毕业设计论文基于单片机的电梯控制系统设计及实现-精品.doc

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苏州经贸职业技术学院

学生毕业设计（毕业论文）

基于单片机的电梯控制系统设计及实现

系别：

机电系

专业：

应用电子技术

班级：

09应电31

学生姓名：

张兴宝

学生学号：

0901083149

指导教师：

曹双兰

摘要

近年来，电梯的发展速度不断增加，已深入到社会生活的方方面面。

为了社会的需要与乘客的需求，其自身也在不断的完善着。

电梯在操纵控制方面步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。

电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。

电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。

在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。

人们的生活因此变得更加美好。

本设计是以单片机为基础，C语言为编程语言，AT89C52为控制核心的8

层电梯控制系统。

本设计能实现电梯的开关门、显示电梯的所在楼层以及其运行的状态，并能过根据不同乘客的需求定向定层的进行载客服务，每到达一楼层时，楼层所在的传感器点亮，方便顾客做好准备上下楼梯。

根据实际生活，此电梯系统设计了紧急报警功能，当电梯发生意外或无法正常工作时。

乘客可以通过紧急报警系统向有关部门求助。

本设计为了能够让大家更清楚的明白电梯的工作原理，让其更好的为人们服务，设计从输入模块、控制模块、 led点阵显示模块系统的阐述了电梯的工作的不同状态，并通过不断的论证选择适合的方案，进行仿真，以其最真是的效果表达出来。

同时，希望能通过本次设计发现其不足之处，加以改进，使其在生活中更加的方便与人性化，展现其最大的作用。

关键词：

电梯控制单片机C语言AT89C52LED点阵

Abstract

Inrecentyears,thedevelopmentoftheelevatorspeedincreaseunceasingly,haspenetratedintoeveryaspectofsociallife.Inordertotheneedsofsocietyandtheneedsofpassengers,itsoneselfalsoisconstantlyimprovingthe.Elevatorcontrolaspectisanewstepbystep--thehandleswitchoperation,buttoncontrol,signalcontrol,setcontrol,man-machinedialogueandsoon,manyelevatorsalsoappearedparallelcontrol,intelligentcontrol;double-deckelevatorhoistwayshowsavespace,improvetransportcapacityadvantage;transmissiontypeautomaticsidewalkescalatorhasgreatlysavedthepedestriantime;differentshape--fan,triangle,halfdiamond,semicircular,circlethesightseeingelevator,whichareinthesightofthepassengerisnotclosed.Theelevatorisinthehigh-riseconstructionthesafe,reliable,upperandlowerverticaldeliveryvehicle,toimproveworkingconditions,reducelaborintensityplaysabigrole.Elevatorapplicationscopeisverybroad,andcanbeusedforguesthouses,hotels,officebuildings,shoppingmalls,entertainmentvenues,warehouseandresidentialbuilding.Inmodernsociety,theelevatorhasbecomeindispensableverticaltransportation.People'slifebecomesmorebeautiful.

ThedesignisbasedonsinglechipmicrocomputerforClanguageprogramming,andlanguage,AT89C52ascontrolcore8Elevatorcontrolsystem.Thedesigncanrealizetheelevatordoorswitch,displaythefloorwheretheelevatoranditsrunningstate,andcanaccordingtothedifferentneedsofpassengersdirectionalfixedlayerwerepassengerservice,everyarriveatthefloor,floorwherethesensorlights,theconvenienceofcustomersreadytogoupanddownstairs.Accordingtotheactuallife,theelevatorsystemdesignofemergencyalarmfunction,whentheelevatoraccidentsorcannotworknormally.Passengerscanpassthroughtheemergencyalarmsystemtotherelevantdepartmentforassistance.

Thisdesigninordertobeabletomakepeoplemoreclearlyunderstandtheelevatorworks,makeitbetterservethepeople,designfromtheinputmodule,controlmodule,LEDdotmatrixdisplaymoduleofthesystemelaboratedtheelevatorworkindifferentstates,andthroughconstantargumenttoselectasuitablescheme,simulation,withthemostreallytheeffectoftheexpression.Atthesametime,hopethatthroughthisdesignfounditsshortcomings,tobeimproved,thelifeismoreconvenientandhumanized,showitsbiggesteffect.

Keywords:

elevatorcontrolMCUClanguageAT89C52LEDlattice

目录

摘要 I

摘要 1

第一章引言 4

1.1单片机介绍及应用 4

1.2电梯的应用及意义 6

1.3电梯的工作原理 6

1.4设计的目的 7

1.5设计的研究内容及设计步骤 7

第二章仿真软件及元器件介绍 10

2.1方案比较 10

2.2AT89C52的简介 11

2.38*8点阵LED数码管简介 14

2.4PROTEUS仿真软件的简介 14

第三章电梯系统的设计 16

3.1设计的功能要求 16

3.2电梯电路显示模块的设计 18

3.3电梯电路输入模块的设计 21

3.4紧急报警电路 23

第四章电路仿真验证 24

4.1电梯系统电路仿真 24

4.2紧急报警电路仿真 29

第五章结论 31

参考文献 32

谢辞 33

附录...........................................................................................................................34

第1章引言

1.1单片机介绍及应用

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机历史

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

单片机的硬件特性

1、单片机集成度高。

单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031无）、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口。

　　2、系统结构简单，使用方便，实现模块化;　　3、单片机可靠性高，可工作到10^6~10^7小时无故障;　　4、处理功能强，速度快。

单片机的工作过程

单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。

为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。

存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。

　　程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC之中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

图1-1单片机最小系统

单片机的应用

单片机的应用　　目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机发展方向

从单片机的发展历程看，未来单片机技术将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展。

1.2电梯的应用及意义

随着社会的不断发展，电梯也在越来越被被广泛应用着。

电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。

电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。

电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。

在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。

按用途分类

　　乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。

　　载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。

　　医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。

　　杂物电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。

　　观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。

　　车辆电梯，用作装运车辆的电梯。

　　船舶电梯，船舶上使用的电梯。

　　建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。

　　其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。

可以说，电梯的应用已经渗透到社会发展的各个环节，在人们的生活与工作中起到了不可代替的作用。

1.3电梯的基本工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。

固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。

常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。

轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。

补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。

电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。

指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。

安全装置保证电梯运行安全。

如图所示:

图1-2电梯工作示意图

1.4设计的目的

针对我国楼层的基本水平，本着“一理通，百理明”的原则，本设计希望通过简单的八层电梯控制器的设计，为广大电梯设计者提供一个基础，希望更多的人能够了解到电梯在我们生活与工作中的重要性，更加清楚的明白其工作原理和使用方法。

同时也希望以此来呼吁更多的人加入到对电梯的研究中，为以后电梯的改进和提升增加动力，促使这一工具在以后的生活中得到更加广泛的应用。

1.5设计的研究内容及设计步骤

本课题的主要任务是完成一个电梯系统的调度模块，即根据每个楼层不同顾客的按键需求，让电梯做出合理的判断，正确高效地知道电梯完成各项载客任务。

根据此任务，本课题需要研究的内容有：

1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计；

2、学习单片机的相关知识，并且加以运用；

3、选择恰当的芯片，并对其内部协议有所掌握，便于应用。

4、研究C语言编程，并且规定电梯的工作规则，用C语言加以实现；

5、对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。

结合以上内容，本课题的设计方案步骤如下：

首先，对实际的电梯系统进行模拟，一般情况下，一个电梯应该具备相关按键、显示二极管、数码管等，由于这是一个调度模块，故没有设计具体的轿厢等机械部分。

然后，结合这些实物，选择恰当的芯片，并分成若干模块，安排好各自之间的关系。

由于其有诸多按键和显示环节，而单片机的I/O口管脚资源实在有限，故需要I/O口扩展，用以管理二极管；同时要有专门的按键控制芯片，从而便于按键管理。

在此，此设计选择了89C52芯片。

接着，要完成电路图的设计进行硬件调试，验证其功能并加以适当的更正。

根据实际生活中的电梯的工作情况，可以为大多数的电梯概括出其主要的工作模块，如下图所示

图1-3电梯摘要模块工作示意图

为此，此设计是以单片机为控制核心的控制系统、键盘输入系统、模块显示系统三大模块为主，根据乘客的需要控制并显示电梯的运行状态。

其主要模块之间的联系如下图

图1-4电梯各模块之间的联系

根据这些模块之间的关系，就可以编写相关的程序代码来促使次控制系统的实现，并通过不断的调试来达到预期的效果，完成设计。

电梯运行的规则流程图定义如下

图1-5电梯运行的规则流程图

根据规定的运行规则，电梯根据不同的情况做出相应的处理，使电梯处于有序的工作当中，减少不必要的混乱。

第2章仿真软件及元器件介绍

2.1方案比较

显示系统比较

方案1：

LED显示屏是由发光二极管排列组成的。

它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。

方案2：

LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。

LED与LCD的功耗比大约为10:

1，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160°的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。

有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。

利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有广泛的应用。

另外LED有在室外运用的规格，而LCD只能在室内使用；LED屏幕可以根据自己需要设计及时，几百平米之大，LCD不行。

综上所述，本设计选择8*8点阵LED数码管作为系统显示的元器件。

控制系统方案的比较与选择

方案1：

采用FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统的控制器，FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能[3]，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能控制。

FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。

通过输入模块将参数输入给FPGA，FPGA通过程序设计控制PWM脉冲的占空比，但是由于本次设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计工作。

方案2：

AT89C52单片机作为运动物体的控制中心。

它和AT89S51一样都具有软件编程灵活、体积小、成本低,使用简单等特点,RAM、ROM空间小,适合于非复杂的运算系统。

综上所述，根据本次设计的控制系统的特点，此设计选择第二种方案作为设计的控制系统芯片。

2.2AT89C52的简介

89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-52指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C52是一种高效微控制器，89C2052是它的一种精简版本。

89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

结构特点：

　　8位CPU；

　　片内振荡器和时钟电路；

　　32根I/O线；

　　外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；

　　2个16位的定时器/计数器；

　　5个中断源，两个中断优先级；

　　全双工串行口；

布尔处理器；

管脚说明：

图2-1AT89C51管脚说明

VCC：

供电电压。

　　GND：

接地。

　　P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/

地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

　　P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

　　P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。