基于單片機的電梯控制器研究與設(shè)計

第一章緒論1.1課題的研究背景隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，住宅和辦公樓逐漸成為高層建筑。電梯被看作是高層建筑中不能缺少的上下交通用具，就像樓層高的酒店、商場、住宅和多層倉庫。在1889年的時候，美國的一家電梯公司，Otis向人們展現(xiàn)出了世界上第一臺使用電能驅(qū)動的電梯，同年在紐約市的Malet大樓成功裝載使用。伴隨著房子的高度變得更高了，層數(shù)增加，還有越來越大的規(guī)模，電梯調(diào)速調(diào)節(jié)速度的范圍以及調(diào)速的精準度這一種靜態(tài)和動態(tài)的特征之于電梯提出了更為高的要求。因為繼電器被用來邏輯地控制電路，在傳統(tǒng)的電梯邏輯控制系統(tǒng)中。我們在使用這種控制電路的時候的不足之處是維護特別困難，很難以長期使用，并且使用的壽命比較短，占用空間大而且還特別容易發(fā)生故障?，F(xiàn)在人類社會已經(jīng)跨入了充滿信息的年份了，電子產(chǎn)品的突飛猛進助長了信息社會突飛猛進的發(fā)展，人們開始使用程序?qū)懙叫酒锩鎭砜刂齐娐穼崿F(xiàn)相對應的功能，而不是使用比較繁難的硬件來搭電路圖是發(fā)源于單片機凸顯在世人的眼前的。他這種方式的好處就是不用來回改變硬件線路，可以通過改變程序來改變電路的功能。咱們使用不一樣的程序來完成不一樣的功能，特別來說是一些比較特例和獨有的功能。這得依靠著其他設(shè)備需要花費大量的精力才能完成的事情，有些設(shè)備需要花費大量精力才能完成。如果一個不是十分的復雜的函數(shù)是使用20世紀中葉被研發(fā)出來的74系列，它是由美國最先研發(fā)出來的，要么就是在60年代的時候才被開發(fā)出來的CD4000系列，咱們見到的電路板它一定就是一個占地面積比較龐大的PCB板子。要是假如的話，你要是用的是在美國賣的特別火爆的單片機的話，這些單片機在上個世紀70年代開發(fā)出來了，那么，它的結(jié)果將可能就要會很大不相同。能夠可以實現(xiàn)高水平的效率性能以及高的可靠性和更高水平的智能化正是因為單片機的可編程，才使得他們可以達成。單片機被廣泛的應用于生活中的各個領(lǐng)域，運用非常廣泛，就像我國的智能辦公設(shè)備，智能控制的儀表和航空航天類，智能的可以用來商業(yè)營銷的隊伍，我國的軍事領(lǐng)域，工業(yè)自動化的領(lǐng)域，通訊行業(yè)，汽車制造行業(yè)以及與咱們息息相關(guān)的家用電器領(lǐng)域?？梢姡瑔纹瑱C的運用隨處可見，與我們的生活息息相關(guān)。必須執(zhí)行的微機單芯片的不僅是他的廣泛和派遣的經(jīng)濟利益,而是具有更重要的是,執(zhí)行微機單芯片改變了設(shè)計電路的方法，從內(nèi)而外得透徹地修改了咱們根深蒂固的控制系統(tǒng)的想法以及對電路進行分析和設(shè)計，在以前的時候，咱們使用單片機的編程序的手段來實現(xiàn)絕大多數(shù)的硬件電路的控制，它是非常方便的，這上面所說的，自動控制原理里面所提到的的PID控制就能經(jīng)由智能數(shù)字計算控制、單片機自我適應的控制和漫反射控制得以完成。這一類采用把硬件換成軟件而且可以增強系統(tǒng)的使用性能的控制水平的技術(shù)叫做單片機控制技術(shù)。單片機技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展和完善尤其是得益于單片機應用的推廣。1.2課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在當前的社會活動與經(jīng)濟交流的活動中看來，我們把電梯看成是當今都市物欲文化的代表性象征。尤其是在比較高的層次的建筑中，垂直交通工具的充當就非電梯莫屬了，它就很重要。電梯有許多優(yōu)點，首當其沖的就是它所占得地方小，僅僅在每一層樓里面留下一點點地方，就能把人或者物品送到任意的樓層，并且，它能夠通過許多不同的控制方法來實現(xiàn)電梯的安全，有效的運行。作為一種垂直升降運行的裝置，使用起來是非常方便的。我們基于電梯這些優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，在當前建筑業(yè)尤其我們的房屋樓層數(shù)變得越來越高，電梯慢慢的就變成了我們生活中不能缺少的一部分，這也讓電梯的行業(yè)有了一個突飛猛進的發(fā)展，正是得益于電梯在人們生活中的廣泛使用才能使每一座高大的建筑都成為一座垂直的城市。在紐約世貿(mào)中心(WorldTradeCenter)的舊大樓里，除了每天上班的5萬人之外，還有8萬名游客和游客。讓金茂大廈得以正常使用的實現(xiàn)完全得益于電梯的功能，不然那么高，光憑樓梯是很難投入使用的。金茂大廈它是位于上海浦東，已經(jīng)成為了上海的標志性建筑。它有著88層，高度是420.5米，建筑面積達到了22萬平方米。這也能說明電梯的好處是不言而喻的。1900年以來，在美國出現(xiàn)了一批牽引的升降機?？梢灾溃瑺恳喌纳厦鎾熘摻z繩，鐵絲的兩端連著兩個不同的東西，鐵絲繩的一邊它是連在配置的重量上，還有一邊是連接在轎廂上面，電梯的兩邊一直做的是相反的運動，一邊是做上升運動，而另一邊是做的下降運動。很明顯的看上去，電纜它不是一圈又一圈地纏在上面的，而是掛在上面的，所以我們就知道了電纜繩它的長短與線路的數(shù)量是受不到約束的。當然，汽車的承載能力和高度都有所提高，滿足了人們使用電梯的需求。因此，在過去的100年里，牽引升降機引起了人們的注意，并在今天得到了廣泛的使用和進一步的發(fā)展。截止到現(xiàn)在看來，電梯已經(jīng)進入到我們生活中方方面面已經(jīng)長達了一個半世紀了。在這長達一個半世紀時期的大風大雨，起起落落的過程中，震撼地球的歷史正在發(fā)生著日新月異的改變，而永遠不會改變是電梯的突飛猛進的發(fā)展是會給改善人們生活質(zhì)量提高的承諾。長達一個半世紀以來，制作電梯的材質(zhì)已經(jīng)變成了彩色的，原來是單調(diào)的黑白。生活在向前進行著，技術(shù)變得越來越先進，電梯也得到了突飛猛進的發(fā)展。風格從直角變成了斜角。在控制-操作人機對話，信號控制和開關(guān)操作以及一系列的按鈕控制這些等等系列的各個方向上，智能群組控制還被巧妙地運用在了多個轎廂同時工作運行的電梯系統(tǒng)里，不僅智能群組控制，還有并行控制也經(jīng)常被運用在多臺電梯并行使用的系統(tǒng)中。兩臺的電梯擁有許多優(yōu)點，首當其沖的就是可以節(jié)約地方。又因為是兩臺，所以承載能力比一臺強，提高承載力的優(yōu)點；為了節(jié)約用戶的大量的時間，所以就研發(fā)出來了自動變速自動扶梯，這個扶梯有著各種各樣可以滿足人們各類需求的不同的形狀就像是完整的圓形，梯形，半圓以及三角形，它們可以實現(xiàn)的目標就像是全景電梯，它的意義是可以讓乘客們的視線更為開闊，能看到四面八方的景色。當今來說，世界上各個技術(shù)上領(lǐng)先的電梯行業(yè)的巨頭都紛紛向世界展現(xiàn)出了它們的氣魄和見識，位于美國的奧蒂斯公司就是他們中的代表。繼續(xù)開發(fā)新的電梯產(chǎn)品，而且還不停地改進各種各樣的服務(wù)。類似于調(diào)頻門的控制，保養(yǎng)的系統(tǒng)和維修的系統(tǒng)，使電梯更加的不費電，使電梯的壽命更加長，讓電梯在運行的時候減少噪聲的產(chǎn)生，使我們的使用體驗變好。改善了居民們的日常生活。20世紀初期美國的一家電梯公司奧迪斯公司在中國安裝了第一臺電梯，這臺電梯位于上海。到了二十世紀三十年代的時候，美國由奧迪斯電梯公司在天津立德酒店所安裝的電梯，依然可以正常并且可以保證安全性的工作。直到二十世紀五十年代的時候，中共中央提出了一個決策，就是在天安門廣場的城樓上安裝一臺咱們中國自己制造的國產(chǎn)電梯。天津從慶盛電器廠接管了這項工作。在四個月之后，完美的交工，所要求的目標圓滿達成。在黨的十一屆三中全會之后，我們?nèi)珖舷?，都在一股改革開放謀發(fā)展，艱苦奮斗干大事的浪潮中，同樣的，電梯行業(yè)的發(fā)展也不能落下。在這一段時間期間，電梯行業(yè)也得到了發(fā)展，隨著修建筑的時候樓的層數(shù)越來越多，使電梯和我們每一個人的生活都息息相關(guān)，從高樓林立的大城市到高樓罕見的五線城市，電梯被我們廣泛地使用，走進了千家萬戶。而我們因為有了電梯，可以節(jié)約住房面積，住到高樓上面去，緩解了人們的住房壓力，給咱們老百姓提供了便利的服務(wù)。電梯是一種安全可靠的設(shè)施，在高層建筑中上下垂直，電梯在工業(yè)中也有很廣泛地應用，他可以降低工人勞動的強度，以及通過控制工作工位的高度來改良你所工作的環(huán)境，條件，使我們可以工作在一個適合自己工作的位置，也能提高我們的工作效率，方便我們可以高空作業(yè)。電梯在我們生活中的應用遠遠不止有這么一點，還運用在各行各業(yè)，各個部分，就像是大的商場，高空作業(yè)，游樂場，餐廳，大型酒店，賓館以及家用住宅電梯?，F(xiàn)在來看，電梯在每一個高層建筑中都是特別重要的，它是建筑物的核心，要是沒有電梯，對于人們來說是十分不方便的，電梯在高樓建筑中充當交通運輸工具，能載人去自己想去的任意樓層，它對于我們的生活是少了不行的，給我們提供了非常大的便利。換一種角度上來看，有些指標都能間接地通過一個國家對于電梯的用量來看出來，這是因為電梯的用量受到一些條件的影響，它可能受到一個國家的工業(yè)發(fā)展的狀況的影響，主要還是取決于人口的規(guī)模和城市的遍及程度，人口密度越高的地方，電梯的使用肯定就越多，再者，就能間接地透露出經(jīng)濟發(fā)展的程度。中國一躍成為了全地球規(guī)模最大的電梯交易市場，仔細想想，中國何以在電梯行業(yè)有著突飛猛進的發(fā)展呢，這還不是因為當前全世界的經(jīng)濟狀況都是呈現(xiàn)出一種一蹶不振的景象，而中國就不一樣了，中國在改革開放之后，我們的電梯行業(yè)也達到了空前絕后的繁榮。中國在各個領(lǐng)域的發(fā)展都是突飛猛進的，勁頭特別足，這就包括許多方面，就像城市化水平，經(jīng)濟水平。這些發(fā)展在全世界都是有目共睹的。自從上個世紀中葉，我國建國以來，我們國家已經(jīng)安裝了六十萬多臺電梯了。我們國家對電梯的用量真正的增加是在二十世紀八十年代以后的，也就是十一屆三中全會以后，通過了一系列的改革開放措施，使我們國家的經(jīng)濟發(fā)展有一個階越性的騰飛，這也就增加了對電梯的需求量。并且，這一個上升的趨勢還在持續(xù)穩(wěn)定地保持著。直到如今，還是保持著高歌猛進的發(fā)展趨勢，絲毫沒有跡象來表明要慢下來。當然了，我們的電梯水平還沒有到達全世界的水平，依然有很大的發(fā)展的空間，離飽和程度還差的很遠。在全球，每一千個人就能擁有一臺電梯，顯然我們國家達不到這個水平。離這個水平還得幾乎七十萬臺才能滿足。屆時，全國將有130萬部電梯投入使用，每年將需要6萬部電梯進行拆卸和升級。到2005年，中國電梯年產(chǎn)量達到13.5萬部，比1980年增長了59倍。平均年生產(chǎn)增長率為17.8%。二零零五年，共有124,465部升降機投入服務(wù)。截至2005年底，中國使用的電梯總數(shù)已達651,794部。國內(nèi)電梯有著許多的好處，主要是凸顯在它的花費比較少并且性能比較高，質(zhì)量也好，所以，這個產(chǎn)業(yè)就能很快火起來，許多的公司在它一開始流行起來的時候，就看中機遇，開始投入批量生產(chǎn)，并且還賺取了一大堆的海內(nèi)外的用戶，提供了許多有利的條件為我們一步步地打開海外的市場。我們國家的電梯產(chǎn)業(yè)在亞洲市場占得份額也是越來越高了。年銷量約為一萬部，約占亞洲市場的1/50。一些合資企業(yè)也為外匯出口作出了貢獻。幾家世界著名的電梯公司，如美國的Otis、瑞士的Xunda、日本的三菱和日立、芬蘭的Cohen等，這幾個大公司的每年的電梯的產(chǎn)量在世界市場中占到特別大的份額，都超過了一辦。全世界最大的電梯行業(yè)的巨頭是日本的三菱公司和美國的Otis公司。在當今看來，低層的建筑更多的會采用液壓電梯，還有就是，人們通過技術(shù)革新，大規(guī)模的把直流電機改成交流的電機來驅(qū)動電梯。另外來說，隨著居民住宅的估摸擴大，樓層的變高，小型的家用電梯也慢慢走近每家每戶中去了，為人們的生活帶來更大的舒適。1.3課題研究的價值和意義由于電梯行業(yè)的發(fā)展以及電梯的大批量生產(chǎn)和投入到個各領(lǐng)域的使用，我們必須得改良電梯的控制方法，使它就盡可能地滿足運行可靠性，制作成本，維修成本，安全性能，響應靈敏等等這些性能指標。我們以往的電梯運行控制系統(tǒng)主要是采用的是繼電器邏輯控制電路。但是，在使用的過程中，發(fā)現(xiàn)他有許多的不足之處，例如它占得地方比較大，體積比較大，運行的壽命不是很長，制作的成本還高，不僅容易出現(xiàn)故障，而且維修起來也是比較困難。所以，我們就轉(zhuǎn)變思路，換用一種新的控制方式，采用近幾年才發(fā)展起來的單片機來控制。單片機相對而言，比較便宜，可以降低成本通過改進，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方式。同時,電梯控制系統(tǒng)基于微機的原則,單芯片可以使用高精度的測量電路在設(shè)計的過程,它導致數(shù)字組合軟件相對穩(wěn)定,從而確保信號處理控制整個系統(tǒng)更準確、更有效的電梯。從客觀的角度來看，單片機擁有占得地方小、處理速度快、消耗成本低、功能完善的優(yōu)點。它經(jīng)常用于升降機的選擇、啟動、變速等過程。最關(guān)鍵的部分是平層，然后選擇電動控制方法比較常見，后發(fā)現(xiàn)一個芯片小型機的配置和中間繼電器，可能在采用單片機限制設(shè)備之前，存在著笨重，操作維修和維護不便，建筑成本，等等這一系列的比較常見的問題，結(jié)合計算機地控制技術(shù)，用它來控制了很多層中間繼電器通過一個芯片，尤其是在控制后，還可以減少接口芯片的周邊設(shè)備，以保持安全和整體功能，而且單片機是通過燒錄到主控器里面的程序來控制電梯的，所以可以通過程序來實現(xiàn)對功能的管理，而用繼電器邏輯控制電路不行，得全部重裝才能完成。因此，單片機的控制可靠性在電梯控制中的基本工作原理和科學的應用策略進行分類是非常必要的。1.4設(shè)計任務(wù)和要求1.4.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計基于單片機的電梯控制器，設(shè)計多層電梯控制器硬件電路，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計電梯控制器軟件程序，實現(xiàn)六層電梯的平層、開關(guān)門及上下行控制等功能。1.4.2設(shè)計要求顯示部分：用共陰極七段數(shù)碼管來顯示電梯轎廂所處在的樓層，用LED指示燈陣列來顯示電梯的運行情況，當電梯上行的時候，亮起的燈呈現(xiàn)一個上升箭頭的形狀，下行的時候，呈現(xiàn)出一個下降箭頭的形狀。停下來的時候全滅。當電梯呼梯信號按下的時候，相應的指示燈會亮，滿足條件后會滅。升降控制：按下不同的呼梯按鍵之后，電梯會上下行，當電梯上行時，控制步進電機正轉(zhuǎn)，當電梯下行時，控制步進電機反轉(zhuǎn)。平層功能：當電梯到達目標樓層的時候，電梯會停下來，由蜂鳴器來發(fā)出提示的聲音。呼叫信號的鎖存丟失，所對應的指示燈變暗。具備不可逆響應功能：如果在上行的過程中，下面樓層產(chǎn)生了一個呼叫電梯的信號，那么，電梯會鎖存住這個信號，然后繼續(xù)上行，直到全部上行完成了以后，才會下行，同理的，當在下行的過程中，上面樓層產(chǎn)生了一個呼叫電梯的信號，那么，電梯會鎖存住這個信號，然后繼續(xù)下行，直到全部下行完成了以后，才會上行。第二章總體設(shè)計方案2.1方案選擇當前看來，電梯系統(tǒng)的主要選擇方案還是微型計算機和可編程控制器。兩者都有著飛快的發(fā)展。PLC是傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和微機技術(shù)融合在一起，相互促進的成果。我們國家現(xiàn)在大多數(shù)情況下還是使用可編程控制器。這是因為它有著許多優(yōu)點，就像擁有很強的抗干擾能力，即使在工作環(huán)境比較惡劣的場所，它也能正常運行，但是由于可編程控制器是根據(jù)具體的功能量身定做的，一旦做好了以后就不能修改功能，所以他的成本會高一些。而且維修的時候會比較麻煩。而單片機擁有占得地方小、處理速度快、消耗成本低、功能完善的優(yōu)點。單片機可以通過編程來改變管腳的輸出電平，從而改變功能，使控制操作具有靈活性，所以我決定采用單片機來控制電梯系統(tǒng)。2.2設(shè)計思路在這一次設(shè)計中，我的總思路是通過按動相應層數(shù)的按鍵來給單片機的I/O口傳遞低電平作為呼梯信號，來讓單片機做出相應的判斷，從而做出反應，通過相對應I/O口的輸出信號，來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)，七段共陰極數(shù)碼管的顯示，蜂鳴器的觸發(fā)以及LED指示燈的陣列的顯示。通過步進電機的正反轉(zhuǎn)控制電梯的上下行運動；通過LED指示燈陣列來顯示出電梯的運行狀態(tài)，上行就呈現(xiàn)上升箭頭，下降就呈現(xiàn)下降箭頭；用數(shù)碼管來顯示轎廂所處于的樓層數(shù)，用傳感器來實現(xiàn)電梯的平層功能；平層之后用蜂鳴器來提醒到達目標樓層。2.3總體設(shè)計框圖圖1電梯單片機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1主要硬件設(shè)計器件在本次的設(shè)計中，我們主要采用的硬件就是六線四相電機和51單片機這兩種。51單片機的作用就是主控器，通過在單片機里面寫好程序，然后單片機通過讀取I/O端口的電平來做出判斷，然后執(zhí)行相應的操作。步進電機是用來帶動電梯運動的，通過控制步進電機的正反轉(zhuǎn)來完成電梯的上下行動作。51單片機的主要特性和各引腳的功能如下圖所示：圖2單片機的主要功能和各引腳功能主要特性：◆閑置的時候耗能低和掉電的速度慢◆2個16位的定時器/計數(shù)器，分別為T0和T1，52會增加一個T2◆5個中斷源，分別為外部中斷0，外部中斷1，定時器T0,定時器T1和串行口，52單片機會在51單片機的基礎(chǔ)上加一個T2中斷◆擁有128*8位的內(nèi)部隨機存儲器◆32個可以用來編程的I/O端口◆保存數(shù)據(jù)的時間可以長達10年之久◆有著1000寫/擦循環(huán)的使用壽命◆全靜態(tài)工作時的頻率是在0Hz-24Hz之間，可由所接的晶振來決定◆能夠鎖定三級程序存儲器◆時鐘電路和片內(nèi)振蕩器◆4096字節(jié)的可編程閃爍存儲器◆串行通道可編程◆和MCS-51兼容管腳說明：GND：和大地相連。VCC：提供工作時的電壓。P0口：P0口每一個I/O口都能接收到8個TTL門電流，它擁有八位漏極開路的雙向輸入輸出口。每一次P1的端口第一次寫高電平的時候，我們就可以把它看成是高阻輸入。用來儲存外部程序的數(shù)據(jù)存儲器可以用P0口來實現(xiàn)。一般來說，他能夠?qū)崿F(xiàn)地址線和數(shù)據(jù)線的復用，能用來做數(shù)據(jù)的第八位，當使用FLASH來檢測的時候，本來的碼會被P0輸出去，這時候，P0作為原來的碼輸進去的口子，它的外面肯定是被拉高了。P1口：P1口的每一個I/O口都能夠接收到四個TTL門電流，它擁有八個雙向傳輸信號的I/O口。單片機會把P1口當做成為八位地址接收，當FLASH檢查和編寫程序的情況下。由于內(nèi)部的上拉，故而，在P1的端口接收到高電平的時候，當成是輸入進去，讓內(nèi)部上拉成了高電平。P1口在外部會被下拉成低電平，當成是輸出來。P2口：P2口的每一個I/O口都能夠發(fā)出去和接收到四個TTL門電流，它擁有八個雙向傳輸信號的I/O口，并且，每一個口還具有內(nèi)部拉撥電阻。在把P2的端口都寫成高電平的時候，它的內(nèi)拉電阻會通過把這個引腳拉高來讓它當做輸入，因為內(nèi)部拉出的原因，會讓P2端口從外面讀取信號，產(chǎn)生電流，用來作為單片機的輸入。在P2的各個引腳用于程序的外部內(nèi)存或用于訪問的16位地址數(shù)據(jù)的外部存儲時，P2端口生成地址的前8位。當提供“1”地址時，使用內(nèi)部提拉。當讀取和寫入8位外部地址數(shù)據(jù)時，P2的每一個管腳都會發(fā)出一些內(nèi)容，是由特殊功能寄存器決定的。在FLASH檢驗判斷和寫程序的時候，P2的每一個引腳可以接受方向信號以及相對應的控制信號。最多可以接受8個。P3口：P3口的每一個I/O口都能夠發(fā)出去和接收到四個TTL門電流，它擁有八個雙向傳輸信號的I/O口，當P1端口的引腳輸入邏輯高電平的時候，這些信號會在內(nèi)部通過上拉電阻產(chǎn)生一個高電平作為輸入。當成一個輸入的話，又因為外部的下拉是讓降低的，那么P3端口的每一個引腳就能產(chǎn)生輸出的電流，產(chǎn)生這個的原因是下拉電阻。P3口里面的一些端口也能充當單片機里面的特殊功能口，以下就是用法：每一個P3口管腳的備用的功能P3.0可以作為串行輸入的端口P3.1可以作為串行輸出的端口P3.2可以作為外部中斷0的輸入口P3.3可以作為外部中斷1的輸入口P3.4能夠作為記時器T0外部輸入的端口P3.5能夠作為記時器T1外部輸入的端口P3.6可以決定外部數(shù)據(jù)存儲器是否可以寫操作P3.7可以決定外部數(shù)據(jù)存儲器是否可以讀操作P3端口的各個管腳能夠同時接收一些控制信號，用于flash編程和編程驗證。RST：這個控制端的作用是復位，它在啟動工作時，一定要讓RST引腳能夠保證連續(xù)的輸出兩個機器周期的高電平。ALE/PROG：這個控制端在一般的情況下，能夠產(chǎn)生震蕩頻率為六分之一機器頻率的正脈沖信號，并且，還能穩(wěn)定輸出。因為它具有這個功能，所以一般可以被用來做計時器或者當成外部輸出脈沖。在單片機要讀取輸入輸出端口的信息或者訪問外部寄存器的時候，一定得丟失掉一個脈沖信號。要是我們不用這個脈沖信號的時候，我們就得禁止它的輸出，把特殊功能的寄存器的AUXR里面的ALE禁止位編譯成1，就可以完成這個操作。/EA/VPP：當/EA維系高電平的情況下，單片機片內(nèi)的PC值不會大于1FFFH，單片機只會讀單片機內(nèi)部存儲器里面所存儲的程序，要是大于這個值的時候，那么就會自動去訪問外邊的存儲器里面的代碼。當維系低電平的時候，只可以查讀片外的程序。XTAL1端是單片機內(nèi)部時鐘電路的輸入與反向振蕩放大器的輸入XTAL2來源自反向振蕩器的輸出。步進電機的工作原理，線路原理圖，步進電動機運行的特點，工作方式及不同的工作方式所對應的時序圖如下：步進電機的工作原理：步進電機的控制是非常簡單的，它的角位移是通過得到的脈沖信號所決定的，也就是說，是通過脈沖的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，而且它的轉(zhuǎn)動方向取決于各端口電平改變，導致通電的相序發(fā)生改變而控制的。因為它控制比較容易，而且是可以靠數(shù)字控制，所以我們在單片機的控制中會經(jīng)常用到步進電機。步進電機它在運行的過程中，無論負載多重，都不會改變步進電機的運行狀態(tài)，可以平穩(wěn)運行，步進電機的工作方式是一脈沖一動，所以它控制的準確性比較高，沒有累積的誤差，只有每一個周期的誤差。如圖3所示，就是一個六線四相步進電機的示意圖。這一種步進電機，擁有很強的靈活性，不僅僅是可以當作四相電機來用，還能被用來當做兩相電機使用。所以我們經(jīng)常會使用它。四相六線制的步進電機所對應的原理圖：圖3四相六線制步進電機原理圖步進電動機在運行時候的特點：①步進電動機的輸出脈沖數(shù)和它的角位移準確成過原點，斜率為正的一次函數(shù)關(guān)系。所以，步進電機它會有一個性能比較優(yōu)良的跟隨性，這就是因為每當步進電機轉(zhuǎn)過來一圈的時候，是沒有隨時間而慢慢累積而增加的誤差。②步進電機比較容易實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動、停車、改變速度這些功能。并且，它的響應是非常快的，有比較強的靈敏度。③從構(gòu)成步進電機及它的驅(qū)動電路的控制系統(tǒng)中來看，可以看出它的排線是非常簡單的，而且能可靠的驅(qū)動，所用到的器件也比較便宜，能有效地節(jié)約成本。④步進電機不能直接地接在AC電源或者DC電源上，只有接在脈沖電源上才能正常工作。⑤我們必須對應電機所有的超速及其震蕩的現(xiàn)象，做出應對的抑制措施。⑥步進電機能夠在寬的范圍里面稍微調(diào)整一下，更有甚者，能夠在速度比較低一點的時候擁有高一點的轉(zhuǎn)矩，這么能夠不用減速器就能順利地驅(qū)動負載。步進電機的工作方式：步進電機主要有半步運行方式和整步運行方式兩種運行方式，他們的不同之處就是當接收到觸發(fā)脈沖的時候各個相所接收到的電平的時序。它們的時序圖正如圖4和圖5所示。以步進角1．8°的四相混合式步進電機為例，在半步的的運行方式的時候，電機旋轉(zhuǎn)一周需要400個脈沖，每一個脈沖到來的時候，步進電機就會旋轉(zhuǎn)0．9°；在整步的的運行方式的時候，電機旋轉(zhuǎn)一周需要200個脈沖，每一個脈沖到來的時候，步進電機就會旋轉(zhuǎn)1．8°。圖4半步時序圖圖5整步時序圖3.2各單元模塊3.2.1單片機最小系統(tǒng)模塊圖6單片機最小系統(tǒng)單片機的最小控制系統(tǒng)是由三部分組成的。它包括由晶振組成的脈沖產(chǎn)生信號電路，主控單片機芯片，以及復位電路。脈沖產(chǎn)生信號的電路是由晶振和電容并聯(lián)而組成的，我選用的晶振的頻率是11.0592MHz，選擇的電容的大小為30pF。電路的功能可以產(chǎn)生大約1us的脈沖信號。在主控芯片接線方面，因為P0端的每個I/O口都是由OC門構(gòu)成的，P0口都接的有上拉電阻，圖中RP1就是排阻。復位電路一個電容和開關(guān)并聯(lián)的電路，另外一側(cè)接高電位，當RST控制端口是高電平的時候，就能使單片機復位。3.2.2開關(guān)控制模塊圖7轎廂開關(guān)控制模塊從左到右依次是第1層、第2層、第3層、第4層、第5層、第6層的呼叫按鍵，后面加的那兩個方便擴展層數(shù)，當按鈕按下的時候，所對應的指示燈D1、D3、D4、D6、D7、D8、D9、D10會亮，按下的信號被記憶，得到鎖存，當?shù)竭_目標層數(shù)時，相對應的記憶信號丟失，對應的LED燈滅掉3.2.3電機驅(qū)動模塊圖8電機驅(qū)動模塊電機驅(qū)動采用ULN2003A完成。由于在這次設(shè)計中，我們需要能穩(wěn)定可靠地對電機的速度和電機轉(zhuǎn)動的方向進行調(diào)節(jié)，還得易于控制，所以我們采用了步進電機。我們可以通過步進電機的轉(zhuǎn)動來控制電梯的運行，步進電機正轉(zhuǎn)，電梯向上運行，步進電機反轉(zhuǎn)，電梯向下運行?？梢酝ㄟ^改變收到脈沖的頻率來控制電梯的速度。由于本次實驗運用的是仿真模擬，所以采用5V的Vcc即可，要是運用在現(xiàn)實生活中肯定不行，得用大一點的電壓驅(qū)動。ULN2003A引腳圖如下圖：圖9ULN2003A引腳圖ULN2003A功能介紹：ULN2003A是由7根達靈頓NPN管組成的一系列達靈頓高壓高壓產(chǎn)品。主要用于單片機、智能儀器、PLC等控制電路。在5V工作電壓下，可直接連接TTL和CMOS電路，可直接作為繼電器進行充電。具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍廣、負載能力強等特點。輸入為5V的TTL，輸出可達500mA/50V。適用于各種高速、大功率系統(tǒng)。3.2.4顯示模塊圖10樓層顯示數(shù)碼管所選用的顯示樓層的數(shù)碼管是7SEG-COM-CAT-GRN，它是共陰極七段的數(shù)碼顯示管，分別每一根LED晶體管都由一個管腳來控制，由于這個數(shù)碼管是共陰極的，所以在顯示數(shù)字的時候只需要把相對應的管腳電平置為高電平就行了，我們把最上頭的那一根晶體管稱為a，然后順時針命名，依次是abcdef，最中間那一根對應的是g，然后對于左邊的管腳，由上到下分別為abcdefg，通過數(shù)碼管可以顯示出電梯轎廂所在的層數(shù)。圖11上下行指示燈顯示電梯運行的方向，分別用三組LED指示燈陣列顯示。只要當步進電機轉(zhuǎn)動，電梯有垂直移動的時候，D2、D5、D11、D12就會亮；當步進電機正轉(zhuǎn)，電梯往上走的時候，D20、D19、D13、D14會亮，整個LED指示燈陣列會呈現(xiàn)一個向上的箭頭亮燈；當步進電機反轉(zhuǎn)，電梯往下走的時候，D18、D17、D16、D15會亮，整個LED指示燈陣列會呈現(xiàn)一個向下的箭頭亮燈當電梯停在某一層樓的時候，LED指示燈陣列全滅。3.2.5抵達目標樓層提示模塊圖12到達目標樓層提示裝置當電梯到達呼叫信號所處的層數(shù)的時候，步進電機會停止轉(zhuǎn)動，電梯會停下來，抵達目標樓層提示模塊會觸發(fā)，蜂鳴器會發(fā)出提示音。3.2.6仿真接線圖圖13仿真接線圖3.2.7硬件電路圖圖14硬件電路圖3.2.8實物圖圖15實物圖正面圖16實物圖反面第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件設(shè)計總體框圖圖17程序流程圖4.2軟件設(shè)計原理當電梯啟動的時候，電梯復位，電梯處于第一層，步進電機不轉(zhuǎn)動，數(shù)碼管顯示層數(shù)1。然后開始檢測電梯呼叫按鈕的觸發(fā)情況。電梯的主控器通過判斷電梯是否接受到了呼梯信號，要是有呼梯信號的話，就會發(fā)出指令，命令電梯執(zhí)行前往呼梯信號所要求到達的樓層。當呼叫按鍵被按下的時候，對應的LED燈會亮，呼叫信號會被記憶，等到響應了以后，到達滿足呼梯信號所要求的樓層之后，原來的呼梯信號才會丟失，對應的LED燈滅掉，然后由蜂鳴器發(fā)出提示聲音，然后馬上判斷下一個，電梯主控器做出響應的控制，電梯做出響應的動作。當電梯在上行的過程中，步進電機正轉(zhuǎn)，LED指示燈陣列中亮起的燈呈現(xiàn)一個向上箭頭的形狀，指示電梯是向上運行的。當電梯到達最先到達的呼梯信號的時候，這個呼梯信號會丟失，然后LED指示燈陣列全部滅掉，蜂鳴器會發(fā)出提示聲音數(shù)秒，然后開始下一步檢測。優(yōu)先檢測向上的呼梯信號，如果有向上的呼梯信號，那么步進電機就會正轉(zhuǎn)，LED指示燈陣列呈現(xiàn)一個向上箭頭，直到達下一個呼梯信號所在的樓層后，然后呼梯信號丟失，然后LED指示燈陣列全部滅掉，蜂鳴器會發(fā)出提示聲音數(shù)秒，然后開始下一步檢測，重復上一次檢測，要是還有上行的信號時，則電梯做出同樣的動作，直到檢測不到向上的呼梯信號時，則開始檢測向下的呼梯信號，如果有向下的呼梯信號，那么步進電機就會反轉(zhuǎn)，LED指示燈陣列呈現(xiàn)一個向下的箭頭，直到達下一個呼梯信號所在的樓層后，然后呼梯信號丟失，然后LED指示燈陣列全部滅掉，蜂鳴器會發(fā)出提示聲音數(shù)秒，然后開始下一步檢測，重復上一次檢測，要是還有下行的信號時，則電梯做出同樣的動作，直到檢測不到向下的呼梯信號時，步進電機停止轉(zhuǎn)動，電梯停止運行；當電梯在下行的過程中，步進電機反轉(zhuǎn)，LED指示燈陣列中亮起的燈呈現(xiàn)一個下降箭頭的形狀，指示電梯是向下運行的。當電梯到達最先到達的呼梯信號的時候，這個呼梯信號會丟失，然后LED指示燈陣列全部滅掉，蜂鳴器會發(fā)出提示聲音數(shù)秒，然后開始下一步檢測。優(yōu)先檢測向下的呼梯信號，如果有向下的呼梯信號，那么步進電機就會反轉(zhuǎn)，LED指示燈陣列呈現(xiàn)一個向下箭頭，直到達下一個呼梯信號所在的樓層后，然后呼梯信號丟失，然后LED指示燈陣列全部滅掉，蜂鳴器會發(fā)出提示聲音數(shù)秒，然后開始下一步檢測，重復上一次檢測，要是還有下行的信號時，則電梯做出同樣的動作，直到檢測不到向下的呼梯信號時，則開始檢測上升的呼梯信號，如果有向上的呼梯信號，那么步進電機就會正轉(zhuǎn)，LED指示燈陣列呈現(xiàn)一個向上的箭頭，直到達下一個呼梯信號所在的樓層后，然后呼梯信號丟失，然后LED指示燈陣列全部滅掉，蜂鳴器會發(fā)出提示聲音數(shù)秒，然后開始下一步檢測，重復上一次檢測，要是還有上行的信號時，則電梯做出同樣的動作，直到檢測不到向上的呼梯信號時，步進電機停止轉(zhuǎn)動，電梯也隨之停下來。晶閘管則一直處于工作狀態(tài)，顯示轎廂所在的樓層數(shù)，當電梯轎廂要是停在中間樓層的時候，有多個呼梯信號同時觸發(fā)的時候，則堅持先響應上行，再響應下行的原則。要是順序呼叫的情況下，則以第一個呼梯信號所命令的運行方向動作。第五章電路仿真及調(diào)試將在keil軟件上編的C語言程序生成hex文件，和proteus軟件進行聯(lián)調(diào)，把程序?qū)戇MAT89S52單片機內(nèi)，進行仿真測試。電梯的初始狀態(tài)，停在一樓，數(shù)碼管顯示層數(shù)1。圖18電梯初始狀態(tài)按下6層呼梯信號，步進電機正轉(zhuǎn)，電梯上行，LED指示燈陣列顯示上升箭頭，數(shù)碼管顯示出當前轎廂所在的層數(shù)。圖19到達6層之后，步進電機停止轉(zhuǎn)動，數(shù)碼管顯示當前層數(shù)，報警信號觸發(fā)。圖20按下1層呼梯信號，步進電機反轉(zhuǎn)，電梯下行，LED指示燈陣列顯示下降箭頭，數(shù)碼管顯示出當前轎廂所在的層數(shù)。圖21到達1層之后，步進電機停止轉(zhuǎn)動，數(shù)碼管顯示當前層數(shù)，報警提醒信號觸發(fā)。圖22當電梯處于三樓的時候，依次按下4層呼叫按鍵，5層呼叫按鍵，2層呼叫按鍵。電梯先上到4層，然后停下來，報警提醒信號觸發(fā)。過了幾秒后，步進電機正轉(zhuǎn)，電梯上行，到了5層時，步進電機停止轉(zhuǎn)動，報警提醒信號觸發(fā)。過了幾秒后，步進電機反轉(zhuǎn)，電梯下行，行至2層時，電機停止轉(zhuǎn)動，電梯停下，報警提醒信號觸發(fā)。圖23圖24圖25第六章總結(jié)與展望本文對單片機控制電梯系統(tǒng)這一課程設(shè)計做了詳細的報告與總結(jié)，其中主要是包括了單片機的編程和proteus的仿真實驗以及硬件設(shè)計，并且對里面每一個特別重要的子模塊加以詳盡地說明。經(jīng)過仿真實驗的驗證，本設(shè)計所設(shè)計的電梯基本符合當初的預想，該電梯的調(diào)度符合高效、省時、人性化的特點。運行結(jié)果完美無誤，可以完整的實現(xiàn)電梯上下行，平層功能，到點提示，樓層顯示，上下行顯示，順次接人功能。能夠作為真實電梯的調(diào)度系統(tǒng)使用。本次畢業(yè)設(shè)計的核心思想是：當有用戶按下按鍵，產(chǎn)生呼叫電梯的信號時，運用單片機的I/O口，把這個信號傳遞給單片機，來讓單片機置位相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)，使電梯判斷信號，從而來進行上下行，做出相應的反應動作提供了根據(jù)，然后單片機就能相對地點亮或者熄滅對應相關(guān)指示燈。在整的這一個畢業(yè)設(shè)計中，單片機的讀寫I/O端口功能是設(shè)計基礎(chǔ)，電梯動作的函數(shù)當成主導，電梯目的樓層判斷的函數(shù)是關(guān)鍵點和核心?？偠灾桑捎诰脑O(shè)計與調(diào)試，畢業(yè)設(shè)計的成品還是很成功的，并且這一次程序的編寫不但僅僅是為了設(shè)計六層樓的電梯，再加多幾層的電梯功能也能夠達成，本次設(shè)計我就擴展成了八層電梯。當然，要是更高層的電梯的話，就會受到單片機管腳資源個數(shù)的限制了。而程序本身的思路和邏輯是完全可以支撐更多層電梯的動作管理的，要是使用其它管腳數(shù)量比較多的處理器的情況下（就像ARM類型的處理器），那么這一個假設(shè)的想法就能夠完整地實現(xiàn)。當然，這一次的設(shè)計還是有些缺點的，就像是這僅僅是是單獨的一個電梯在運行使用，要是遇到某些大樓載客量很高的時候，當然就不能滿足需求，所以我就想以后可以設(shè)計出擁有兩個轎廂同時運行的電梯，這么著兩者就能相互補充，能夠滿足更多要求，讓用戶們更加方便。然而難度也是很大的，它們之間要有共同維護一些變量，這些都會帶來許多未曾可知的麻煩等等這一類，但是我相信我想去思考，就一定能夠找到解決它的辦法的。致謝大學是我們?nèi)松凶蠲篮玫臅r光，時光如梭，隨著我們的畢業(yè)論文的完成，我們美好的大學生活也已悄然流進了昨日。回想起四年的大學生活來，更多的是不舍得。在這四年的生活里，我見證過東大荒的變遷、體驗過圖書館濃烈的學習氛圍、領(lǐng)略過通大的春夏秋冬。通大校園的每一條小道、教學樓、大學生活動中心、圖書館、東操、西操、范曾藝術(shù)館、二食堂，都留下來了我到過的痕跡。等到很多年以后，我依然會想起在通大的日子，想起在東操軍訓、在大學生活動中心參加社團、在青創(chuàng)園吃小吃、與朋友一起嬉鬧的場景。我們總是將畢業(yè)與成長相連。在這四年中，我能快速地成長和蛻變離不開學院各位老師的悉心指導。畢業(yè)論文即將寫完，在這整個過程中我最感謝的就是我的指導老師——xxx。在大三時，王老師就擔任過我的傳感器技術(shù)老師，在科研過程中帶領(lǐng)我們深入研究，悉心指導我們完成每一步。在畢業(yè)論文寫作過程中，王老師更是勤勤懇懇，每一次我將論文交給老師，