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前言
电梯已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具，人们对电梯安全性，高效性，舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。目前，在电梯上使用较广的是可编程序控制，简称PLC，而采用单片机的话在接口性能和计算速度等方面均有资源不足的问题，仍然不能适应较复杂的控制算法和故障诊断等要求，但利用单片机控制电梯具有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。
该设计主要能实现对各楼层用户按钮信号的检测和处理,按预定的运行规则和程序,发出控制信号对电机进行调节,从而控制电梯的启停、速度；电梯运行所在楼层指示、设有电梯所处位置指示装置以及电梯运行模式（上升或下降）指示装置、关门延时设置、电梯到达有停站请求楼层，经过1 秒电梯门打开，开门4 秒后，电梯门关闭（开门指示灯熄灭），电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前楼层、每一层电梯的入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关、看门狗报警、超载报警、故障报警等。
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摘要
单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。故本文采用89C51单片机对电梯进行控制。本设计主要利用单片机对电梯的轿厢内呼梯输入模块，轿厢外呼梯输入模块，重量检测模块，轿厢位置检测模块，其他信号输入模块进行处理，实现轿内外呼梯信号的处理，轿内外呼梯信号的显示，电机正反转的控制，轿厢门的开关控制等。显示部分本设计采用1602液晶显示来实现。因为1602液晶显示屏是以若干个5x8点阵块组成的显示字符群，具有模块结构紧凑、轻巧、装配容易，低功耗、长寿命、高可靠性等特点。
关键字：电梯单片机液晶显示
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Abstract
The monolithic integrated circuit control elevator has the cost to be low, versatile, the flexibility big and easy to realize merits and so on plurality of controls. Therefore this article uses the 89C51 monolithic integrated circuit to carry on the control to the elevator. This design mainly uses the monolithic integrated circuit to shout the ladder load module to elevator's sedan theater box, outside the sedan theater box shouts the ladder load module, the weight examination module, the sedan theater box position examination module, other signal input module carries on processing, realizes inside and outside the sedan to shout the ladder signal processing, the sedan inside and outside shouts the ladder signal the demonstration, the electrical machinery the control which reverses, the sedan theater box gate stop-go control and so on. Demonstrated that part this design uses 1602 liquid crystal displays to realize. Because 1602 liquid crystal display monitors are by certain 5x8 lattice block composition demonstration character group, has the modular structure compact, dexterous, the assembly to be easy, low characteristics and so on power loss, long life, redundant reliability.
Key words：elevator Monolithic integrated circuit liquid crystal display
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目录
前言 (1)
摘要.................................................................................................................................................. I ABSTRACT ........................................................................................................................................... I I 目录.................................................................................................................................................. I
1.1开发背景 (1)
1.1.1基于单片机的电梯控制模型主要特色 (2)
1.1.2电梯控制方案比较 (2)
1.2任务概述 (3)
第二章设计的整体方案 (4)
2.1控制系统硬件组成 (4)
2.1.1 89C51介绍 (4)
2.1.2 1602液晶显示介绍 (6)
2.1.3 压敏电阻介绍 (7)
2.2系统结构图 (9)
2.3系统详解 (9)
2.3.1 供电电源模块 (10)
2.3.2 轿厢位置检测模块 (10)
2.3.3 重量检测模块 (10)
2.3.4 电机控制模块 (10)
2.3.5 轿内外呼梯信号处理 (11)
2.3.6 轿内外呼梯信号显示模块 (11)
2.3.7 中断信号处理 (11)
2.3.8 轿厢开关门 (11)
第三章系统硬件设计 (12)
3.1呼叫及选层 (12)
3.2显示功能模块的实现 (14)
3.3供电模块 (14)
3.4单片机复位电路 (15)
3.5位置检测模块 (16)
3.6超重检测模块与超重报警 (16)
3.7电机上下转设计 (18)
3.8轿厢开关门设计 (18)
第四章系统软件设计 (19)
4.1主流程图 (19)
4.2安全等待流程 (20)
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4.3故障处理流程 (21)
4.4轿厢内要梯处理流程 (23)
4.5轿厢外要梯处理流程 (24)
4.6电梯关开门处理 (25)
4.7显示输出 (26)
4.8键盘扫描 (30)
第五章系统可靠性分析及抗干扰措施 (35)
5.1破坏电梯设备的噪音来源 (35)
5.2抗干扰的措施 (35)
5.2.1把交流电线分开 (35)
5.2.2减小分布电容 (36)
5.3软件抗干扰措施 (37)
第六章毕业设计小结 (39)
致谢 (40)
参考文献 (41)
附录一 (42)
附录二 (43)
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第一章绪论
1.1开发背景
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垂直方向的交通运输工具。1889年美国奥梯斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市马累特大厦安装成功。随着建筑物规模越来越大，楼层也越来越高，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性都提出了更高的要求。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。
目前电梯控制模型大多采用可编程控制器(PLC)智能控制，交流变频调速驱动，其硬件结构的组成及功能与实电梯基本相同，事实上可以把它看作是小型化了的真实电梯。具有自动平层、自动关门、顺向响应轿内外呼梯信号、直驶、电梯安全运行保护以及电梯急停、检修、慢上、慢下、照明、风扇等功能。且具有性能可靠、运行平稳、操作简单、能耗低和便于教学等特点。而采用单片机的话在接口性能和计算速度等方面均有资源不足的问题，仍然不能适应较复杂的控制算法和故障诊断等要求，但利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。
由可编程控制器（PLC）或微型计算机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。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控制器控制。但是由于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，如果在抗干扰功能上有所提高的话完全可以代替PLC实现对工控设备的控制。当然单片机并不象PLC那么有针对性，所以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。
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1.1.1基于单片机的电梯控制模型主要特色
基于单片机的电梯控制模型与基于PLC 的电梯控制模型相比，主要特色有以下几个方面：
第一、成本低。本电梯控制模型由于采用单片机代替了PLC 作为主控芯片，同时用PWM 驱动直流电机代替了变频调速驱动，从而导致整套系统成本很低。
第二、高精度的重量检测及显示。基于PLC 的电梯模型虽然有重量检测，但检测精度较低。本电梯模型采用了高精度的重量传感器和测量电路，配合设计优良的数字处理软件，从而能进行高精度的重量检测和显示，方便学生进行检测技术和信号处理来等方面的课程的学习。
第三、功能多样。基于PLC 的电梯控制模型主要用于了解电梯的工作原理和如何使用电梯等。本电梯控制模型除了以上功能外，由于硬件采用了模块化的设计，各硬件模块可以拆卸，能进行重新开发和二次开发。此外本电梯控制模型采用了单相电供电，使用更灵活。
1.1.2电梯控制方案比较
电梯的控制方案主要有三种：基点启控制、可编程控制器控制、微机控制。
基点启控制：过去电梯的电器控制大多采用继电器逻辑线路，这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单，直观的特点，但是通用性差，布线成本高，操作麻烦，对不同的楼层和不同的控制方式其原理图，接线图等必须重新绘制，且逻辑系统由许多个触电组成，接线复杂，故障率高。因此，目前已经逐渐被淘汰。
可编程控制器控制：由于现代化办公大楼的出现，需要对电梯实现群控及智能化管理，所以用微机对电梯实行控制成了未来电梯的发展趋势。由微机实现继电器的逻辑功能，比继电控制有较人的灵活性，不同的控制方式可用相同的硬件，只是软件各不相同，只要把按钮，限位开关，光电开关，无触电行程开关等电器元件作为输入信号，把制动器，接触器等功率输出元件接到输出端，就算完成了接线任务。层数变化，无需增减继电器和大量的布线困难。但是，微机控制的电梯需要解决运行可靠性，排除干扰等方面的问题。干扰是影响整个系统安全，可靠性，稳定运行的主要原因。例如电源的波动，电动机的启动，晶闸管的导通与截止，接触器的工作等等。
微机控制：目前，在电梯上使用较广的是可编程序控制，简称PLC，而采用单片机的话在接口性能等方面均有资源不足的问题，不能适应较复杂的控制算法
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和故障诊断等要求，但利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。
1.2任务概述
本设计采用单片机为主要元器件，实现对电梯的模拟控制,画出设计相关电路图。在电梯控制系统的设计中，核心是电梯运行的状态控制器的设计。
软件部分完成: 对各楼层用户按钮信号的检测和处理,按预定的运行规则和程序,发出控制信号对电机进行调节,从而控制电梯的启停、速度；电梯运行所在楼层指示、设有电梯所处位置指示装置以及电梯运行模式（上升或下降）指示装置、关门延时设置、电梯到达有停站请求楼层，经过1 秒电梯门打开，开门4 秒后，电梯门关闭（开门指示灯熄灭），电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前楼层、每一层电梯的入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关、看门狗报警、超载报警、故障报警等。
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第二章设计的整体方案
2.1控制系统硬件组成
用单片机实现电梯控制系统，由于89C51有良好的开发坏境和C语言程序设计的便利条件，价格低廉，容易购买，故单片机首选89C51。而显示而言要求而言应做到模块结构紧凑、轻巧、装配容易、低功耗、长寿命、高可靠性等所以决定显示器件选用1602液晶显示。
2.1.1 89C51介绍
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图1 89C51引脚图
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89c51单片机引脚介绍：
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
89C51单片机的结构特点：
8位CPU；
片内振荡器和时钟电路；
32根I/O线；
外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；
2个16位的定时器/计数器；
5个中断源，两个中断优先级；
全双工串行口；
布尔处理器；
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2.1.2 1602液晶显示介绍
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
图2 1602引脚图
1602引脚接口介绍：
1602采用标准的14脚接口，其中:
第1脚：VSS为地电源
第2脚：VDD接5V正电源
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
另外引脚"A"和"K"为背光引脚,"A"接正,"K"接负便会点亮背光灯.
1602液晶显示模块特点：
标准1602LCD，标准的接口特性。液晶显示屏是以若干个5x8点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。
具有字符发生器ROM可显示192种字符。
具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5x8字符或四个5x11字符。
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模块结构紧凑、轻巧、装配容易。单+5V电源供电。
低功耗、长寿命、高可靠性。
1602液晶显示内部控制：
1602液晶显示复位时序图：
2.1.3 压敏电阻介绍
压敏电阻电路的“安全阀”作用：
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压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。
保护用压敏电阻的基本性能：
保护特性，当冲击源的冲击强（或冲击电流Isp=Usp/Zs)不超过规定值时，压敏电阻的限制电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压（Urp）。
耐冲击特性，即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流，冲击能量，以及多次冲击相继出现时的平均功率。
寿命特性有两项，一是连续工作电压寿命，即压敏电阻在规定环境温度和系统电压条件应能可靠地工作规定的时间（小时数）。二是冲击寿命，即能可靠地承受规定的冲击的次数。
压敏电阻介入系统后，除了起到"安全阀"的保护作用外，还会带入一些附加影响，这就是所谓"二次效应"，它不应降低系统的正常工作性能。这时要考虑的因素主要有三项，一是压敏电阻本身的电容量（几十到几万PF），二是在系统电压下的漏电流，三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电路的影响。
压敏电阻的基本参数：
1. 标称电压(V)：指通过1mA直流电流时压敏电阻器两端的电压值。
2. 电压比：指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
3. 最大限制电压(V)：指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。
4. 残压比：通过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值的残压。残压比则是残压与标称电压之比。
5. 通流容量(kA)：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
6. 漏电流(mA)：漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
7. 电压温度系数：指在规定的温度范围（温度为20℃～70℃）内，压
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第 9 页（总57页） 敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。
8. 电流温度系数：指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。
9. 电压非线性系数：指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
10. 绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
11. 静态电容量（PF ）：指压敏电阻器本身固有的电容容量。
2.2系统结构图
图3 电梯控制系统原理框图
2.3系统详解
本电梯控制模型硬件采用了模块化的设计，各模块间通过接插件连接，可以
拆卸。硬件主要由供电电源、轿厢内呼梯输入模块，轿厢外呼梯输入模块，轿内