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1、单片机综合实验实验报告学院计算机与电子信息学院专业电子信息工程班级 电信11-2班姓名 丘海健 学号 11034030234实验题目基于单片机的电梯控制系统系统环境 Proteus 7指导教师 左敬龙实验时间2013年10月28日至2013年11月01日实验报告评分：基于单片机的电梯控制系统设计班级：电信 11-2 姓名：丘海健 指导老师：左敬龙摘要：本文介绍了一种采用单片AT89C52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。硬件部分主要由单片机的
2、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：AT89C52；单片机；电梯控制系统；C语言1 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
3、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。11 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
4、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。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
5、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
6、控制器控制。旦是由于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。 12 国内外电梯系统技术的发展现状在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层
7、建筑 中，电梯是不可缺少的垂直运输工具。电梯作为垂直运输的升降设备，其特点是在高层建筑物中所占的面积很小，同时通过电 气或其它的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。基于这些优点， 在建筑业特别是高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期。电梯的存在，使得每幢大型高楼都可以成为一座垂直的城市。在纽约的前世界贸易中心 大楼里，除每天有5万人上班外，还有8万人次的来访和旅游，因此250台电梯和75台自 动扶梯的设置和正常运行，才使得合理调运人员、充分发挥大楼的功能成为现实。中国第一 高楼、坐落在上海浦东的金茂大厦，高度420.5m，主楼地上88层，建筑面积2200
8、00川， 集金融、商业、办公和旅游为一体，其中60台电梯、18台扶梯的作用是显而易见的。20 世纪初，美国出现了曳引式电梯，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另 一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力，使轿厢与对重作一 生一降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受控制，当然轿 厢的载重量以及提升的高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此，近 百年来，曳引电梯一直受到重视，并发展沿用至今。其具体运行模型如图1所示：图1曳引式电梯示意图1轿厢 2曳引轮 3对重 在后来的几十年里，通过变换电动机级数的调速方法来调整电梯运行速度的技术
9、相继研 制成功，1933年，世界上第一台运行速度为6 m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技 术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯。随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系 统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显 的改善。进入 20世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率调整电梯运行速度的调 压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。 1993 年，日本生产了 12
10、.5m/s 的世界最高速交流变压变频调速电梯，结束了支流电梯独占 高速电梯领域的历史。电梯发展到今天，在使用需求和新技术应用方面都到了全面发展的时期。随着智能化、 信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本，提高 舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短” 问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模 式、合理的配置与使用、远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。现在电梯越来越朝着绿色方向发展，目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一 面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工
11、业产品，其天然性应表现为对环境影响的 尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。 绿色电梯主要有下面两个方面：1、智能化：智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术 的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。 而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统 的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情 况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双 向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有
12、更多的主动性，使大楼交通运输实现真正 的人机对话。智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在， 并及时报警予以排除。2、安全：运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中 心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使 用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内 有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘 客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产 生紧张不安的情绪。当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给
13、予一种如同家人般的照顾，不但 让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全还要求电梯有自动 休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。13 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，所以只能实现基本的功能如：层站
14、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52单片机（该机芯片选为AT89C52）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2.1 设计思路本次设计的基本思想是采用AT89C52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
15、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4X4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 方案确立（1）主控芯片选择方案一：多片单片机控制方案。这种方案是使用多片单片机，其中一片是作为主控制器， 另外设置了轿厢控制系统，每层的控制系统分别由一个单片机控制，然后通过主控制器和副 控制器之间的通讯，实现电梯系统的控制。这种方案的控制系统
16、的结构简单明了，各个系统 之间相互独立便于维护和修检。所以根据功能要求需要选用5片AT89C51单片机就可以实现 该电梯的功能。不过单片机之间的通讯较多，在目前通讯是个难点，可能导致电梯运行过程 不够稳定。方案二 ：采用 CPLD 器件作为控制中心，对整个系统的运作进行统一管理，但这种方 案要求平时有很多的知识积累和较强的专业水平，实现起来比较困难且器件较贵，不符合经 济要求，而且升降电机的控制，运行时间的测量、显示等还需要单片机的配合。方案三：一片单片机为主控制器的方案。MCU采用一个单片机控制所有的按键、数码管 显示、电动机的转动、传感器的输出信号等，并对以上所有信号进行处理。这种方案的控制 系统相对复杂，只适用于较简单的电梯控制系统，因为这次的设计的内容是5层电梯控制系 统，所以选用这种方案。单片机技术目前较为成熟，自身资源丰富，硬件设计简单，成本低，
