基于单片机的4层电梯控制.doc

《基于单片机的4层电梯控制.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的4层电梯控制.doc（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、吉 林 农 业 科 技 学 院学 士 学 位 论 文论 文 题 目：电梯控制系统设计电梯楼层显示与电机控制模块年 级 专 业： 电气工程与其自动化学 生 姓 名： 陆坤达 学 号：1105616016 指 导 教 师： 高国丽 评 阅 教 师：完 成 日 期：2015年06月08日 农业科技学院21 / 25电梯控制系统设计电梯楼层显示与电梯控制模块学 生: 陆坤达专 业: 电气工程与其自动化指导教师: 高国丽摘 要单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），是集ROM，RAM，CPU ，定时，计数和多种接口于一体的为控制器。51单片机是单片机中最具代表性的一

2、种，广泛应用于各个领域。电梯是集机械，电气，系统工程，微处理器技术等多个学科和技术 于一体的机电设备。电梯是建筑中垂直运输的工具，具有极其重要的作用。本次设计AT89C51单片机为控制核心，设计4层电梯控制系统，利用单片机控制电机，和通过电机的正反转来体现电梯上下运行的能力，并且通过数码管来显示电梯层数。并且用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大与实现复杂控制等优点。关键字：单片机；电梯控制；电机Elevator Control System DesignElevator Floor Display and Elevator Control ModuleName: Lu kun daMa

3、jor: Electrical: Engineering and AutomationTutor: Gao Guo LiAbstractSingle chip microcomputer that is single-chip microcomputer (Microcomputer Single-Chip), is set ROM, RAM, CPU, timing, counting and a variety of interfaces in one controller. 51 single chip microcomputer is the most representative o

4、ne, widely used in various fields. The elevator is the mechanical and electrical equipment which integrates the mechanical, electrical, system engineering, microprocessor technology and other disciplines and technology. The elevator is the vertical transportation tool in the building, and has the ex

5、tremely important function.This design AT89C51 microcontroller as the control core, design of four layer elevator control system, SCM is used to control the motor, and through the rotation of the motor is to reflect elevator operation ability, and through the digital tube to display the elevator lay

6、ers. And the control of the elevator with SCM has low cost, versatility, flexibility and the realization of complex control and other advantages.Key word：Single Chip Microcomputer；Elevator Control；Motor目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 电梯的概述11.2 本论文主要研究容22 系统功能介绍与方案论证32.1 电梯的构成32.2 系统组成框图与工作原理32.3 总体方案设计与论证4

7、2.4 单元电路的设计与论证42.4.1 单片机最小系统42.4.2 步进电机驱动模块52.4.3 楼层显示模块52.5 本章小结53 控制系统单元电路的设计63.1 单片机最小系统63.2 步进电机驱动63.2.1 步进电机控制63.2.1 电机原理图73.3 楼层显示模块73.3.1 定义73.3.2 方案选择83.3.3 7段数码管的工作原理93.3.4 楼层显示原理图93.4 本章小结104 软件设计114.1 电机控制部分114.2 楼层显示部分124.3 按键查询部分12结论14参考文献15致16附录171绪论1.1 电梯的概述随着科学技术的发展和城市现代化进程的迅猛发展，电梯作为

8、高层建筑主要的垂直运输工具，必然要做到效率高、安全性能好、可靠性高、方便等特点。而且电梯已经完全融入我们的生活、生产中，满足人们生活、工作以与学习上的需要。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的运输工具1。 如今，以美国奥的斯公司为主要代表的世界各大电梯公司各展风姿，仍在对电梯做进一步的研发，并不断努力完善维修和保养系统。调频门控、主机节能、只能远程监控、控制柜低噪音耐用款款集合了人类在电子、机械、光学、电气等领域的最新科研成果的新型电梯相继问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性化的光辉，人们的生活由此变得更加方便和快捷

9、。本次设计以单片微机设计一种电梯控制系统，实现了电梯的智能化和自动化2。电梯作为高层建筑物中安全、可靠、高效、垂直上下的运输工具，对于改善劳动者的劳动条件、减轻劳动强度、提高工作效率起到重要的作用。如今，电梯的应用围极其广泛，应用于宾馆、大型酒店、大型商场、娱乐场所、办公大厦、仓库以与居民住宅大楼等。在如今的现代社会中，电梯已经成为人类不能缺少的垂直运输交通工具3。1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功，标志着电梯的诞生。1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年美国制造出6m/s的高速电梯。1949年研制出4-6台电

10、梯群控系统。1955年出现真空电子管小型计算机控制电梯。1962年在美国已出现8.5m/s的超高速电梯。1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。电梯使用的驱动由最初的直流电机到单速交流感应电机，后来的交流双速电机的发明，才基本满足了电梯的运行要求。1976年将微处理器应用于电梯。1977年日本三菱电机开发出10m/s的超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有了很大的发展。1.2本论文主要研究容本次设计主要是用AT89C52单片机来实现电梯控制系统，通过控制电机的正反转来体现电梯的运行和通过数码管来显示电梯层数，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

11、案的可行性；第3章给出电梯控制系统的楼层显示模块和电机控制模块的设计和所需主要器件的主要参数，并介绍硬件实现的详细方案，给出本次设计的硬件原理电路图，并分点描述各模块功能；第4章给出软件实现的程序流程图，并介绍各模块所要实现的功能。2系统功能介绍与方案论证本章先简要介绍了电梯的构成与其电梯控制系统的工作原理，然后介绍了基于单片机的电梯控制系统的方案设计。2.1电梯的构成电梯主要由以下两大部分组成：（1）机械部分：包括导向系统，曳引系统，门系统，轿厢等。（2）电路部分：包括电力拖动系统，电气控制系统，安全保护系统等。本次设计主要是针对电梯控制系统所作的研究，设计一种基于单片机的电梯控制系统，实现

12、电梯运行的模拟。2.2 系统组成框图与工作原理该系统主要由AT89C52单片机模块、电机模块、控制台模块、电梯电路、电梯外电路等5部分组成，如图2-1所示。电机模块单片机模块控制台电路电梯内电路电梯外电路图2-1 系统总原理图该系统以单片机模块核心，控制台电路主要是实现电梯的启动、停止以与楼层数的显示等功能，电梯电路是用来让电梯用户选择目标楼层（作为电梯信号），电梯外电路是同来让电梯外用户选择目标楼层（作为电梯外信号），电梯的外信号利用按键按下与否从而引起的电平的变化作为使用电梯的用户请求信息发送到单片机，并且单片机控制电动机的转动，到达目标楼层。2.3总体方案设计与论证方案一：采用可编程控制

13、器（PLC）作为主要器件来控制电机的运动、按键后的电路显示、外按键的响应等。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。方案二：采用一个单片机控制所有的按键、数码管显示、电动机的转动等，并对以上所有信号进行处理。技术可行性：单片机技术和汇编语言技术已经比较成熟。经济可行性：系统各模块所需器件性价比高，元件价格比较便宜。通过比较，我们采用方案二。2.4 单元电路的设计与论证2.4.1 单片机最小系统单片机最小系统是由组成单片机系统所必须的一些元件构成的。该最小系统采用ATMEL高密度且非易失存储器制造的技术制造，与工业标准的MCS-51指令

14、集和输出管脚相兼容。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种性价比高且方便操作的方案。外形与引脚排列如图2-2所示4。图2-2外形与引脚排列主要特性：并行I/O口是48位；定时/计数器是216位；中断源是5个；串行通信口是1个；片RAM为128KB；片ROM是4KB EEPROM；全静态工为0Hz-24Hz；4K字节可编程闪烁存储器；其寿命是1000写/擦；循环数据保留时间：10年；低功耗的闲置和掉电模式；片振荡器和时钟电路。2.4.2 步进电机驱动模块步进电机是电梯控制系统中的驱动装置，用于对电梯的运行控制，通过其电机正，反转来模拟电梯的上下运行和电梯的停止等操作。2.4.3 楼层

15、显示模块该模块主要用来显示轿厢楼层位置，是电梯外人员知道电梯运行情况。轿厢所在楼层位置用数码管来显示5。2.5 本章小结在第2章当中，给出了基于单片机的电梯控制系统的系统结构框架图，该设计所要完成的功能，并对系统主要功能模块方案选择进行论证以与器件的选择，以上各个模块实际电路将在下一章中详细介绍。3 控制系统单元电路的设计3.1单片机最小系统单片机最小系统电路如图3-1所示，该系统中单片机采用ATMEL公司的AT89C52，两个30p的瓷片电容与12MHZ的晶体振荡器一起构成的时钟电路，通过电容和RESET按键构成的上电复位和手动复位电路6。图3-1 单片机最小系统3.2步进电机驱动3.2.1

16、步进电机控制步进电动机是一种感应电动机，可以将收到的电脉冲信号转换为相应的角位移量或者线位移，因此比较适合作为执行机构在单片机控制系统中应用。另外，步进电动机还具有动态响应快，转角输出精度高，调速围宽等特点7。以单片机为核心，配合外部接口和驱动器电路来实现步进电机的控制，这种方法的原理。首先，通过单片机将并行二进制码转换为串行脉冲序列，经过外部接口送至驱动器将信号放大，最后送至步进电动机实现对电动机转速和方向的控制8。3.2.1 电机原理图本次设计是通过单片机来控制电机的运转，如图3-2所示，电梯的1,2,3,4按键连接单片机的P2端口，通过控制单片机的高低电平来控制步进电机。图3-2 步进电

17、机原理图3.3楼层显示模块3.3.1 定义点阵液晶显示器：LCD ( Liquid Crystal Display 的简称)液晶显示器。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管)，上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普与。数码管：数码管的一种是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和八段数码管，区别在于八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP(decimal poi

18、nt)，其基本单元是发光的二极管9。3.3.2方案选择方案一：采用点阵式液晶显示器如图3-3所示，显示各种相关数据与其信息。点阵式液晶显示器属于低功耗器件，但其价格比较贵。图3-3 液晶显示器方案二：采用传统的7段数码管如图3-4所示，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。图3-4 数码管线路图综上所述：本次设计选择传统的7段数码，通过7段数码管来显示电梯轿厢所在的位置。3.3.3 7段数码管的工作原理7段数码管有共阳极和共阴极两种。共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接，如图3-5所示,当某个发光二极管的阴极为低电平时，发

19、光二极管点亮；共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地如图3-6所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。7段数码管由8个发光二极管LED组成，其中包括7个细长的LED(7笔字形“8”）和一个小数点型的LED（小数点），每个LED称为一字段，分别为a、b、c、d、e、f、g、Dp共8段。Dp为小数点。图3-5 阳极并接 图3-6 阴极接地3.3.4楼层显示原理图楼层显示模块是利用单片机的P0端口控制数码管的a,b,c,d,e,f,g,DP来显示电梯到达的层数，如图3-7所示。图3-7 数码管原理图3.4本章小结在本章当中，给出了本次设计电梯控制系统的各项性能指标和所需器件的特性与主

20、要参数，并分部份阐述用硬件实现本设计各模块的详细方案，并结合方案出硬件电路图。4 软件设计由于本设计采用单片机AT89C51实现控制，所以软件设计部份的程序编写用汇编语言来完成。其中主程序部分主要完成系统的初始化，如中断方式的设置，开中断，存储单元的清零等。在中断子程序中完成，按键查询等，其它的如数码管的显示，键盘的响应，转动电机的控制，延时等均由相应的子程序来完成。软件编程是实现多功能、智能化、操作方便的关键。在本设计中，可以把程序的各部分相互结合起来，达到完成各项设计的功能。软件设计思想：采用模块化的分层次设计方法，将软件系统功能由多个实现单一功能的子程序实现。通过调用不同的子程序，实现了

21、复杂功能控制。这样便于调试、修改。主流程图如图4-1所示。图4-1 系统主流程图4.1 电机控制部分本次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高，只需要实现电机的正反转来显示电梯的上下运行就可以，所以选择步进电机和L289N芯片驱动，可根据PWM调节脉宽进行电机正反转和调速。由L298N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50V10。4.2楼层显示部分通过电梯外电路的信号，电梯所到达的位置，通过P3.6发送到单片机中R4计数，可实现楼

22、层检测。并实时的，通过RXD和TXD，送到7段数码管显示当前楼层数。4.3 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。程序清单如下：定时器T1中断服务程序：按键状态检查TIME1： MOV TH1，#0ECH ；每10s检查一次按键MOV TL1，#78HMOV 6EH，AMOV 30H，P1 ；读入所有按键状态MOV 31H，P3 P1.6，TIME11 ；若Stop键未按下,则正常运行 MOV R3，#0FFH ；Stop键按下,标志R3置非0数 MOV 20H，#0 ；清除全部电梯

23、间上升请求 MOV 21H，#0 ；清除全部电梯间下降请求 MOV 22H，#0 ；清除全部电梯目标楼层请求 MOV 30H，#0FFH ；修改读入的按键状态 MOV 31H，#0FEH ；电梯目标为一楼 CLR TR1 ；并关闭T1,不再读取按键TIME11：MOV A，30H CPL A ANL A，#07H ；取得电梯间上升请求 ORL 20H，A MOV A，20H ；取得上升指示灯状态 CPL A ANL A，#07H MOV 32H，A MOV A，30H CPL A ANL A，#38H ；取得电梯间下降请求 RR A RR A ORL 21H，A MOV A，21H CPL A

24、 ANL A，#0EH RL A RL A ORL 32H，A MOV A，P0 ANL A，#0C0H ORL A，32H MOV P0，A ；刷新上升、下降请求指示灯 MOV A，31H ANL A，#0FH ；取得电梯目标楼层请求 ORL 22H，AMOV A，22H CPL A MOV P2，A ；刷新电梯目标楼层指示灯TIME12：MOV A，6EHRETI结 论本文介绍了基于单片机的电梯控制系统，硬件部分主要由单片机最小系统模块、电梯外电路模块、电源模块、电动机驱动模块等4部分组成。该系统采用单片机（AT89C52）作为控制核心，外招使用按键按下与否而引起的电平的改变，作为用户请求

25、信息发送到单片机，单片机控制电动机转动，电动机控制部分采用步进电机与H桥式驱动，单片机控制电梯停在目标楼层，基本达到设计目的。软件部分使用汇编语言，利用中断方式来检测用户请求的按键信息，送到单片机计数来确定楼层数，并送到数码管进行显示。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了四层电梯运行模拟。参 考 文 献1坤.51单片机应用系统典型模块开发板大全.中国铁道，2013.11.2许建国. 基于单片机的电梯控制模型设计.数字技术与应用(期刊论文)，2013.3王晓明.电动机的单片机控制.航空航天大学，2011.3.4刚毅.单片机原理与应用，：高等教育，2010.5.5朱清明.传感器与单片机接口与实例

26、，：航空航天大学 ,2008.1 .6维成.单片机原理与应用与C51程序设计，：清华大学，2009.7.7任艳君.电机与拖动，机械工业，2011.1.8鸿才.电机原理与拖动，机械工业，2005.1.9宋文绪，帆.传感器与检测技术,:高等教育.10龙石.基于单片机的步进电机控制系统，师专学报（自然科学版），2009.1.11常喜,文龙,丁桂英.基于AT89C51单片机的步进电机控制系统，联合大学学报(自然科学版)，2009.12常国兰.电梯自动控制技术，机械工业，2008.6.13兰吉昌.51单片机应用设计百例，化工工业，2009.2.14宋跃.单片微机原理与接口技术，电子工业，2011.7.1

27、5王爽.汇编语言，清华大学，2011.3.16海宴.51单片机原理与应用，航空航天大学，2010.3.致 在本论文完成之际，首先要向我的指导老师高国丽和给予我帮助的老师以诚挚的意。在论文的写作过程中，老师们给了我许许多多的帮助和支持。在老师们的悉心指导中，我学到了扎实的专业知识技能。同时掌握了自学的方法，形成了工程理论整体模式，使工作、学习生活都步入系统化流程，思考方式成熟，逻辑性规，明确。这些方法的提高是终身受益的。其次要感这次设计中我的同组同学，我们一起研究课题，查阅相关资料，将所学的知识综合运用到一起。巩固专业技术知识，提高电路的设计水平，加强综合分析问题和解决问题的能力。启发我们的创新

28、意识和创新思维。总的来说，这次设计给了我一个很好的锻炼机会，让我学到了很多东西，它让我将自己所掌握的理论知识运用于工作和生活实际，这不仅有利于加深对书本知识的理解和巩固，还很大程度上提高了我们在理论知识的指导下观察、分析和解决问题的实际工作能力。在完成本次设计之际，让我明确了我以后发展的方向。附 录附录：主程序清单ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP TIME ORG 001BH AJMP TIME1*START启动程序*START： MOV TMOD，#11H MOV IE，#8AH MOV TH0，#3CH ；定时100ms MOV TL0，#0B0H M

29、OV TH1，#0ECH ；定时10ms MOV TL1，#78H SETB TR0 MOV SP，#6FH;*STOP停止程序*STOP： CLR P0.6 CLR P0.7 MOV R3，#0 MOV DPTR，#06H ；数码管显示“1” P1.7，$ ；等待开始工作指令 CLR P2.4 CLR P2.5 ；电动机制动SETB P0.6SETB P2.7 ；蜂鸣器报警 SETB TR1 ；启动T1 ；10ms一次读取按键;*一楼上升按键选择程序*UP1： MOV A，20H ；目前在1楼 ORL A，21H ；取得1楼请求情况 ORL A，22H ANL A，#0EH JZ UP1 ；

30、无请求，则等待 CLR P0.7 ；上升指示灯亮 SETB P2.5 SETB P2.7 ；电动机正转上升;*二楼上升按键选择程序*UP2： MOV DPTR，#5BH ；到达2楼，数码管显示“2” 20H.1，UP21 ；是2楼电梯间的上升请求，转UP21 22H.1，UP21 ；是电梯目标2楼请求，转UP21 SJMP UP22UP21： CLR 20H.1 ；清二楼电梯间上升请求标志位 CLR 22H.1 ；清电梯目标2楼请求标志位 SETB P0.7 ；上升指示灯灭SETB P2.4 SETB P2.6 ；电机正转电梯门开 MOV R2，#0 ；5s定时开始 CJNE R2，#50，$

31、 ；等待5s延时 CLR P2.6 ；门关SETB P2.5 SETB P2.7 ；电动机正转上升UP22： MOV A,20H ORL A,21H ORL A,22H ANL A，#0CH ；取得2楼请求情况 JNZ UP23 AJMP DOWN22 ；2楼无请求，转2楼下降UP23： CLR P0.7 ；上升指示灯亮SETB P2.5 SETB P2.7 ；电动机正转上升;*三楼上升按键选择程序*UP3： MOV DPTR，#4FH ；到达3楼，数码管显示“3” 20H.2，UP31 ；是3楼电梯间的上升请求，转UP31 22H.2，UP31 ；是电梯目标3楼请求，转UP31 SJMP U

32、P32 UP31： CLR 20H.1 ；清3楼电梯间上升请求标志位 CLR 22H.1 ；清电梯目标3楼请求标志位 SETB P0.7 ；上升指示灯灭SETB P2.4 SETB P2.6 ；门开MOV R2，#0 ；5s定时开始CJNE R2，#50，$ ；等待5s延时 CLR P2.6 ；门关 SETB P2.5 SETB P2.7 ；电动机正转上升UP32： MOV A，20H ORL A，21H ORL A，22H ANL A，#08H ；取得3楼请求情况 JNZ UP33 AJMP DOWN32 ；3楼无请求，转3楼下降UP33： CLR P0.7 ；上升指示灯亮SETB P2.5

33、 SETB P2.7 ；电动机正转上升 UP34： MOV DPTR，#66H ；到达4楼，数码管显示“4”;*四楼下降按键选择程序*UP41： CLR 20.H3 ；清4楼电梯间下降请求标志位 CLR 22H.3 ；清电梯目标4楼请求标志位 SETB P0.7 ；上升指示灯灭 SETB P2.4 SETB P2.6 ；门开MOV R2，#0 ；5s定时开始CJNE R2，#50，$ ；等待5s延时 CLR P2.6 ；门关 SETB P2.5 SETB P2.7 ；电动机正转上升UD4： MOV A，50H ORL A，21H ORL A，22H ANL A，#07H ；取得4楼的请求情况

34、JNZ DOWN4 AJMP UD4DOWN4： CLR P0.6 ；下降指示灯亮 SETB P2.5 CLR P2.7 ；下降;*三楼下降按键选择程序*DOWN3： MOV DPTR，#4FH ；到达3楼，数码管显示“3” 21H.2，DOWN31 ；是3楼电梯间的下降请求，转DOWN31 22H.2，DOWN31 ；是电梯目标3楼请求，转DOWN31 S JMP DOWN32DOWN31： CLR 21H.2 ；清3楼电梯间下降请求标志位 CLR 22H.2 ；清电梯目标3楼请求标志位 SETB P0.6 ；下降指示灯灭 SETB P2.4 SEBT P2.6 ；门开MOV R2，#0 ；

35、5s定时开始CJNE R2，#50，$ ；等待5s延时 CLR P2.6 ；门关 SETB P2.5 CLR P2.7 ；下降DOWN32： MOV，20H ORL A，21H ORL ，22H ANL A，#03H ；取得3楼的请求情况 JNZ DOWN33 AJMP UP32 ；3无楼请求,转3楼上升DOWN33： CLR P0.6 ；下降指示灯亮SEBT P2.5 CLR P2.7 ；下降;*二楼下降按键选择程序*DOWN2： MOV DPTR，#5BH ；到达2楼,数码管显示“2” 21H.1，DOWN21 ；是2电梯间的下降请求，转DOWN21 22H.1,DOWN2 ；是电梯目标3

36、楼请求，转DOWN21 SJMP DOWN22DOWN21：CLR 21H.1 ；清2楼电梯间下降请求标志位 CLR 22H.1 ；清电梯目标2楼请求标志位 SETB P0.6 ；下降指示灯灭 SETB P2.4 SETB P2.6 ；门开MOV R2，#0 ；5s定时开始CJNE R2，#50，$ ；等待5s延时 CLR P2.6 ；门关 SETB P2.5 CLR P2.7 ；下降DOWN22：MOV A，20H ORL A，21H ORL A，22H ANL A，#02H ；取得2的请求情况 JNZ DOWN23 AJMP UP22 ；2楼请求,转2楼上升DOWN23：CLR P0.6；下降指示灯亮 SETB P2.5 CLR P2.7 ；下降DOWN1： MOV DPTR，#06H ；到达1,数码管显示“1”DOWN11：CLR