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1、机电一体化系统设计课程设计任务书课题名称电梯控制设计内容及要求1.1 基本功能（1）显示:本设计要求实现6层控制,实时显示电梯所在楼层位置。（2）升降控制:采用一台电动机的正反转来实现电梯的升降。（3）具备不可逆响应的功能：电梯上升途中只响应上升呼叫,下降途中只响应下降呼叫,任何反方向呼叫均无效。1.2 扩展功能（1）可增加人性化的按键语音服务功能。（2）可增加遥控或感应操作功能。设计工作量1、汇编或C51语言程序设计；2、程序调试；3、在Proteus上进行仿真后，进行下载；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排
2、起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料，C51介绍第二天设计方案论证，练习编写C51程序第三天第六天程序设计第六天第八天 程序调试、仿真第九天第十天系统测试并编写设计说明书基于单片机控制的电梯控制器摘要：本设计基于单片机来控制电器中各部分的使用，采用数码管来实时显示楼层的位置及方向，利用两个发光二极管来代替电机，通过单片机控制发光管的亮和灭来实现电机的正反转，通过定时器延时来校验电梯的位置。关键词：电梯 AT89S51 LED显示 电机正反转控制 楼层校验 1 引言 随着人们生活水平的不断提高和国名经济的迅速发展。各大城市建筑物在不断向高层化发展。因此电梯
3、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。因此电梯控制技术也在不断的进步和完善，常用的控制技术主要的有两种技术：基于PLC控制和基于单片机控制两大技术。用PLC控制的电梯性能可靠、稳定，但是造价太高。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，所以现在电梯控制中大多数采用单片机控制。2 总体设计方案2.1 设计思路本次设计的基本思想是采用AT89C51单片机作为核心，利用其丰富的I/O接口与外围电路配合进行控制。采用定时器延时来控制电梯的位置校验，采用8位LED静态显示来实时显示电梯所在楼层，并用74ls245来驱动
4、LED显示。采用行列式键盘矩阵作为外呼内选电路，由于是6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。2.2设计方框图本电路主要由5大部分电路组成：键盘电路、单片机最小系统电路、楼层显示电路、电机状态显示电路、延时电路。其中单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。电路复位后楼层显示数字1 表示电梯此时在一楼，显示电路通过74ls245驱动8位数码管显示，电梯楼层位置是由延时电
5、路控制的，延时电路包括3秒延时和5秒延时，每层之间通过3秒延时控制即每延时3秒表示电梯走了一层，5秒延时是控制电梯的开门时间，5秒延时后电梯关门继续运行。电梯状态是通过两个发光管显示的，红灯亮表示电梯在向上运行，绿灯亮表示电梯在向下运行。键盘电路采用44键盘矩阵共16个按键分，其中10个按键是各层楼外呼按键，6个表示电梯内部的选择键。电梯的正常工作是通过对单片机写入程序控制的。总体方框图如图1所示： AT89C51键盘电路楼层显示电路延时电路时钟电路电机状态显示 复位电路图1 总体方框图3.设计原理分析3.1 键盘矩阵电路的设计由于本电路所需按键较多为了节省单片机的I/O口，故选用行列式键盘矩
6、阵。本电路采用的是44键盘矩阵。电路如图2 所示，P1.0-P1.7是接单片机的P1 端口，单片机采用行和列扫描法来判别这16个按键中哪个键按下，并将其标号读入累加器A 里面，然后可根据每个按键的功能来通过单片机控制电梯的运行。下面将每个按键的功能说明一下：S1: 一楼向上呼叫按键，此键按下表示一楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S2: 二楼向上呼叫按键，此键按下表示二楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S3：二楼向下呼叫按键，此键按下表示二楼有人要乘坐电梯下楼，并且单
7、片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S4: 三楼向上呼叫按键，此键按下表示三楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S5：三楼向下呼叫按键，此键按下表示三楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S6：四楼向上呼叫按键，此按键按下表示四楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S7：四楼向下呼叫按键，此按键按下表示四楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判
8、断是否该响应此呼叫；S8：五楼向上呼叫按键，此键按下表示四楼有人要乘坐电梯上楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S9: 五楼向下呼叫按键，此按键按下表示五楼有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S10：六楼向上呼叫按键，此按键按下表示有人要乘坐电梯下楼，并且单片机将此信号存入固定单元，等到电梯运行到此楼层时判断是否该响应此呼叫；S11：电梯内部选择去一楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去一楼，单片机根据此信号控制电梯的运行；S12：电梯内部选择去二楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去二楼，
9、单片机根据此信号控制电梯运行；S13：电梯内部选择去三楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去三楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S14：电梯内部选择去四楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去四楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S15：电梯内部选择去五楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去五楼，单片机根据此信号控制电梯运行；S16：电梯内部选择去六楼按键，此按键按下表示电梯里的乘客要去六楼，单片机根据此信号控制电梯运行；键盘电路如图2 所示：图2 键盘矩阵电路3.2 单片机最小系统设计此电路组要是复位电路和时钟电路两部分，其中复位电路采用按键手动复位和上电自动复位组合，电路如图3（左）所示：其中
10、9 脚为单片机的复位端。时钟电路如图3（右）所示：晶振采用的是12MHZ的，XATL2和XATL1分别为单片机的18和19脚.路图3 最小系统电路3.3 显示电路设计本电路采用一个8为数码管显示，由74ls245来驱动8位数码管显示电梯所到达的楼层数和电梯的运行状况，其中数码管中的6脚（dp）亮时表示电梯此时在上行，若不亮表示电梯是在下行。P2.0-P2.7为单片机的P2口作为输出口用且输出低电平有效。电路如图4 所示：图4 显示电路3.4 电机正反转控制在本次设计中为了方便电机正反转用两个放光管来表示，如图5所示：用单片机的P0口做输出口来驱动发光管，由于是P0口要加上拉电阻，其中L1亮表示
11、电机正转、L2亮表示电机反转、L3亮表示电机停转，同时电梯开门。L3灭表示电梯关门，电梯运行时L1和L2必须有一个亮，来表示电梯的上行和下行。图5 电机状态指示3.5 系统软件设计本设计由于采用键盘矩阵来代替外呼内选按钮，而电梯的运行方向是根据这些呼叫按键和选择按键来决定的，所以单片机要不断的扫描键盘来获取各层呼叫状态。从而来控制电梯的运行。故键盘矩阵扫描是本系统软件设计的重要一部分，另外要把键盘扫描到的各层的按键信息存储起来，然后和电梯的运行状态比较，判断是否响应各层呼叫（电梯只响应同方向呼叫），最后就是楼层显示部分了，此次设计是通过延时电路来实时显示电梯所在的位置的。整个软件设计包括一下几
12、部分：初始化程序使数码管显示“1”表示电梯处在一楼，并且使L3灯亮表示电梯开门等待人进入电梯；主程序主要包括：判断乘客进入电梯后选择去哪一层，根据判断情况来控制电梯运行；电梯在运行过程中要不断的扫描键盘，从而来判断各楼层有无呼叫请求，；电梯在运行过程中只响应同方向的呼叫请求；实时显示电梯所在位置及运行状态（上行/下行）；开关门有一定的延时来保证乘客走出/进入电梯；软件流程图如图6 所示：启动初始化键盘扫描选择去向电梯运行判断电梯位置显示楼层键盘扫描（3s）同向呼叫吗？NY是否在呼叫层？开门至呼叫层关门选层NY延时5s且键盘扫描图6 软件流程图4 结束语通过这次单片机实习，使我在各方面都有了很大
13、的提高，特别是在单片机编程方面让我有了很大的进步。以前学习理论知识的时候我就对一些指令和中断的应用不理解，现在自己动手编程了，通过这前两星期查找资料和单片机的实例应用，我对以前的不懂知识进行了全面的复习和新的学习。这次实习在硬件设计方面我没遇到多大的问题，遇到的主要问题是在软件设计方面，由于刚开始我对编程没一点经验，所以没有很好的设计好思路就开始编程了，结果刚编的过程中遇到了很多的问题，最后经过和同学的讨论以及老师的指导，我重新制定了新的思路和流程图，按照事先自己制定的流程图和思路，我对程序进行分块去编写然后在汇总到一块，最后终于编好了。我在编程过程中同学和老师给了我很大的帮助，我非常的感谢他
14、们。由于我的能力有限电路只实现了基本功能，但是，这还是给了我很大的鼓舞，我在以后学习中会更加的注重单片机方面的学习，我会努力的学习使自己的编程能力不断的提高！参考文献1 张毅刚，彭喜元.单片机原理与应用设计【M】.北京：电子工业出版社，2008 .4 2 张大明.单片机微机控制应用技术【M】.北京：机械工业出版社，2006.43 房小翠，王金风.单片机实用系统设计技术【M】.北京：国防工业出版社，1999.64 李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天出版社，2005.105 李广弟.单片机基础。北京.北京:北京航空航天大学出版社，1997.76 曹巧媛.单片机原理及应用.大连.大连理工大学出版社.1996.57 楼然苗.51 系列单片机设计实例v北京航空航天出版社， 2003.3附录一
