基于單片機(jī)的電梯自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要:文中介紹了以89C52單片機(jī)為核心控制器件的電梯自動控制系統(tǒng),該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,通過掃描內(nèi)外按鍵按下與否引起的電平的改變,作為用戶請求信息發(fā)送到單片機(jī),控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動,單片機(jī)根據(jù)樓層檢測結(jié)果控制電機(jī)停在目標(biāo)樓層。開發(fā)此系統(tǒng)可以方便用戶自行輸入所要到達(dá)的樓層,顯示電梯當(dāng)前到達(dá)層數(shù)等功能,這樣可以大大提高其工作效率,徹底的脫離電梯操作工的模式,更主要的是為電子技術(shù)融入到計算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域提供一種新思路,為單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用提供更廣闊的空間,為開發(fā)更科學(xué)的電梯控制系統(tǒng)提供參考。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201610/306631.htm伴隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步,人們的生活水平的提高和節(jié)約用地的倡導(dǎo),越來越多的高樓聳立,使人們的生活和工作受到很大的影響,垂直運(yùn)輸?shù)膯栴}也隨之出現(xiàn),人們迫切需要一套安全、快捷、高效、穩(wěn)定的電梯控制系統(tǒng)。電梯控制模型的設(shè)計主要涉及數(shù)電、模電、單片機(jī)及接口技術(shù)、C51的編程等知識,可謂知識面含量非常廣,但因現(xiàn)代的微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和嵌入式微控制器技術(shù)等的飛速發(fā)展,讓我們做出應(yīng)用型的電梯已成為可能。目前各小區(qū)居民樓都已經(jīng)安裝上了快捷、方便的電梯系統(tǒng),但某些方面如安全性和穩(wěn)定性還有待提高,用戶也給出了更高的要求。
目前電梯控制主要有繼電器控制、可編程控制器控制、微機(jī)控制(單片機(jī)控制)這3種控制方式。利用單片機(jī)控制電梯具有成本低、高精度的重量檢測和顯示、功能多樣等明顯優(yōu)點?;趩纹瑱C(jī)電梯控制系統(tǒng)主要的核心技術(shù)在于單片機(jī)的應(yīng)用。明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中,實現(xiàn)的是對象的智能化控制,這一點是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。開發(fā)此系統(tǒng)可以方便用戶自行輸入所要到達(dá)的樓層,顯示電梯當(dāng)前到達(dá)層數(shù)等功能,這樣可以大大提高其工作效率,徹底的脫離電梯操作工的模式,更主要的是為電子技術(shù)融入到計算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域提供一種新思路,為單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用提供更廣闊的空間,為開發(fā)更科學(xué)的電梯控制系統(tǒng)提供參考。
1 系統(tǒng)框圖及功能
1.1 系統(tǒng)框圖
基于單片機(jī)的電梯控制模型設(shè)計的基本思想是采用AT89C52單片機(jī)作為核心,利用其豐富的I/O接口與外圍電路配合進(jìn)行控制。采用8位LED靜態(tài)顯示來實時顯示電梯所在樓層,并用4511來驅(qū)動LED顯示。采用行列式鍵盤矩陣作為外呼內(nèi)選電路,由于是5層樓,故選用4×4矩陣鍵盤,鍵盤矩陣共16個按鍵,其中8個按鍵是各層樓外呼按鍵,5個表示電梯內(nèi)部的選擇鍵,另外設(shè)有緊急停止按鍵,啟動按鍵和電梯演示按鍵。電梯狀態(tài)是通過兩個發(fā)光二極管顯示的,左邊燈亮表示電梯在向上運(yùn)行,右邊燈亮表示電梯在向下運(yùn)行,另設(shè)有一燈燈亮表示開門狀態(tài),燈熄表示關(guān)門狀態(tài)。電梯間豎并部分由有機(jī)玻璃粘成無上蓋板的六面體 ABCDEFGH,高度AE為1.2 m;電梯橋廂模型J通過滑輪懸掛并由電動機(jī)M牽引,可在電梯間豎井模型的空間內(nèi)上下運(yùn)動。
1.2 系統(tǒng)功能
1)識別樓層的高度和各個平層的位置,及時響應(yīng)各樓層的請求信號;
2)運(yùn)行速度穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確,電梯運(yùn)行時有相應(yīng)的指示燈亮,以示電梯正在上行或下行,實時顯示電梯所在樓層位置。
3)平層時開門,關(guān)門等操作,平層結(jié)束時給出提示信號。平層位置誤差10 mm,要求平均每層運(yùn)行時間不超過5 s。
4)及時接受各樓層的呼叫信息,以先方向后距離的優(yōu)先原則判斷并自動響應(yīng)外招信號、自行選擇運(yùn)行路徑。
5)具備不可逆響應(yīng)功能:電梯上升途中只響應(yīng)上升呼叫,下降途中只響應(yīng)下降呼叫,任何反方向呼叫均無效。
2 硬件部分的設(shè)計
2.1 樓層顯示模塊
數(shù)碼管顯示,電梯的基本功能具備顯示電梯當(dāng)前的樓層,所以設(shè)計中在轎廂和每個樓層中都設(shè)置了一個數(shù)碼顯示管,用來顯示當(dāng)前電梯所在的層數(shù),數(shù)碼管顯示電梯所到達(dá)的樓層數(shù)。接線圖如圖2所示,圖中共有1個數(shù)碼管,通過對8根數(shù)據(jù)線進(jìn)行寫操作進(jìn)行樓層顯示。
2.2 按鍵電路模塊
由于本電路所需按鍵較多,為了節(jié)省單片機(jī)的I/O口,故選用行列式鍵盤矩陣。本電路采用的是4鍵盤矩陣。電路如圖所示,P2.0-P2.3是接單片機(jī)的 P2端口,單片機(jī)采用行和列掃描法來判別這16個按鍵中哪個鍵按下,然后可根據(jù)每個按鍵的功能來通過單片機(jī)控制電梯的運(yùn)行。
鍵盤電路如圖3所示。
各按鈕開關(guān)說明:
按鈕開關(guān)1:轎廂內(nèi)一樓呼叫開關(guān);按鈕開關(guān)2:轎廂內(nèi)二樓呼叫開關(guān);
按鈕開關(guān)3:轎廂內(nèi)三樓呼叫開關(guān);按鈕開關(guān)4:轎廂內(nèi)四樓呼叫開關(guān)。
2.3 電梯門指示模塊
在本次設(shè)計中電機(jī)正反轉(zhuǎn)用兩個發(fā)光管來表示,如圖4所示,用單片機(jī)的P33,P34口做輸出口來驅(qū)動發(fā)光管,其中D11亮表示開門、D12亮表示關(guān)門。
2.4 鈴聲提示模塊
采用蜂鳴提示音提示當(dāng)轎箱到達(dá)所需的樓層時,蜂鳴器響,提示乘客到達(dá)了所需的樓層,另外可以作為緊急停止時的報警提示信號,其軟件驅(qū)動、硬件電路調(diào)試非常簡潔方便,而且價格便宜,能滿足本設(shè)計的要求。當(dāng)?shù)竭_(dá)所選樓層后,蜂鳴機(jī)會響一聲,表示開門,同時綠燈亮;3 s后,蜂鳴機(jī)響兩聲,表示關(guān)門,同時紅燈亮。
2.5 升降指示模塊
當(dāng)電梯上升時,指示燈一次從下到上亮燈,一直循環(huán),直到到達(dá)所選樓層。
當(dāng)電梯下降時,指示燈一次從上到下亮燈,一直循環(huán),直到到達(dá)所選樓層。
3 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計思想:采用模塊化的分層次設(shè)計方法,將軟件系統(tǒng)功能由多個實現(xiàn)單一功能的子程序?qū)崿F(xiàn)。通過調(diào)用不同的子程序,實現(xiàn)了復(fù)雜功能控制。這樣便于調(diào)試、修改。軟件編程是實現(xiàn)多功能、智能化、操作方便的關(guān)鍵。在本設(shè)計中,可以把程序的各部分相互結(jié)合起來,達(dá)到完成各項設(shè)計的功能。
根據(jù)系統(tǒng)要求,電梯的程序應(yīng)滿足以下要求:
1)初始化程序使數(shù)碼管顯示“1”表示電梯處在一樓,等待人進(jìn)入電梯;
2)主程序主要包括:
①判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層,根據(jù)判斷情況來控制電梯運(yùn)行,到達(dá)目標(biāo)樓層后相應(yīng)的呼叫指示燈熄滅;
②電梯在運(yùn)行過程中要不斷的掃描鍵盤,從而來判斷各樓層有無呼叫請求,并點亮相應(yīng)的呼叫指示燈;
③設(shè)置演示功能按鍵、緊急停止按鍵、啟動按鍵;
④實時顯示電梯所在位置及運(yùn)行狀態(tài)(上行/下行);
⑤開關(guān)門有一定的延時來保證乘客走出/進(jìn)入電梯;
圖7為主程序工作流程圖
4 系統(tǒng)調(diào)試
連接5 V電源后,電梯通電使用,各模塊使用正常,電梯響應(yīng)上升下降隊列時,相應(yīng)的指示燈、上下行狀態(tài)均能顯示。通過選取各樓層按鍵,電梯都能完成請求,基本實現(xiàn)了電梯運(yùn)行的模擬。
4.1 方向及距離優(yōu)先測試
電梯按某方向運(yùn)行時,優(yōu)先響應(yīng)該運(yùn)行方向的按鈕;
測試初始,轎箱位于一樓,按下二樓,三樓的上下按呼叫,和四樓的向下呼叫。按鍵順序可隨意。測試結(jié)果如表1所示。
結(jié)論:系統(tǒng)在向上運(yùn)行時候,優(yōu)先相應(yīng)各樓層的向上呼叫信號,不響應(yīng)向下的呼叫信號,向下運(yùn)行時相反,符合設(shè)計要求。
同一方向有多個按鈕呼叫時,優(yōu)先響應(yīng)最近的樓層。測試初始時,電梯位于任一層,如二樓。此時三樓和四樓分別向上呼叫。測試結(jié)果:先響應(yīng)三樓呼叫,再響應(yīng)四樓呼叫。
結(jié)論:電梯具有距離優(yōu)先響應(yīng)的功能,當(dāng)多層同方向呼叫,首先響應(yīng)距離當(dāng)前樓層較近的呼叫,符合系統(tǒng)設(shè)計要求。
各按鈕呼叫時指示燈顯示正常,電梯響應(yīng)該按鈕的呼叫后,其指示燈應(yīng)自動熄滅。
4.2 綜合測試
測試條件:電梯位于1樓,進(jìn)入3人,其中一人要到3樓,另兩人到4樓。電梯運(yùn)行后,3樓和4樓有人向上呼叫,3樓有人向下呼叫到1樓。
測試結(jié)果如表2所示。
測試結(jié)論:系統(tǒng)具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先的功能,基本模擬了實際電梯運(yùn)行,完成設(shè)計指標(biāo)。
5 結(jié)論
本系統(tǒng)是基于89C52單片機(jī)設(shè)計的電梯自動控制系統(tǒng),充分利用單片機(jī)的軟硬件資源,以四層電梯為研究對象,實現(xiàn)基本的功能如:層站呼叫、自動停層、轎廂命令響應(yīng)等。通過單片機(jī)輸出電壓通過驅(qū)動電路然后控制電梯拖動。開發(fā)此系統(tǒng)可以方便用戶自行輸入所要到達(dá)的樓層,大大提高其工作效率,徹底的脫離電梯操作工的模式,為開發(fā)更科學(xué)的電梯控制系統(tǒng)提供參考。
評論