模拟电梯管理系统资料.docx
《模拟电梯管理系统资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电梯管理系统资料.docx（56页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
模拟电梯管理系统资料
摘要
随着计算机科学与技术的飞速发展，计算机的应用已经渗透到国民经济与人们生活的各个角落，正在日益改变着传统的人类工作方式和生活方式。
单片机即单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），是集CPU,RAM,ROM，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
其中最为典型和最有代表性的一种当属51单片机，广泛地应用于工业控制、智能仪器仪表、机电一体化产品、家用电器等各个领域。
电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学等多学科和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中的永久垂直交通工具。
本文使用单片机C语言进行编程，实现运送乘客到任意楼层，并且显示电梯的楼层和上下行。
本论文选择STC89S52为核心控制元件，设计了一个八层电梯系统，使用keil进行编程，实现运送乘客到任意楼层，并且显示电梯的楼层和上下行。
利用单片机控制电梯具有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。
关键字：
单片机，电梯，控制
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofcomputerscienceandtechnology,theapplicationofcomputerhaspenetratedintoeverycornerofthenationaleconomyandpeople'slife,andischangingthetraditionalwayofworkingandlife.Singlechipmicrocomputer（MicrocomputerSingle-Chip）,isasetofCPU,RAM,ROM,timing,countingandmultipleinterfacesinoneofthemicrocontroller.Amongthem,themosttypicalandmostrepresentativeoneisthe51singlechip,widelyusedinindustrialcontrol,intelligentinstrumentsandmeters,mechanicalandelectricalproducts,householdappliancesandotherfields.Elevatorisasetofmechanicalprincipleapplication,electricalcontroltechnology,microprocessortechnology,systemsengineeringandotherdisciplinesandtechnologybranchinoneofthemechanicalandelectricalequipment,itistheconstructionofthepermanentverticaltransport.ThisarticleusesthemonolithiccomputerClanguagetocarryontheprogramming,realizescarriesthepassengertoanyfloor,anddisplaystheelevatorfloorandtheupanddown.
ThispaperselectsSTC89S52asthecorecontrolelement,designsaeightlayerelevatorsystem,useskeiltocarryontheprogramming,realizescarriesthepassengertoanyfloor,anddisplaystheelevatorfloorandtheupanddown.Usingsinglechipmicrocomputertocontroltheelevatorhastheadvantagesoflowcost,strongversatility,flexibilityandeasytorealizecomplexcontrol.
KeyWords:
singlechipmicrocomputer,elevator,control
目录
第1章绪论1
1.1选题背景1
1.2设计内容及要求2
1.3研究思路2
第2章硬件设计的实现4
2.1方案选择4
2.2单片机STC89C52的介绍4
2.1.1单片机STC89C52的特点4
2.2.1单片机I/O口的配置8
2.3单片机模块8
2.3.1复位电路模块9
2.3.2振荡器电路模块10
2.3.3程序下载模块11
2.4数码管显示模块11
2.5楼层设置按键模块12
2.6楼层模拟LED模块17
2.7开关门声音模拟模块18
第3章系统的焊接要点21
3.1焊接单片机的注意事项21
3.2焊接其他电子元件的注意事项21
第4章系统软件设计与调试22
4.1程序流程图22
4.2中断服务函数23
4.3延时函数25
4.4程序设计26
4.5软件调试27
4.6硬件调试29
第5章成果展示30
第6章结论32
参考文献33
致谢34
附录35
附录一：
C语言源程序35
附录二：
原理图39
外文资料原文40
译文49
第1章绪论
1.1选题背景
电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物的运输工具。
也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动扶梯或自动人行道。
服务于规定楼层的固定式升降设备。
垂直升降电梯具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
按速度可分低速电梯（4米/秒以下）、快速电梯4～12米/秒）和高速电梯（12米/秒以上）。
19世纪中期开始出现液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。
1852年，美国的E.G.奥蒂斯研制出钢丝绳提升的安全升降机。
80年代，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。
19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加电梯的提升高度。
生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。
150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——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。
如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。
调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保，一款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。
目前，由可编程控制器（PLC）或微型计算机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。
可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境，所以现在的电梯控制系统主要还是由可编程控制器控制。
但是由于PLC的针对性较强，每一台PLC都是根据一个设备而设计的，所以价格较昂贵。
而单片机价格相当便宜，如果在抗干扰功能上有所提高的话完全可以代替PLC实现对工控设备的控制。
当然单片机并不象PLC那么有针对性，所以由单片机设计的控制系统可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。
电梯控制系统是比较复杂的一个大型系统，在计算机诞生的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展做了巨大的贡献，但在性能上和PLC还是有本质上的差距。
在科技的不断发展下，单片机控制系统很快可以解决抗扰性，成为方便有效的电梯控制系统。
1.2设计内容及要求
本课题要求以STC89C52单片机为核心控制元器件，设计一个八层电梯模拟控制系统，所要具备的功能如下：
（1）用八个按键，模拟指定电梯层数；
（2）用数码管显示当前是处于那一层；
（3）用红色发光二极管指示电梯是处于上升状态还是下降状态；
（4）用绿色发光二极管指示电梯走到那一层会停；
（5）用蜂鸣器模拟电梯开关门时的提示音；
（6）无人按电梯时，电梯以每层2秒速度上下运行；
（7）有人按电梯时，电梯响应到达相应层数时系统停止4秒，模拟电梯开门关门出入人时所用的时间。
1.3研究思路
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
在本设计中需用到1个STC89C52芯片，1个一位数码管，1个蜂鸣器，复位电路，8个按键，18个发光二极管等元器件。
组成复位模块、最小系统模块、输入模块、时钟电路模块、输出模块、以及显示模块。
电梯控制系统功能模块图如图1-1所示：
图1-1电梯控制系统功能模块图
由于控制系统是实时控制系统，所以对应用软件的执行速度都有一定的要求，即能够在被控对象允许的时间间隔内对系统进行控制、计算和处理，因此需要对采集的输入量进行实时处理。
在应用程序设计中，为了节省内存和具有较强的适应能力，通常要求程序有一定的灵活性和通用性。
为此，应采用模块结构，尽量将共用的程序编写成子函数。
第2章硬件设计的实现
2.1方案选择
方案一：
采用STC89C52系列单片机进行编程实现
该单片机结构简单、功耗低、接口丰富，价钱便宜。
方案二：
采用STM32F103VCT6作为主控芯片
STM32系列单片机是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。
通过程序的编写能够对修正采集的信号误差以及控制被控对象。
考虑到功能单一以及单片机的性价比，选择方案一。
2.2单片机STC89C52的介绍
2.1.1单片机STC89C52的特点
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051单片机。
（2）工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）\3.8V～2.0V（3V单片机）。
（3）工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。
（4）用户应用程序空间为8K字节。
（5）片上集成512字节RAM。
（6）通用I/O口（32个），复位后为：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
（8）具有EPROM功能。
（9）具有看门狗功能。
（10）共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2。
（11）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
（12）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。
（13）工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）\0～75℃（商业级）。
STC89C52RC单片机的工作模式：
（1）掉电模式：
典型功耗<0.1μA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。
（2）空闲模式：
典型功耗2mA。
（3）正常工作模式：
典型功耗4mA～7mA。
（4）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。
STC89C52RC引脚功能说明。
VCC（40引脚）：
电源电压。
VSS（20引脚）：
接地。
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时，P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。
P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。
在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2（外部中断0）
P3.3（外部中断1）
P3.4T0（定时器0的外部输入）
P3.5T1（定时器1的外部输入）
P3.6（外部数据存储器写选通）
P3.7（外部数据存储器读选通）
RST（9引脚）：
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。
看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE（30引脚）：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
（29引脚）：
外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。
VPP（31引脚）：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。
注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令，应该接VCC。
在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。
XTAL1（19引脚）：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：
振荡器反相放大器的输入端。
2.2.1单片机I/O口的配置
表1-1单片机各个引脚的配置
p0
共阳数码管
p1
楼层指示灯
p2.0
1楼召唤按钮
p3.0
下载口RXD
p2.1
2楼召唤按钮
p3.1
下载口TXD
p2.2
3楼召唤按钮
p3.2
点亮上行LED灯
p2.3
4楼召唤按钮
p3.3
点亮下行LED灯
p2.4
5楼召唤按钮
p3.4
驱动蜂鸣器
p2.5
6楼召唤按钮
p2.6
7楼召唤按钮
p2.7
8楼召唤按钮
2.3单片机模块
单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
分四个部分：
1.晶振电路，至于大小由你单片机时钟周期要求而决定（用于计时，与两个电容并联使用，电容大小由你的晶振决定，一般用22pF）
2.复位电路（用于复位）
3.电源电路（用于供电，一般用电脑的USB口供电）
4.程序下载口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做个并口输入，这个要根据你使用单片机的种类决定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口输入等等）包括了复位电路，时钟电路，程序下载口。
单片机最小系统原理图如图2-1所示：
图2-1单片机最小系统
2.3.1复位电路模块
无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。
复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。
单片机的复位条件：
必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。
单片机的复位形式：
上电复位、按键复位。
上电复位：
利用电容充电来实现复位。
在电源接通瞬间，RST引脚上的电位是高电平（Vcc），电源接通后对电容进行快速充电，随着充电的进行，RST引脚上的电位也会逐渐下降为低电平。
只要保证RST引脚上高电平出现的时间大于两个机器周期，便可以实现正常复位。
按键复位：
当按键没有按下时，电路同上电复位电路。
如在单片机运行过程中，按下RESET键，已经充好电的电容会快速通过电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。
2.3.2振荡器电路模块
MCS--51单片机内部的振荡电路是一个增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。
单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需要附加电路。
石英晶体振荡和陶瓷振荡均可采用。
输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
51单片机的时钟产生方式有两种，分别为：
内部时钟方式和外部时钟方式。
内部时钟方式：
在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。
晶振的取值范围一般为0~24MHz，常用的晶振频率有6MHz、12MHz、11.0592MHz、24MHz等。
一些新型的单片机还可以选择更高的频率。
外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用20~30pF的瓷片电容。
外部时钟方式：
在单片机XTAL1引脚上外接一个稳定的时钟信号源，它一般适用于多片单片机同时工作的情况，使用同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。
时序是单片机在执行指令时CPU发出的控制信号在时间上的先后顺序。
STC89C52单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，包括振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期。
振荡周期：
是片内振荡电路或片外为单片机提供的脉冲信号的周期。
时序中1个振荡周期定义为1个节拍，用P表示。
时钟周期：
振荡脉冲送入内部时钟电路，由时钟电路对其二分频后输出的时钟脉冲周期称为时钟周期。
时钟周期为振荡周期的2倍。
时序中1个时钟周期定义为1个状态，用S表示。
每个状态包括2个节拍，用P1、P2表示。
机器周期：
机器周期是单片机完成一个基本操作所需要的时间。
一条指令的执行需要一个或几个机器周期。
一个机器周期固定的由6个状态S1~S6组成。
指令周期：
执行一条指令所需要的时间称为指令周期。
一般用指令执行所需机器周期数表示。
STC89C52单片机多数指令的执行需要1个或2个机器周期，只有乘除两条指令的执行需要4个机器周期。
了解了以上几个时序的概念后，我们就可以很快的计算出执行一条指令所需要的时间。
例如：
若单片机使用12MHz的晶振频率，则振荡周期=1/（12MHz）=1/12us，时钟周期=1/6us，机器周期=1us，执行一条单周期指令只需要1us，执行一条双周期指令则需要2us。
2.3.3程序下载模块
该模块完成的功能是把源程序代码下载到AT89S51芯片中，它需要和微机上的ISP下载器软件配合使用来完成这样的功能。
ISP为在线编程接口，J5为标准10PJTAG下载接口。
ISP在线编程接口为89S51单片机提供了方便的在线编程方法。
使用时将ISP下载线一端与PC并口相连接，一端与ISP接口相连，使用ISP下载软件即可实现MCU在线编程。
下载线插接说明：
两排排针针下载口，对应的RXD，TXD要和下载线的TXD，RXD相对应。
还应注意VCC和GND不能插错。
2.4数码管显示模块
本次设计显示电路采用了1个LED数码管，单片机I/O的应用最典型的是通过I/O口与8段LED数码管构成显示电路。
8段LED数码管，则在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。
LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的。
因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。
将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。
八段数码发光管就是8个发光二极管组成的，在空间排列成为8字型带个小数点，只要将电压加在阳极和阴极之间相应的笔画就会发光。
8个发光二极管的阳极并接在一起，8个阴极分开，因此称为共阳八段数码管，数码管原理图如图2-2所示：
升级会员 