(fā)生基于該位置的速度指令值，輸出轉(zhuǎn)矩指令值，以使上述轉(zhuǎn)速跟 蹤上述速度指令值來使上述門開關(guān)，其特征在于：具有在對門作開關(guān)驅(qū)動的電 動機從以所定值以上的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)起，轉(zhuǎn)速瞬時變?yōu)榱?、且該狀態(tài)持 續(xù)規(guī)定時間以上時，進行動作的故障判定構(gòu)件。 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.13.1 呼叫及選層呼叫及選層 呼叫及選層系統(tǒng)是整個電梯的主要組成部分，也是電梯與乘客信息交換的 窗口。它主要功能是及時地接受乘客的請求指令，同時還要通知乘客，請求指 令已被電梯系統(tǒng)接受，無需重復(fù)發(fā)指令。要實現(xiàn)上述任務(wù)，要求呼梯及選層電 路應(yīng)具有下列功能：第一，對呼梯信

36、號及選層信號具有鎖存功能。第二，對鎖 存信號具有顯示功能。第三，對鎖存信號還要具有清除功能。本設(shè)計的工作原 理是，當(dāng)某一層有人要梯或者電梯內(nèi)的人想要到達某一層時，按下相應(yīng)的按鈕， 則該信號被鎖存顯示。待電梯查詢到該命令后，就自動運行。當(dāng)執(zhí)行完請求任 務(wù)后，就撤銷請求信號。以便再接受后來人發(fā)送的請求指令。根據(jù)人們上下樓 的要求可知，1-8 層門外應(yīng)該沒有上呼按鈕，2-9 層門外應(yīng)該沒設(shè)有下呼按鈕， 轎廂內(nèi)應(yīng)該沒有選層按鈕，為了保證電梯對乘客的各種要求及時存儲和顯示， 可用 1602 液晶顯示器完成。電梯到達某一層后，經(jīng)掃描在這一層有呼梯或選層 信號時便停梯開門。同時，89c51 將這一層的消號信

37、號輸出。電梯在運行過程 中，為了減少換向，提高工作效率，要求電梯上升時只響應(yīng)上呼及選層信號， 在下降時，只響應(yīng)下呼及選層信號，因此在撤銷信號時也只能是撤銷執(zhí)行過的 命令，保留未執(zhí)行的命令，要實現(xiàn)這一點，必須把層撤銷信號和上行、下行信 號結(jié)合起來才行。 呼叫分為兩種呼叫，一種是叫電梯內(nèi)呼叫，另一種則是叫電梯外呼叫。電 梯內(nèi)的呼叫我采用單片機 p2.0,p2.1,p2.2,p2.3 和 p1.0,p1.1,p1.2,p1.3 的 8 個引腳組成矩陣模塊，本設(shè)計的設(shè)計樓層為 9 層，共有 16 種選擇，故這 8 個引 腳組成的矩陣已經(jīng)足夠乘客的這種請求。電梯內(nèi)的呼叫電路圖如下。 圖 4 電梯轎廂內(nèi)要

38、梯引腳控制電路圖 另一種呼叫是電梯外呼叫，我采用 89c51 單片機的串行口 p3.0 與 p3.1 連 接控制。電梯外呼叫電路圖如下。 圖 5 電梯轎廂外要梯引腳控制電路 3.23.2 顯示功能模塊的實現(xiàn)顯示功能模塊的實現(xiàn) 本設(shè)計方案的顯示模塊是選用的 1602 液晶顯示器與 89c51 單片機一起共同 實現(xiàn)的。我以單片機的 p0.0,p0.1,p0.2,p0.3,p0.4,p0.5,p0.6,p0.7 這 8 個引 腳分別 與 1602 液晶顯示器的 d00,d01,d02,d03,d04,d05,d06,d07 這 8 個引腳 相接。rw 和 en 兩個引腳分別與 p3.6 和 p1.6

39、 兩個引腳相接 rs 與 p1.6 相接。 當(dāng)較內(nèi)有乘客呼叫電梯信號時，顯示呼叫樓層。1602 液晶顯示器與 89c51 接線 如下圖所示。 圖 6 顯示引腳控制電路圖 3.33.3 供電模塊供電模塊 單片機的電源一般要求為 5v 穩(wěn)定直流電，一般的生活電壓為 220v 交流電， 所以對單片機的電源需要將 220v 的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定 5v 電壓直流電。穩(wěn)壓電 源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，變壓器把市電交流電壓變?yōu)?所需要的低壓交流電，整流器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)過濾波后，穩(wěn)壓器再 把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。供電模塊的電路圖如下所示。 圖 7 電源供電電路圖 3

40、.43.4 單片機復(fù)位電路單片機復(fù)位電路 單片機需要復(fù)位電路，出現(xiàn)故障可以及時解除。我接單片機 89c51 的 rst 引腳，電路圖如下： 圖 8 單片機復(fù)位電路圖 3.53.5 位置檢測模塊位置檢測模塊 在電梯控制中，轎廂位置的檢測是設(shè)計中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。轎廂位置的檢 測又分為接觸式和非接觸式。為了準(zhǔn)確定位樓層，采用反射式非接觸式光電傳 感器。我選擇 89c51 單片機的 p2.4 引腳進行控制。電路圖如下所示。 圖 9 電梯轎廂位置檢測引腳控制電路圖 3.63.6 超重檢測模塊與超重報警超重檢測模塊與超重報警 重量傳感器采用力敏應(yīng)變片，此壓力傳感器價格便宜，精度高，在 01kg 的壓力下輸

41、出 020mv 的電壓信號。重量檢測模塊與超重報警我分別用 89c51 單片機的 p2.5,p2.6 兩個引腳進行控制，報警電路圖，超重檢測電路圖如下所 示。 圖 10 超重檢測電路圖 圖 11 超重報警電路圖 3.73.7 電機上下轉(zhuǎn)設(shè)計電機上下轉(zhuǎn)設(shè)計 電機的上轉(zhuǎn)與下轉(zhuǎn)是由乘客的需求所決定的，當(dāng)乘客要求上行時，電機上 轉(zhuǎn)，當(dāng)乘客要求下行，電機下轉(zhuǎn)。電機上轉(zhuǎn)由單片機 p1.4 引腳控制，電機下轉(zhuǎn) 由單片機 p1.7 引腳控制。 3.83.8 轎廂開關(guān)門設(shè)計轎廂開關(guān)門設(shè)計 電梯的開門與關(guān)門我選用 89c51 單片機的，p2.7 兩個引腳進行控制。p2.7 輸出為 1 時控制開門，p2.7 輸出為

42、 0 時控制關(guān)門。 圖 12 電梯開關(guān)門引腳控制電路圖 （電機上轉(zhuǎn)、下轉(zhuǎn)的只是引腳不一樣） 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 首先啟動電梯，然后電梯進入初始化狀態(tài)， （該系統(tǒng)設(shè)定電梯在第一層樓時 為初始狀態(tài)）初始化狀態(tài)后，有三種可能性，第一種是進入安全等待回路，即 無人要電梯時，電梯處于等候狀態(tài)。第二種可能性是乘客在電梯內(nèi)要梯，則進 入轎廂內(nèi)要梯處理流程。最后一種可能性是，乘客在電梯外要電梯，則進入轎 廂外要梯處理流程。 4.14.1 主流程圖主流程圖 本設(shè)計針對單片機控制電梯的主要處理流程有四種，及安全等待處理流程， 故障處理流程，轎廂內(nèi)要梯處理流程和轎廂外要梯處理流程。主流程圖如下所

43、 示： 圖 13 總流程圖 程序代碼： void main(void) ie0=0; ie1=0; p2_7=0; p1_4=0; p1_7=0; if(p1 else if(p3 else if(p2 else mode=wait; switch(mode) case wait：break; case in: if(run_state) key_done(); break; case out: p2_7=1;/開門 break； default :break： 4.24.2 安全等待流程安全等待流程 安全等待處理流程是，當(dāng)電梯空閑時及無人要梯與電梯沒有發(fā)現(xiàn)故障時的 一種等待狀態(tài)。 圖 14

44、安全等待流程圖 程序代碼： #define wait 1 #definein 3 #define out 4 #define done 5 switch(mode) case wait： break; 4.34.3 故障處理流程故障處理流程 故障處理流程是當(dāng)電梯系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，避免出現(xiàn)事故所設(shè)計的，當(dāng)電梯 出 現(xiàn)故障必須馬上保護現(xiàn)場，停止電梯運作，使電梯停止運行，再進入相對應(yīng)的 處理程序中進行處理。 圖 15 外部中斷 1 流程圖 程序代碼： void int1_serve (void) interrupt 2 ie1=0; push acc; p1_4=0; p1_7=0;/停機 str1=

45、error; lcd_write_com(0 xc0); lcd_display(str); lcd_delay1ms(1); 4.44.4 轎廂內(nèi)要梯處理流程轎廂內(nèi)要梯處理流程 因為轎廂內(nèi)的要梯輸入設(shè)備與單片機的 p0.0,p0.1,p0.2,p0.3 和 p1.0,p1.1,p1.2,p1.3 這 8 個引腳相連，構(gòu)成一個矩陣形式。 圖 16 廂內(nèi)要梯處理流程圖 程序代碼： /外部中斷 1 (void) while(weizhip3|=0 x10;/關(guān)門 if（weizhizhidingweizhi） p3 /反轉(zhuǎn)下降 else if（weizhizhidingweizhi） p3 /反轉(zhuǎn)

46、下降 else if（weizhi0) while(j0); i-;j- p2_7=0;/關(guān)門 str1=”the door is closed”; lcd_write_com(0 xc0); lcd_display(str); lcd_delay1ms(1); 4.74.7 顯示輸出顯示輸出 本設(shè)計的顯示部分采用的是 1602 液晶顯示，當(dāng) en=1；rw=1 時，送地址到 1602，實現(xiàn)顯示功能。 圖 19 顯示處理流程圖 程序代碼： /*lcd_1602 簡單顯示程序 stc89c51rc*/ #include #include void lcd_write_com(unsigned c

47、har com); void lcd_write_data(unsigned char dat); void lcd_initial(void); void lcd_display(unsigned char *p); void lcd_read_data(); void lcd_delay1ms(unsigned int n); bit lcd_busy(void);/check lcd busy bit rs=p16; sbit en=p15; unsigned char *str1; unsigned char *str2; main(void) lcd_delay1ms(1); lcd

48、_initial(); while(1) lcd_write_com(0 x80); lcd_display(str1); lcd_write_com(0 xc0); lcd_display(str2); lcd_delay1ms(1); void lcd_delay1ms(unsigned int n) unsigned int i,j; for(i=0;in;i+) for(j=0;j100;j+); /*check the busy status*/ bit lcd_busy(void) bit busy; rs=0; rw=1; e=1; _nop_(); _nop_(); _nop_

49、(); busy=(bit)(p0 e=0; return busy; /*write command*/ void lcd_write_com(unsigned char com)/寫指令 while(lcd_busy(); p0=com; rs=0; rw=0; e=0; e=1; _nop_(); _nop_(); e=0; /*write data*/ void lcd_write_data(unsigned char dat)/寫數(shù)據(jù) while(lcd_busy(); p0=dat; rs=1; rw=0; e=0; e=1; _nop_(); _nop_(); e=0; /*lc

50、d initial*/ void lcd_initial() lcd_delay1ms(15); lcd_write_com(0 x38);/不檢測忙信號 lcd_delay1ms(5); lcd_write_com(0 x38);/不檢測忙信號 lcd_delay1ms(5); lcd_write_com(0 x38);/顯示模式設(shè)置 lcd_delay1ms(5); lcd_write_com(0 x08);/顯示關(guān)閉 lcd_delay1ms(5); lcd_write_com(0 x01);/顯示清屏 lcd_delay1ms(5); lcd_write_com(0 x06);/顯示光

51、標(biāo)移動設(shè)置 lcd_delay1ms(5); lcd_write_com(0 x0c);/顯示開及光標(biāo)設(shè)置 lcd_delay1ms(5); void lcd_display(unsigned char *p) while(*p!=0) lcd_write_data(*p); p+; lcd_delay1ms(1); 4.84.8 鍵盤掃描鍵盤掃描 電梯鍵盤掃面采用 44 矩陣式的鍵盤，掃面的過程故一行一行進行掃面。掃面流 程圖如下所示： 圖 20 鍵盤處理流程圖 電梯鍵盤輸入要梯的可能性有以下幾種可能，如下表。 鍵盤按鈕樓層選擇按鈕控制引腳 sb11 樓上 sb22 樓上 sb32 樓下 s

52、b43 樓上 sb53 樓下 sb64 樓上 sb74 樓下 sb85 樓上 sb95 樓下 sb106 樓上 sb116 樓下 sb127 樓上 sb137 樓下 sb148 樓上 sb158 樓下 sb169 樓下 p0.0p0.3 與 p1.0 p1.3 程序代碼： void kb_scan(void) interrupt 0 unsigned char kbbuf; unsigned char tc; ie0=0; /檢測第一行按鍵，kb0,kb1,kb2,kb3 p1=0 x01; tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc); tc=100; whi

53、le(-tc); tc=100; while(-tc) kbbuf=p2; switch(kbbuf) case 0 x01: run_state=kb0_pressed;/1 上 break; case 0 x02: run_state=kb1_pressed;/2 上 break; case 0 x04: run_state=kb2_pressed;/2 下 break; case 0 x08: run_state=kb3_pressed;/3 上 break; /檢測第二行按鍵，kb4,kb5,kb6,kb7 p1=0 x02; tc=100; while(-tc); tc=100; w

54、hile(-tc); tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc) kbbuf=p2; switch(kbbuf) case 0 x01: run_state=kb4_pressed;/3 下 break; case 0 x02: run_state=kb5_pressed;/4 上 break; case 0 x04: run_state=kb6_pressed;/4 下 break; case 0 x08: run_state=kb7_pressed;/5 上 break; /檢測第三行按鍵，kb8,kb9,kb10,kb11 p1=0 x04; tc=10

55、0; while(-tc); tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc) kbbuf=p2; switch(kbbuf) case 0 x01: run_state=kb8_pressed;/5 下 break; case 0 x02: run_state=kb9_pressed;/6 上 break; case 0 x04: run_state=kb10_pressed;/6 下 break; case 0 x08: run_state=kb11_pressed;/7 上 break; /檢測第四行按鍵，kb12,kb

56、13,kb14,kb15 p2=0 x08; tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc); tc=100; while(-tc) kbbuf=p2; switch(kbbuf) case 0 x01: run_state=kb12_pressed;/7 下 break; case 0 x02: run_state=kb13_pressed;/8 上 break; case 0 x04: run_state=kb14_pressed;/8 下 break; case 0 x08: run_state=kb15_presse

57、d;/9 下 break; 第五章第五章 系統(tǒng)可靠性分析及抗干擾措施系統(tǒng)可靠性分析及抗干擾措施 噪音是指從設(shè)備內(nèi)和設(shè)備外發(fā)出的一種不和諧的聲音，它與該設(shè)備必須的 操作信號混合在一起，是一種有害的成分，所以稱之為噪音。當(dāng)電源有高噪滲 入，噪音可以穿透 ics 或 pc 板，導(dǎo)致 ic 損壞或系統(tǒng)出錯，造成電梯失控，引 起重大事故。 5.15.1 破壞電梯設(shè)備的噪音來源破壞電梯設(shè)備的噪音來源 (1)由于電力設(shè)備接上或離開電網(wǎng)和閃電等原因，噪音進入電源，造成瞬時電壓 中斷，導(dǎo)致電梯設(shè)備出錯。 (2)穿透電源的噪音混合在設(shè)備的交流電源上，噪音被誘導(dǎo)到設(shè)備內(nèi)部的控制電 路，結(jié)果功率晶體管或寄生電容會在電

58、線之間產(chǎn)生一種電磁感應(yīng)力，這也是噪 音源之一，這些混合噪音直接穿透控制電路或信號線路，或者由靜電或電磁混 合在設(shè)備內(nèi)造成出錯。 (3)調(diào)頻控制電梯是產(chǎn)生噪音的來源之一，還影響同一棟大廈內(nèi)其他設(shè)備，此外 變頻器發(fā)出的噪音帶有輻射成分，成為主要噪音來源。 (4)因為調(diào)頻控制電梯的輸出電壓由高速開關(guān)的晶體管產(chǎn)生，輸出線相對地線的 電壓突變，造成輸出線或電動機對接地之間的漂移電容，出現(xiàn)諧波漏電電流， 即使設(shè)備安裝完好。當(dāng)電梯運行時，漏電情況更為嚴重。 (5)轎廂內(nèi)日光燈，繼電器開合時的風(fēng)鳴器噪音。 5.25.2 抗干擾的措施抗干擾的措施 5.2.1 把交流電線分開 混在交流電源上的噪音能貫穿設(shè)備內(nèi)部的

59、線路，并導(dǎo)向控制線路： (1) 交流電的電磁感應(yīng) 當(dāng)有強交流電流進入電路時，會產(chǎn)生交流磁場，如果控制線路中有線與這根線 平行或者接近，由于近電感應(yīng)的原因，控制線路中就會產(chǎn)生電磁力和感應(yīng)電流， 電源電流越大，或離電線距離越近，所產(chǎn)生的交流磁場就越大。 控制線路中所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力是與強電線上的交流電源成正比的，但與距離 成反比。 如果噪音深入在強電線上，與電壓混合，控制電路中所感應(yīng)的電壓更高引 起低電壓線路出錯。 如果強電線和控制電路垂直，導(dǎo)致出現(xiàn)感應(yīng)電磁力較為困難，因為強電線 發(fā)出的磁力線與控制線路的線不相聯(lián)。 如果電線互相絞合，感應(yīng)電流就會互相抵消，相應(yīng)的噪音就會明顯減小 (2) 交流電分開

60、的措施 信號線等對噪音非常敏感，應(yīng)有單獨的導(dǎo)線管，或獨立線設(shè)計。但是，有 些在線槽或在線箱里時與強電線混合，而離控制柜又很近，工地進行上述措施 時一定要注意這些問題，并要檢查它們是否正確安裝。 就電線使用而言，強電線和信號線應(yīng)垂直安放。 如必須把電線平行安放時，平行的距離應(yīng)為 1 m，線距最好是 0.3 m 或更 多。同時，強電線應(yīng)被密封，屏蔽線應(yīng)接地。 密封管和信號線的屏蔽應(yīng)接地。如果不接地，當(dāng)接地線出錯時，密封管和 屏蔽線就會起天線的作用，噪音就會加重，有時會使信號線路出錯，密封管和 屏蔽線應(yīng)采用較大的電線作為地線。 直流電源線路的交流電線應(yīng)采用雙絞線。 5.2.2 減小分布電容 即使把交