基于单片机的电梯控制系统方案设计.pdf

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1、 基于单片机的电梯控制系统方案设计 本方案以 STC89C52 芯片为核心，模拟了电梯控制系统所需的一些基本功能，通过按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，LED 灯组成的箭头指示上下方向。同时，采用 uln2003 来驱动步进电机转动，以步进电机的转动方向来模拟电梯运行方向。根据电梯运行到不同的楼层，产生不同的电平量，以此实现对电梯的控制。该方案软硬件结构设计简单可靠，实现了对电梯的运行控制。标签：电梯；步進电机；STC89C52 引言 目前电梯控制系统大多采用继电器或者可编程控制器（PLC）的控制方式，存在着成本高，需要三相供电等缺点，本方案给出了一种基于单片机的电梯模型控制系统。以单片机为

2、核心，再辅以适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个电梯的信号，具有成本低、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于实现复杂控制等优点。1 总计设计方案 本方案采用开关作为电梯内外的请求按键，按键和单片机的插针接口相连，按键按下为低电平，将信号传送到单片机，单片机根据各接口的信号进行判断处理，处理完毕后控制步进电机运动，实现电梯的上下运动，采用传感器确定电梯所在的楼层数及电梯准确停止的位置，用七段数码管显示电梯所在楼层，用 LED灯显示电梯的上下运行状态。本方案采用 STC89C52 为控制电梯的单片机1。考虑到经济性与实用性，选择 28BYJ48 型步进电机。采用 5V 直流电源为单片机、指示灯、

3、数码管供电。总体设计框图如图 1 所示。本方案主要由 5 大部分组成：键盘模块、单片机控制电路、显示模块电路、电源模块电路、步进电机驱动电路。其中单片机控制电路主要包含复位电路，电路复位后楼层显示数字 1 表示电梯此时在一楼，而电梯楼层位置是由延时电路控制的，延时电路有 2 秒延时，每层之间通过 2 秒延时控制即每延时 2 秒表示电梯走了一层，同时显示相应的上下箭头指示。本方案的延时部分主要是由软件控制的。电梯的状态是通过点阵组成的上下箭头和数字显示的。键盘电路采用独立式按键。2 方案硬件设计 由于电梯要运送客人到不同的楼层，所以每一层都要有按键才可以满足不同楼层顾客的需求。不仅如此，电梯需要

4、人性化的显示，比如，哪个按钮按下了，就把它对应楼层按钮的二极管点亮，还要有一个数码管实时显示电梯所在层数，用发光二极管组成的上下箭头来表示电梯当前的运行方向等。而这些零碎的原件，又需要高效的芯片来控制，它们相互之间的物理连接问题亟待解决。当在 89C52单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时

5、还需要按键手动复位。本方案采用按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST 端与电源 Vcc 接通来实现。数码管的基本单元是发光二极管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。由于它的价格便宜、使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛。本方案采用共阴数码管来显示时间。本方案模拟的是 8 层楼电梯，所以有 8 个按键，每一个按键对应一层楼。8个按键接在 P2 口。当电梯到达每一层时需要有声音式提醒，本方案采用了成本和设计难易程度更具优势的蜂鸣器提

6、醒。在蜂鸣器电路中，由于单片机的IO 口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，故我们选择三极管做驱动。三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，当要输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出为低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，就不会发出声音。3 方案软件逻辑设计 电梯所处的状态是整个程序成功运行的核心保证。在电梯每经过一个楼层时，就会自动调用状态函数，它的作用是基于高效率、短时间、人性化的基础上，合理智能的对电梯的运行进行调度，结合实际情况，最终得出电梯下一个目标停留楼层2。其流程如图 2 所示。由图 2 可知，程序中将实际情况分为四种情况来判断：电梯上行且是去送

7、人，即电梯此时位于底层，高层有人呼叫要上楼；电梯上行且是去接人，即电梯此时位于底层，而高层有人呼叫要下楼；电梯下行且是去送人，即电梯此时位于高层，而低层有人呼叫要下楼；电梯下行且是去接人，即电梯此时位于高层，而低层有人呼叫要上楼。而这四种情况，也就包含了实际电梯中的绝大部分情况。情况不同，分析的方法也当然不一样。这可以分为两个步骤：第一判断电梯是上行还是下行；第二，判断是去接人还是去送人。当然，第一个是最好判断的，因为电梯在运行时，有两个与楼层有关的变量，一个为当前所在楼层值，一个为目标楼层值，当电梯运行时，会让这两个值进行比较，若前者大于后者，就为下行，从而让状态变量清零，由于电路 中上下行

8、的箭头使用了非门，故在程序中，表示上下行的状态变量清零时表示有效；反之，当前者小于后者，即为上行，从而上行变量清零。至于是接人还是送人，是判别的难点。在此，巧妙地利用了两个状态变量scanup 和 scandown，前者等于所有上行按键和去几层按键状态变量的或，后者等于所有上行按键和去几层按键状态变量的或。由此可知，当上行按键和去几层按键均为 0 时，电梯仍为上行状态，那么此时，电梯的状态肯定处于上楼接人的状态中，即在高层，有人按了下行键；反之，若它们中有一个为 1，且按键所处楼层高于当前电梯所在楼层，这个由其他函数来限定，防止电梯在上行过程中受已经过楼层按键按下时的干扰，则电梯此时处于上楼送

9、人状态，就会执行对应的子程序。其他的与此同理。以电梯上行的两种状态为例分析电梯各种情况下所对应的处理方法。在实际应用中，最简单的情况莫过于电梯当前为闲置状态，有人按下按键呼叫，电梯响应呼叫。但是，实际情况往往比这复杂的多，在第一个人按下按键电梯运行的过程中，还很有可能会有其他楼层的人按下不同的按键（上行或者下行）的情况发生。那么就必须得为电梯规定好一个特定的优先级规则，让其依据这个规则来运行。规定，当电梯上行时，均不理会按下行按键的顾客，若在上行过程中，有人在某层按的是上行按键，但是电梯此时已经走过了该层，那么电梯也绝对不会再选择先下行。当然，当将高层上行的顾客送完后（此时一般来说电梯已经处于

10、高层了），电梯便会检测下行按键，若更高层有人呼叫下行，则电梯会选择先去响应，然后再下行的过程中依次响应按了下行处于等待中的顾客，最后这些顾客都送完后，再去相应那些电梯上行过程中，处于比电梯低的楼层却按了上行键的顾客。简单地说，若电梯处于上行状态，则在该过程中响应不同顾客的优先级（或者电梯响应的先后顺序）为：高层呼叫上行顾客高层呼叫下行顾客底层呼叫下行顾客底层呼叫上行顾客。4 结论 基于 STC89C52 单片机的系统方案设计解决了电梯在上下行运行过程中的逻辑问题。该方案达到了预期的设计效果，具有一定的应用价值。参考文献：1周鹏.基于 STC89C52 单片机的温度检测系统设计J.现代电子技术.2012，35（22）：10-13.2芦艳芳，朱贵宪.基于 PLC 的电梯控制系统设计J.煤炭技术，2011，30（8）：53-55.