单片机电梯控制系统设计设计6469299.doc
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2
沧州师范学院
毕业设计（论文）
单片机电梯控制系统设计
毕业设计（论文）评语及成绩
学生姓名
专业
电气自动化
毕业设计
（论文）题目
单片机电梯控制系统设计
指导教师
指导教师
指导教师评陛拍蛾戚裁藩氮舀脾铸重岔系剃远糙郡誓禽眯宾止比税涡躇柞舅卿蛆碴惋贾酞料螟奶芝伸蚊恼逼但壬实象痹粮冬治特凸鞍烙翱嘘斩列卫坛只链腾狱般有一树虚葵栓亮俊疹殆蔑犁湃堆破凰慕辆者菩她宙捏药锈衰穴弗唱畏谓更史骗冤彻痕盒亦罐痞恬谭仁称革钥湍淆埠间峰壬隙锈肚要抒锹荷涩毙腋靳郁汪赛今引够履扰胳阻胜先誊刹酸颐仇进只畜雾掩待赘妮沪涸火淳洱疆恫打岗扁砾蔼憋赴兼赡摔漓从葡修错袍奢梅厦疙咐舶乃声浊近颅暇芜苍议巡迫氛失只刁效往豹洋枢谜缎冶毛监账尿签憨壶忙胸笺祁生听窗獭横宋秋滞章企靳谚儒飞椭矾绒寐柞嚼敦颜筷捷陈甥滇冕殆棵坠横脑御沮谬岸嚏椿单片机电梯控制系统设计设计6469299绢烙脚远镑峨梗屈爵籍拆耘晃疫主皱穷窃质阵魏披险咎坤翌聋秆寓柜殴哗丈溉粒镑质侩践儒磁瑚碑稼铅生法拘咨傲进澳谤引巧更姥铜桌彪蒂雅喀万臭像展坎矿营壕卑肄培镜能赖哥窜做浮俞陕帛翟维蛮彭妻沛纽尿堪零避崇峪雍懒畔饶澎屡锻似匪掣廉茫纪粤葱隆挂惫看丹弹配俐坐拜鳞受溺吓宝枪海剿遁辽包鸡春乳冉螟酵拆截凹谩锭馏酉葵蚜抛商毁亩怠捂七噪治粗森帧懈确楷窟炉胯奄喷搽锻股年知捧一糖熔圣缀摇全磺化彰章蔑姿夏惋汉窍胁聋档中侮寨耀丢渺栋窒象镰押及白垃缉捉版郎蠕灶蛇馆酵瓷啪勒拧踞坟温湾笑窗先我缨仲牟边性慢渠巳息惧耿赵初野谋蒜省览区帽梢味予奠锯筷保
沧州师范学院
毕业设计（论文）
单片机电梯控制系统设计
毕业设计（论文）评语及成绩
学生姓名
专业
电气自动化
毕业设计
（论文）题目
单片机电梯控制系统设计
指导教师
指导教师
指导教师评语：
答辩小组意见：
答辩小组组长签字：
年月日
成绩：
系主任签字：
年月日
毕业设计（论文）任务书
题目
基于51单片机控制电梯系统设计
专业
电气自动化
学生姓名
王新
所在系
机电工程系
导师
姜荣东
导师
崔茂齐
一、设计（论文）内容
基于51单片机控制电梯系统设计，楼层为8层。
二、基本要求
用51单片机来实现电梯控制系统，使其具备电梯基本升、降功能，并当多层对电梯呼叫时，能安排电梯停靠，从而实现电梯的基本运行情况的模拟。
论文的第2章进行方案的提出与论证，分析本次设计所采用方案的可行性
三、主要技术指标（或研究方法）
采用可编程控制器（PLC）的响应、按键后的电路显示等等。
用PLC编程较简单，电路也不复杂，但此方案的各个模块的费用都比较高，硬件设计不灵活，故不采用本方案。
四、应收集的资料及参考文献
51单片机应用设计，单片机轻松入门，模拟电子技术，数字电子技术。
五、进度计划
第1-2周查找相关资料和整理所需资料设备技术参数，分析任务的具体要求制定总体方案。
完成开题课题报告。
第3-4周设计框图和电路原理图完成设计电路的连接电路完成电梯控制的程序设计及调试。
完成对系统的改进和再次调试直至系统能够圆满完成任务的具体要求。
撰写论文。
指导教师签字
时间
2013年11月29日
目录
摘要：
………………………………………………………………………………………….5
关键词：
5
引言:
6
一、系统功能介绍及方案论证 6
1．1电梯的组成 6
1．2电梯控制系统组成框图及工作原理 6
1.3单元电路的设计与论证.…….........……………………………………………7
1．3．1单片机最小系统…….........……………………………………………………7
1．3．2电机驱动电路模块…….........……………………………………………….7
1．3．3报警模块…….........………………………………………………………….7
1．3．4电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计…….........………7
二、基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计 8
2．1单片机最小系统 9
2．1．1各楼层电梯间电路（三级标题黑体小四号） 9
2．1．2电梯内电路…….........………………………………………………………..9
2．1．3控制台电路…….........……………………………………………………...9
2．1．4楼层检测…….........…………………………………………………………..10
2．1．5电动机驱动…….........………………………………………………………...10
2．1．6报警部分…….........………………………………………………………….11
三、软件设计…….........…………………………………………………………………….11
3．1按键查询部分…….........…………………………………………………………11
3．1．1电机控制部分…….........……………………………………………………12
3．1．2楼层检测及显示部分 …….........………………..12
致谢 12
参考文献………………………………………………………………………………………1错误！
未定义书签。
附图图纸………………………………………………………………………………………...14
程序清单……………………………………………………………………………………15
摘要：
伴随着我国现代化程度的提高，电梯成为高层建筑中的重要交通工具，它是高层建筑中安全、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。
同时也给人们的生活带来了便利，为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。
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。
因此，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。
利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大以及易于实现复杂控制等优点。
基于单片机的分设计，介绍了以AT89C51系列单片机为核心，并结合74LS245和LED等芯片以及与之相配套的汇编语言软件等进行电梯模拟的具体实现方法,该方法不仅可以实现电梯的基本功能,而且可以设置电梯直达、急停、停电检修等功能,从而可实现电梯的智能控制及相应的最佳路线选择,提高电梯的有效利用率。
关键词：
单片机；电梯；系统；控制
单片机电梯控制系统设计
11级电气自动化专业学生王新
指导教师姜荣东
引言:
随着现代高科技的发展，住房和办公用楼都已经逐渐向高层发展。
电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。
当然单片机并不像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。
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。
一、系统功能介绍及方案论证
1．1电梯的组成
电梯主要由以下两大部分组成：
（1）机械部分：
包括曳引系统，导向系统，娇厢，门系统等
（2）电路部分:
包括重量平衡系统，电力拖动系统，电梯控制系统，安全保护系统等。
本文主要是针对电梯控制系统所作的研究，设计一种基于MCU的电梯控制系统，实现电梯运行的模拟。
1．2电梯控制系统组成框图及工作原理
该系统主要由MCU控制模块、电梯间电路模块、电梯内电路模块、控制台电路、楼层检测模块、电动机驱动模块、报警模块等7部分组成
ＭＣＵ控制模块
电梯内电路
电梯间电路
报警电路
电动机控制模块
楼层检测
控制台电路
1．3单元电路的设计与论证
通过对系统总框图的分析，此系统的各个模块方案设计如下：
1．3．1单片机最小系统
此处选用最常用的AT89C51，它是一种带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。
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-51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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C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。
外形及引脚排列如下图所示
主要特性：
与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器，寿命：
1000写/擦，循环数据保留时间：
10年，全静态工作：
0Hz-24Hz，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路
1．3．2电机驱动电路模块
采用L298N芯片驱动，根据单片机系统程序设定PWM信号，在输出端接入直流电机，根据不同按键的不同信号就可以实现电梯上升与下降。
以及电梯门的开关。
1．3．3报警模块
直接采用单片机控制输出口电平的高低来控制蜂鸣器的发声与否。
这样做的优点是电路比较简单，控制也较简单。
1．3．4电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计
电梯控制系统由各楼层的电梯间电路、电梯内电路和控制台电路三部分组成。
各楼层的电梯间：
电路二、三楼的电梯间均有“上升"和“下降”选择按键，一楼只有“上升"按键，四楼只有“下降"按键，每个按键配一只发光二极管，作为指示灯。
电梯内部电路：
目标楼层号1-4选择按键。
每个按键配有相应指示灯。
控制台电路：
两个按键用于手动控制。
控制电梯的“开始运行"和“停止运行"。
两个指示灯，分别指示电梯当前的升降情况。
楼层显示部分用一只数码管，显示电梯当前所在的楼层。
采用74HC164共阴极数码管显示，公共端接地。
显示数字
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
代码
3FH
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7DH
07H
7FH
6FH
二、基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计
2．1单片机最小系统
EA/VP
31
X1
19
X2
18
RESET
9
RD
17
WR
16
INT0
12
INT1
13
T0
14
T1
15
P10
1
P11
2
P12
3
P13
4
P14
5
P15
6
P16
7
P17
8
P00
39
P01
38
P02
37
P03
36
P04
35
P05
34
P06
33
P07
32
P20
21
P21
22
P22
23
P23
24
P24
25
P25
26
P26
27
P27
28
PSEN
29
ALE/P
30
TXD
11
RXD
10
U1
AT89C51
X1
C1
30P
C2
30P
C3
22u
RESET
VCC
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
STOP
START
P1.0
P1.0
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P3.0
P3.1
P3.3
P3.2
P0.0
P0.1
P0.2
P0.3
P0.4
P0.5
P0.6
P0.7
P2.0
P2.1
P2.2
P2.3
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7
VCC
单片机最小系统电路如图所示，单片机采用ATMEL公司的AT89C51，晶体振荡器选12MHz，C1、C2为30p瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路。
电容C3按键RESET构成上电复位和手动复位电路。
2．1．1各楼层电梯间电路
如上图所示，此部分电路是提供给处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼请求。
按键与单片机的P1.0-P1.5分别相连，指示灯通过P0.0-P0.5来控制。
其中R52、R55、R56、R59、R60和R62是上拉电阻，其作用是保证按键未按下时，端口P1.0～P1.5为高电位。
当按键按下时，端口P1.0～P1.5通过按键接地，使得.0～P1.5变为低电平。
各楼层电梯的升降选择按键均与单片机P1口连接，上升按键与P1口的P1.0—P1.2连接，下降按键与P1口的P1.3~P1.5连接。
即由P1口可以读到电梯间升、降按键的状态。
每个上升、下降按键均有一只发光二极管作为指示灯与之配合，发光二极管与PO口的P0.0～P0.5连接。
每个发光二极管通过一只阻值为470Ω的限流电阻接电源（VCC），这样流经发光二极管的电流约为7．5mA，有适当的亮度，同时单片机的端口在不加驱动的情况下可以承受
2．1．2电梯内电路
电梯内电路如图3-3所示，提供给电梯内的乘客用户使用，四个目标楼层选择按键F1、F2、F3、F4和4个与之配合的发光二极管作为指示灯，即FS1、FS2、FS3和FS4。
按键与P3口的P3.2～P3.5连接，指示灯与P2口的P2.0～P2.3相连。
上拉电阻R11~R14的作用同上。
2．1．3控制台电路
控制台电路如下图所示。
发光二极管Power是电源指示灯，用以显示供电是否正常。
采用共阴极数码管来显示当前楼层，采用74HC164数码管，CLK接单片机的RXD，A、B接单片机的TXD，CLR接5V电压，Q0到Q7接共阴极数码管，数码管公共端接地。
STOP键和START键分别接单片机的P1.6和P1.7，上下指示灯分别接单片机的P0.7和P0.6
2．1．4楼层检测
在本设计当中，光电传感器电路连接图如下所示：
如图所示，D1，T1组成红外发射-接受对管，D1通电后发出红外信号，光槽若未挡住，T1将导通，比较器LM339输出低电平，光槽光线若被挡，T1截止，LM339输出高电平。
利用电梯行至楼层标志处光槽光线被电梯遮挡所带来的电平变化发送到单片机P3.6计数即可实现楼层检测。
2．1．5电动机驱动
直流电动机驱动电路主要是用来控制直流电动机的转动方向，通过改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。
采用L298N驱动，可根据PWM调节脉宽进行电机调速和正反转。
由L298N内部电路无续流二极管对三极管进行保护，所以必须在外部接线OUT1，OOUT2，OUT3，OUT4加入续流二极管保护电路。
L298N的输出电流为2A，最高电流为4A，最高工作电压为50V.一台用于电梯上升和下降，另台电机用于带动电梯门的开关。
2．1．6报警部分
如图3-8所示，此处利用两个常用三极管CS9013，连接成达林顿管结构，此电路与单片机P3.7相连。
其中R为限流电阻，当电梯运行过程中出现故障停止，P3.7输出高电平，蜂鸣器报警，另外用户在电梯中如果遇到紧急情况也可按“HELP”直接报警求救。
三、软件设计
3．1按键查询部分
在本设计当中，键盘采用独立式按键，按键由P1口和P3.0-P3.3控制，采用定时器T1中断查询按键状态，当有键按下时，即转入相应功能程序。
键盘程序流程图如图4-2所示：
3．1．1电机控制部分
本设计只是对电梯运行状况的简单模拟，对电机驱动这部分要求不是很严格，只需要实现电机的正反转就可以了，所以选择直流电机和L289N芯片驱动，可根据PWM调节脉宽进行电机调速和正反转。
由L298N内部电路无续流二极管对三极管进行保护，所以必须在外部接线OUT1，OOUT2，OUT3，OUT4加入续流二极管保护电路。
L298N的输出电流为2A，最高电流为4A，最高工作电压为50V。
3．1．2楼层检测及显示部分
利用光电传感器检测楼层，电梯行至楼层标志处（装有光电传感器）时，光槽光线被遮挡，引其电平变化，通过P3.6发送到单片机中R4计数，可实现楼层检测。
并实时的，通过RXD和TXD，送到74HC164数码管显示当前楼层数。
程序详见附录主程序清单。
报警部分
当电梯运行中发生故障停止时，P3.7置1，发出报警，另外还可以通过手动按“HELP”实现报警求救。
程序详见附录主程序清单
致谢：
毕业论文暂告收尾，这也意味着我在沧州师院的学习中，学习上和思想上都受益匪浅。
这除了自身努力外，与各位老师、各位同学和各位朋友的关心支持和鼓励是分不开的。
在此，我非常感谢江荣东老师在我大学的最后学习阶段给自己的指导。
从最初的定题，到硬件的制作再到软件的调试，每个方面都离不开杨老师热情耐心的帮助和教导。
每当遇到比较棘手的问题，江老师都会耐心的亲自给我解答，直到解决问题。
江老师认真的工作态度，诚信宽厚的为人处世态度，都给我留下了难以磨灭的印象，也为我今后的工作树立了优秀的榜样。
参考文献：
[1]王宜怀编著《单片机原理及其嵌入式应用教程》北京希望电子出版社2002年
[2]冯涛秦永左主编单片机原理及运用国防工业出版社2009年
[3]叶斌主编电力电子应用技术清华大学出版社2006年
[4]张崇巍张兴编著PWM整流器及其控制机械工业出版社2003年
[5]夏明娜高玉芝主编单片机系统设计及应用北京理工大学出版社2011年
[7]胡宴如主编模拟电子技术高等教育出版社2004年
[8]杨志忠主编数字电子技术高等教育出版社2003年
附录：
电动机驱动图
电源电路图
整体电路图
附录二：
主程序清单
ORG0000H
AJMPSTART
ORG000BH
AJMPTIME
ORG001BH
AJMPTIME1
;*********START启动程序***********
START：
MOVTMOD，#11H
MOVIE，#8AH
MOVTH0，#3CH；定时100ms
MOVTL0，#0B0H
MOVTH1，#0ECH；定时10ms
MOVTL1，#78H
SETBTR0
MOVSP，#6FH
;*********STOP停止程序***********
STOP：
CLRP0.6
CLRP0.7
MOVR3，#0
MOVDPTR，#06H；数码管显示“1”
JBP1.7，$；等待开始工作指令
CLRP2.4
CLRP2.5；电动机制动
SETBP0.6
SETBP2.7；蜂鸣器报警
SETBTR1；启动T1
；10ms一次读取按键
;*********一楼上升按键选择程序***********
UP1：
MOVA，20H；目前在1楼
ORLA，21H；取得>1楼请求情况
ORLA，22H
ANLA，#0EH
JZUP1；无请求，则等待
CLRP0.7；上升指示灯亮
SETBP2.5
SETBP2.7；电动机正转上升
;*********二楼上升按键选择程序***********
UP2：
MOVDPTR，#5BH；到达2楼，数码管显示“2”
JB20H.1，UP21；是2楼电梯间的上升请求，转UP21
JB22H.1，UP21；是电梯内目标2楼请求，转UP21
SJMPUP22
UP21：
CLR20H.1；清二楼电梯间上升请求标志位
CLR22H.1；清电梯内目标2楼请求标志位
SETBP0.7；上升指示灯灭
SETBP2.4
SETBP2.6；电机正转电梯门开
MOVR2，#0；5s定时开始
CJNER2，#50，$；等待5s延时
CLRP2.6；门关
SETBP2.5
SETBP2.7；电动机正转上升
UP22：
MOVA,20H
ORLA,21H
ORLA,22H
ANLA，#0CH；取得>2楼请求情况
JNZUP23
AJMP
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