JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
单片机应用系统设计
电梯控制器
学院：电气信息工程学院
专业：测控技术与仪器
班级：11测控2
姓名：唐德康
学号：11314204
指导教师：刘素芬
时间: 2014年11月
基于单片机的电梯控制系统设计
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内容和要求
以AT89C52单片机和步进电动机为核心设计单片机电梯控制器，假设电梯安装在一个楼层为4层的小楼上。其人机接口包括显示器、键盘、喇叭、指示灯。每层电梯口都有上楼、下楼两个按键，一个7段数码管显示器作为电梯当前层指示灯，两个发光二极管作为电梯运行方向指示灯。进入电梯里边，按数字键选择想要去的目的楼层，一个7段数码管显示器作为电梯当前层指示灯，两个发光二极管作为电梯上行和下行指示灯。步进电动机正转表示电梯上行，步进电动机反转表示电梯下行。启动按键按下去表示电梯控制系统可以运行。紧急停止按键按下，电动机停止运动。报警按键按下，启动蜂鸣器和闪烁红色报警灯。
1.1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4×4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。
1.1.1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，可靠性高，结合软件完全可以实现电梯运行状况的简单模拟。
权衡以上方案的分析，采用方案三。
（2）楼层显示模块
方案一：采用点阵式液晶显示器（LCD）显示各种相关数据以及信息。点阵式液晶显示器属于低功耗器件，但其价格较贵。
方案二：采用传统的7段数码管（LED）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。
以上两种方案中，选择方案二。
（3）声音提示模块
方案一：采用美国ISD公司的2590语音芯片，该语音芯片录放时间为90 秒。ISD2500 系列具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K，所以录放时间长；有10个地址输入端，寻址能力可达1024 位；最多能分600 段；设有OVF （溢出）端，便于多个器件级联。
方案二：采用蜂鸣提示音提示当轿箱到达所需的楼层时，蜂鸣器响，提示乘客到达了所需的楼层，另外可以作为紧急停止时的报警提示信号，其软件驱动、硬件电路调试非常简洁方便，而且价格便宜，能满足本设计的要求。
以上两种方案中，选择方案二。
（4）电动机模块
方案一：采用步进电机作为本设计的执行元件，步进电机在定位性能方面十分优越。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，步进电机不需要A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移。常用的步进电机每转一步，角度转1.8°，在应用中，步进电机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息，升降精度很高。
方案二：采用直流电机作为本设计的执行元件，直流电机工作是让线圈始终交替地处于稳定状态和非稳定平衡状态，通过控制电流的方向可以实现电机的正反转。直流电机在高起动转矩、大转矩、低惯量的系统中经常使用到。
此题目中电机要带动的负载较大，对升降精度要求不是很，所以采用方案二。
1.1.2实现单片机控制电梯的主要方法
首先，对实际的电梯系统进行模拟，一般情况下，一个电梯应该具备相关按键、显示二极管、数码管等，由于这是一个调度模块，故没有设计具体的轿厢等机械部分。然后，结合这些实物，选择恰当的芯片，并分成若干模块，安排好各自之间的关系。由于其有诸多按键和显示环节，而单片机的I/O口管脚资源实在有限，故需要I/O口扩展，用以管理二极管；同时要有专门的按键控制芯片，从而便于按键管理。接着，要完成电路图的设计，焊接相关器件后进行硬件调试，看是否好用并加以适当的更正，最终使硬件电路简单又实用。
同时，如果每个选层按钮都采用独立的按键设置，可以很大程度上简化扫描按键程序，采集信号也容易得多，但是由于单片机接口有限，模拟电梯自动控制系统所需按键较多，如此会有接口不足的问题，所以本设计采用4×4按键矩阵开关电路作为外呼内选呼叫控制。出于同样问题，显示楼层电路采用数码管从串口输出。为了更接近实际的电梯控制系统，设计中还应该添加电梯外上下行请求显示，可用五个发光二极管表示目的请求按键是否按下，有则亮，无则暗。
软件方面至于采用中断方式还是采用查询的方式来检测用户的请求信息，可根据具体的设计方案来确定，同时要想准确地采集按键请求状态，就必须时时刻刻调用键盘矩阵扫描程序，也就增加了软件编程的难度。采用单片机作为核心，配以适当接口作为输入输出通道。
