基于单片机的电梯模型控制

12-13学年第一学期开放性实验项目题目: 电梯控制模型院系名称：信息科学与工程专业班级：电信1001学生姓名： 姜莉莉 学号： 0130指导教师： 王伟生 教师职称： 讲师实训地点：创新实验室 地点： 31520设计并制作一个电梯控制模型。

示意图如图3所示。

二、设计要求：1、 基本要求：电梯间竖井模型部分可由有机玻璃粘成无上盖板的六面体ABCDEFGH ，高度AE 为1.2m ；电梯桥厢模型J 通过滑轮悬挂并由电动机M 牵引，可在电梯间竖井模型的空间内上下运动。

该电梯间竖井模型每隔20cm 自下向上分成5层，其楼层编号如图3所示。

（1） 5（2） （3）（4） 层和从5层到1层的往返时间相等，单程时间不超过12秒，往、返时间之差不大于1秒，并自动记录、显示运行时间。

2、 发挥部分：（1） 要求桥厢模型能够加载0～500克的重物，显示并存储该物体的重量，显示分辨率为1克，误差：±3%。

（2） 桥厢模型的额定负荷可以预置，当加载的物体超过预置值时，将发出超重报警信号。

（3） 增设模拟桥厢内表示乘客欲到达层数的按钮，桥厢模型将按照电梯模型运行规则作相应的运动。

（4） 其它。

三、评分标准四、其他说明a) 控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。

b) 电梯竖井间部分也可简化，由一垂直平面代替，如图4所示。

c) 平层的要求是以桥厢模型J 的底平面（或自定标志）与表示楼层的标志线平齐。

d)要求平层过程中桥厢模型J移动方向保持不变。

e)关于电梯模型运行规则的说明：(1) 电梯有两种类型的按钮：第一种为各楼层上的“向上”、“向下”按钮；第二种为电梯桥厢内表示要到达楼层编号的数字按钮。

实际制作时，按钮的安装位置不作任何限制。

(2) 各按钮呼叫时应有指示灯显示，电梯响应该按钮的呼叫后，其指示灯应自动熄灭。

(3) 电梯运行时响应按钮的优先顺序如下：方向优先：电梯按某方向运行时，优先响应该运行方向的按钮；距离优先：同一方向有多个按钮呼叫时，优先响应最近的楼层。

摘要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、电源设计模块、楼层检测模块、电动机驱动模块、LED显示模块、报警模块等7部分组成。

该系统采用单片机（89C52）作为控制核心，内外招使用按键按下与否而引起的电平的改变，作为用户请求信息发送到单片机，单片机控制电动机转动，单片机根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。

楼层检测使用光电传感器，电动机控制部分采用直流电动机和L297和L298芯片驱动。

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，根据电梯运行到相应楼层时，光电传感器产生电平变化，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，基本实现了五层电梯运行的模拟。

关键词：单片机、电梯控制系统、传感器、LED显示。

目录目录 (6)一、引言 (7)1.1设计的主要内容 (7)1.2设计思路 (8)二、硬件电路设计 (10)2．1 单片机系统 (11)2．2系统显示电路 (12)2．3键盘操作电路 (14)2．4电动机控制模块 (15)2．5与称重系统的接口设计 (16)2．6时钟电路的设计 (16)2．7 复位设计 (17)2．8单片机与步进电动机使用的电源设计 (18)2．9 楼层检测模块 (19)三、软件设计 (20)3．1电梯模型控制主程序设计 (20)3．2LED动态显示程序模块的设计 (21)3．3独立按键程序设计 (21)3．4X5045与89C52接口电路程序模块的设计 (22)四、总结 (24)五、参考文献 (25)六、附录 (26)一、引言1.1本设计的主要内容本次设计是电梯控制模型之单片机控制系统设计。

主要完成的功能是使用单片机来控制电梯控制系统，在这里为了更好的让教学知识与实际相连，也锻炼我们对一些专业软件的学习能力、以及动手能力，做出实物模型出来。

本电梯控制系统采用89C52单片机作为核心器件实现对电梯模拟轿厢的自动控制。

该系统控制过程是利用红外线发送－接收对管监测器采集数据，将数据传到控制器。

主控制器完成对轿厢在不同层面、不同速度、不同方向的实时控制和逻辑协议实现，从而来控制电动机的正转、反转、以及停止等。

主控制器还外接预制键盘和LED 显示模块等。

在该系统中，从控制器实现称重系统的压力信号采集并进行数据处理后，通过数据通信将所采集的参数发送给主控制器。

在重量允许范围里电阻应变式拉力传感器根据重力的变化使其阻值发生变化，再经相应的桥式传感器放大电路把这一电阻变化转换为线性电压信号，同时将该电压采样转为净重量并在LED 上显示。

在电梯超重的情况下，主控制器接收到从控制器所采集的参数后，发出让电机停止转动的控制信号和系统报警信号，从而有效地监控电梯系统的运行。

对单片机控制电梯系统而言，设计可分为硬件设计和软件设计。

在硬件设计部分，着重要完成以下几个方面的内容：1）单片机的选择；2） LED显示电路的设计；3）键盘操作电路的设计；4）与称重系统的接口设计；5）与步进电动机的接口设计；6）时钟与看门狗复位电路；7）单片机与步进电动机使用的电源设计；对于系统的软件设计，主要包括：1）系统主程序的设计；2）系统几个中断子程序的设计3）系统软件流程图等内容；针对本次设计中所存在的问题，提出部分改进意见和下一步所要研究的目标。

最后，总结了设计过程的收获与不足并展望了未来。

1.2设计思路1.21 系统的组成本次设计是电梯模型控制的单片机系统设计，单片机模块是整个系统的核心部分，在这样一个电梯模型的控制系统中，需要有控制电梯轿厢上行和下行的电机控制模块、控制轿厢停止并给电机信号的红外感应模块、还有电梯轿厢内的重量检测模块和显示模块和LED显示模块。

LED显示模块主要是显示电梯在运行的过程中所经过的层数，电梯欲到达的层数等。

在这里，单片机基本系统、显示、键盘设计，单片机与步进电动机的接口设计，单片机与称重系统的接口设计，这三个部分是本次设计的重点。

1.22 显示设计：采用传统的8位数码管（LED）显示移动的楼层以及相关的方向问题。

显示信息量少，功耗较大，但是在这里的软件驱动简单，驱动电路也相对容易实现，硬件电路调试也方便，在主单片机中仅仅考虑到显示楼层数和电梯运行的方向，而不需要显示大量的信息，所以用传统的8位数码管LED显示即可以。

1.23 键盘设计：单片机使用的键盘为独立式，独立式实际上就是一组相互独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O口连接，连接方法就是每个按键独立一条口线，各按键之间状态不会影响且接口简单。

1.24 与电机驱动系统的接口设计步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。

我们所用的步进电机是四相电机（参数），所以需要放大四路驱动信号。

采用专用步进电机控制芯片L297及L298，该芯片可以驱动一个四相电机，放大四相0到5伏控制信号，控制5到24伏范围的电源驱动步进电机，且该芯片能通过使能端同时控制四路的工作状态，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；也可以直接用单片机的I/O口提供信号；电路简单，使用比较方便。

1.25 与称重系统的接口设计本系统是在轿厢内放一称重传感器来采集放在轿厢内的重物的重量的，本次设计采用应变式称重传感器。

此传感器是由电阻应变片作为敏感元件制造生产的称重传感器，即此传感器是一种压力传感器，能够很直观的将重量信号转换成电压信号，从而来很好的将数据传输给单片机。

1.26 电源模块稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。

由于整个系统既包括模拟电路也包括数字电路，所以为减少相互扰，本系统设计了稳压源以供电机和单片机等需要使用电源的器件使用。

在这里选择的是由输出电压固定的三端集成稳压器，用来产生4路电源+5V、-5V、+12V、-12V分别对各部分电路供电。

二、硬件电路设计根据本设计的任务、要求，我们将系统分为若干个模块，以单片机为核心，完成多项功能。

主控制器是通过控制驱动电机的正常运转，控制其运行的方向、速度；与红外发射接收对管通信，控制轿厢的运行距离，使其在适当的位置停下来；处理由键盘输入的数据，并且控制LED 显示，从控制器是完成对应变片放大电路的采样，并将电压变化量的变换转为净重量显示在LED上。

本系统功能较多，设计极具人性化，图3-1为电梯系统架构。

2.1 单片机系统考虑到现在市场上能够买到的芯片以及系统要求实现的功能来看，采用89C52 单片机。

89C52 单片机为CMOS 8 位单片机，片内含8KB 的可反复擦写的只读程序存储器和256 字节的随机存取存储器，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，其强大的功能更适合较为复杂的控制应用场合。

下面对89C52 单片机作简要说明。

89C52单片机的系统结构框图图3-2 89C52 的引脚排列图关于89C52单片机的最小系统的连接图和电路及89C52单片机芯片内部结构相关教材上已介绍的很详细，在这里我们不再赘述。

2.2 系统显示电路2.21LED显示电路在这里使用的是动态扫描显示。

为了节省单片机的口线，用74LS164移位寄存器来移位显示要显示的数据，并用三极管来驱动，这样可以节省单片机的I/O 口，考虑到设计的电梯是五层的，六个数码管中的五个用来显示楼层，另外一个用来显示电梯运行的方向，即是向上运行，还是向下运行。

在电梯运行的过程中显示电椅欲运行到达的楼层数，当到达过那一层，那个楼层数字亮。

当电梯运行过去时，那层电梯数字的数码管灭，在到达下一层时，采用同样的处理方法。

在电梯的运行过程中，如前面电梯的运行规则所说，电梯上行的过程中，只响应比欲到达的楼层数字大的楼层，但是保留对电梯的呼叫信号，当电梯完成当前的呼叫后，再按照相应的规则进行。

六个数码管用六个COM位选端和一个数据传送端及和其他器件共用的时钟端来实现。

节省了硬件资源，也使电路简单。

下面我把74LS164介绍一下：选用的型号是74LS164。

其引脚如图3-3所示：图3-3 74LS164引脚图引脚功能如下：A 与B—串行数据输入，每个输入可以作为另一个输入的高电平有效输入，在使用时，两个输入端必须相连，而不同输入端必须接高电平。

CLK—时钟信号，高电平有效。

MR/—清零复位端，低电平有效。

Q0－Q7—数据输出端。

2.22 电梯灯显示电路在电梯控制系统中，设计一个电梯楼层的显示灯，在这里是用传统的小灯泡来显示，原理是在每一个楼层，都会有一排小灯，这每一个小灯代表一个楼层，当电梯在某一层时，对应的小灯就会发光亮起来，这样每一层的人都能够知道电梯当前是在何层，当电梯运行过那一层时，小灯会相应的灭掉，随之而来的楼层则变亮，其原理图见3-4所示。