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1、微控综合系统课程设计报告微控综合系统课程设计报告 专专 业：业： 电气工程及其自动化 班班 级：级： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 自动化与电气工程学院自动化与电气工程学院 2016 年年 12 月月 23 日日 评语： 考勤（10） 守纪 （10） 过程（40） 设计报告 （30） 答辩（10）总成绩（100） 摘摘要要 本文介绍了一种采用 STC15F2K60S2 芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行 编程来实现电子设计的方法，利用单片机编程实现功能，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同 时使电梯控制系统体积更小功能更强大。硬件部分主要由
2、单片机的最小模块、电梯内外按钮控制模块、数 码管显示楼层模块、发光二极管显示目的楼层模块、报警显示模块组成。软件部分使用 kiel 软件进行 C 语言程序编写，用 proteus 软件进行仿真调试。本设计具有电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过方 向按键选择方向，能通过数字按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，电动机控制部分采用直流电机及 H 桥驱动电路,使电梯箱能上下运动。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了五层电梯运行的模拟仿 真。 关键词关键词：STC15F2K60S2 芯片；电梯控制系统； C 语言 Abstract This paper describes the use of a
3、 STC15F2K60S2 chip for elevator control system design methods, mainly elaborates how to use microcontroller programming method to realize electronic design, realize the function of the use of single-chip programming, concise and changing the design method shortens the development cycle, at the same
4、time the elevator control system smaller and more powerful. The hardware part is composed of the smallest module of the microcontroller, the internal and external button control module, the digital control display module, the light emitting diode display module and the alarm module. The software par
5、t uses the Kiel software to carry on the C language programming, uses the Proteus Software to carry on the simulation debugging. Some of the basic functions of the design of the elevator control system required, canchoose direction key direction through the number keys to select the floor, real-time
6、 digital display of the number of floors, the motor control part adopts DC motor and H bridge driving circuit, the elevator box can move up and down. The hardware design is simple and reliable, combined with the software, the basic realization of the five elevator operation simulation. Key words: ST
7、C15F2K60S2 chip; elevator control system; C language. 1.引言引言 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。因此电梯在我们的生活中起着举足轻重的作用。电梯已不仅是一种生产 环节中的重要设备,更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。由于传统的电梯运 行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路,存在易出故 障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看,这种系统 将逐渐被淘汰。而单片机价格相当便宜，由单片机设计的控制系
8、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。 1.1 课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义 电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理技术、系统工程学等多科 学和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中永久垂直交通工具。电梯作为生 产生活的典型运载工具使用已十分普及，其控制信号类型多，关系复杂，要求 的控制性能特别高。随着经济的发展高层建筑越来越多对电梯的运行速度和控 制性能也提出了更高的要求。而在我国于八十年代初至九十年代初投入使用的 电梯,其中绝大部分采用继电器继电器阵列结构该结构体积大、接线复杂、噪 音大、触点易磨损、故障率高、维护工作量大，已无法满足现代社会的需要。
9、自上世纪 80 年代以来，微机控制系统得到了极大的发展，现已深人到我国 工农业生产的各个方方面面，随着电力电子技术和微电子技术的发展,使得以微 机为核心的控制系统得到广泛应用。尤其是单片机的开发与应用，其深度和广 度越来越大。微机应用于电梯控制系统，与传统的采用继电接触逻辑控制系统 相比，具有很大优越性，一方面，它使整个系统的体积减小，可靠性提高，使 用寿命延长；另一方面，它还简化了安装调试和维护维修的工作量，使整个电 梯的运行成本降低。更突出的优点是微机具有灵活的算术和逻辑运算功能，具 有很强的通信和可扩展功能，实现更完善的自动控制。 常用的微机控制主要的有两种技术：基于 PLC 控制和基于
10、单片机控制两大 技术。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，也不像 PLC 那么有针对性，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。基于单片机控制的电梯 可以大大的降低成本而且运行也较可靠，采用单片机来实现老式电梯控制系统 的改造无
11、疑是最佳方案。由于单片机具有体积小、线路简单、无噪音、可靠性 高、维护方便,是一种少投入、高回报的方案。同时能方便实现多台电梯的群控, 并通过通讯接口与楼宇自动化系统联接，实施对电梯的监控。 1.2 课题研究的内容课题研究的内容 随着科技的发展，微型计算机领域的不断进步，将使得将来电梯的体积大 大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与 电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。 因此微型计算机控制技术将会成为电梯运行中的关键技术。 本次设计的主要内容是以单片机为主控制器的电梯控制系统。本来电梯系 统是一个相对复杂的系统，由于能力和经验有限，
12、所以只能实现基本的功能如： 层站呼叫、自动停层、轿厢命令响应等。通过单片机输出电压通过驱动电路然 后控制电梯拖动。在此，本文以五层电梯为研究对象，选用 STC15F2K60S2 单 片机作为其控制器，研究微机控制梯系统的设计方法。根据问题的提出、意义 和文献综述，本课题研究的具体内容包括以下四个方面： （1）对电梯系统常用的控制方法的研究 （2）电梯控制系统硬件组成及其原理 （3）电梯的单片机系统软件设计 （4）电梯在信号传输中遇到的问题 2 总体设计方案总体设计方案 2.1 设计思路设计思路 本次设计的基本思想是采用 STC15F2K60S2 单片机作为核心，利用其丰富 的 I/O 接口与外
13、围电路配合进行控制。采用延时函数来控制电梯的位置校验， 采用数码管静态显示来实时显示电梯所在楼层。采用行列式矩阵键盘矩阵作为 外呼内选电路，由于是 5 层楼，故选用 44 矩阵键盘。当电梯到达目的楼层时 电机停止，此时即可进、出乘客，乘客进入电梯之后可选择去哪一层，然后电 梯根据乘客的选择判断去哪一层，继续运行。通过单片机控制电梯在上升过程 中只响应上升呼叫，下降过程中只响应下降呼叫。电梯的正常运行通过单片机 的控制来实现。 2.1.1 方案方案确立确立 （1）楼层显示模块 方案一：采用点阵式液晶显示器（LCD）显示各种相关数据以及信息。点 阵式液晶显示器属于低功耗器件，但其价格较贵。 方案二
14、：采用传统的 8 段数码管（LED）显示电梯实时所到的楼层。虽功 耗大，但其软件驱动简单，硬件电路调试方便，价格便宜，亮度大，能满足本 设计的要求。 以上两种方案中，选择方案二。 （2）声音提示模块 方案一：采用美国 ISD 公司的 2590 语音芯片，该语音芯片录放时间为 90 秒。ISD2500 系列具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于 片内 E2PROM 容量为 480K，所以录放时间长；有 10 个地址输入端，寻址能力 可达 1024 位；最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器件级联。 方案二：采用蜂鸣提示音提示当轿箱到达所需的楼层时，蜂鸣器响，提示
15、乘客到达了所需的楼层，另外可以作为紧急停止时的报警提示信号，其软件驱 动、硬件电路调试非常简洁方便，而且价格便宜，能满足本设计的要求。 以上两种方案中，选择方案二。 （3）电动机模块 方案一：采用步进电机作为本设计的执行元件，步进电机在定位性能方面 十分优越。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，步进电 机不需要 A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移。常用的步进电 机每转一步，角度转 1.8，在应用中，步进电机可以同时完成两个工作，其一 是传递转矩，其二是传递信息，升降精度很高。 方案二：采用直流电机作为本设计的执行元件，直流电机工作是让线圈始 终交替地处于稳定状态
16、和非稳定平衡状态，通过控制电流的方向可以实现电机 的正反转。直流电机在高起动转矩、大转矩、低惯量的系统中经常使用到。 此题目中电机要带动的负载较大，对升降精度要求不是很，所以采用方案 二。 2.1.2 实现单片机控制电梯的主要方法实现单片机控制电梯的主要方法 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。同时要有专门的按键控制芯片，从而便于按键管理。接 着，要完成电路图的设计，焊接相关器件后进行硬件调试，看是否好用并加以 适当的更正，最终使硬件电路简单又实用。 同时，如果每个选层按钮都采用独立的按键设置，可以很大程度上简化扫 描按键程序，采集信号也容易得多，但是由于单片机接口有限，模拟电梯自动 控制系统所需按键较多，如此会有接口不足的问题，所以本设计采用 44 按键 矩阵开关电路作为外呼内选呼叫控制。出于同样问题，显示
