基于51单片机实现的电梯模型设计

电梯模型设计报告

学院：自动化学院

队名：xxx

队员：xxx

日期：2009.11.20

一、概述

电梯模型以51为核心处理器，步进电机为控制电机，用L298N 搭建驱动电机模块，结合光电传感器实现对电梯的上升，下降，准确平层各种运行方式的控制。利用矩阵键盘、ISD1760语音芯片，数码管等各种功能模块实现电梯的扩展功能及人机交互功能。

二、方案论证

方案一：直流伺服电机+光电传感控制方式。

优点：直流电机速度可以平滑调节，自带编码盘可以记录电梯运行位移，速度调节范围大。

缺点：用编码盘测量位移误差较大，对CPU运算处理要求较高而且直流电机运行时带有一定惯性，对平层带来较大难度。

方案二：步进电机+光电传感控制。

优点：步进电机可以用脉冲方式控制轿厢位移，配合光电传感模块可以准确实现轿厢平层；步进电机为输入脉冲时，电机可以卡死不发生转动，使得电梯在楼层处安全停止，等待相应操作。

缺点：步进电机转速较慢，速度控制要通过该变脉冲频率来调节，控制电路要求较高。

由于本作品为电梯模型，速度要求不高，通过单片机可以方便输出电机所需脉冲，配合L298芯片可以实现对步进电机的完美控制，

所以我们选择方案二。

三、详细设计方案

1.楼层模型设计

电梯模型采用易于加工的木材，选用1.2米长的木板作为模拟楼层，底座用三角架固定，确保电梯运行过程不会出现模型摇动现象。电梯轨道处拉两根铁丝作为电梯导轨，保障电梯的运动轨迹。

轿厢用纸盒模拟代替，盒子敞开一面，可以放入物品，模拟乘客进出电梯。

2.驱动电路模块

控制电机选用四相步进电机，步进角为1.8度。步进电机可以通过直流斩波改变顺序控制电机正反传，51单片机的定时/计数器可以模拟输出4路直流斩波，通过步进电机驱动电路控制步进电机。

驱动电路以L298N驱动芯片为核心部件，L298N芯片的电平电压与51单片机兼容，驱动电压可达50V完全可以驱动电梯模型所用控制电机。驱动电路如下图：

四个输出端分别接步进电机的四个脉冲输入端，通过定时计数器模拟输出的四路直流斩波控制L298N的输出端口，从而可以方便的控制步进电机。电机的运转速度可以通过调节直流斩波的频率来控制。同时，通过对脉冲个数的控制，也可以粗略了解轿厢运行的位移，配合光电模块，将使电梯平层更加便捷、准确。

3.光电传感模块

为了确保准确平层，每层楼都安装红外对管，用于检测轿厢是否运行至楼层，若检测到轿厢运行至目标楼层，则像CPU发出中断请求，执行电梯停止运行操作。

红外对管原理：红外对管由发射和接受两部分组成，发射的

红外线京轿厢反射后被接受管接受后，引起电平跳变CPU根据此信号做出相应命令。电路原理图如下：

4.楼层按键设计

为了模拟乘客在轿厢内对电梯的控制，我们扩展了一个4*4的键盘，用于乘客选择楼层及轿厢内的一些控制按钮，考虑到实验的原因，控制键盘并未装在轿厢内部，而是引到模型外面，便于演示。

本模型用到两个4*4矩阵键盘，一个用于楼层级轿厢控制，另一个用于密码和其他设置，接口原理相同。

5.语音播放模块

本模型加入了语音播放功能，及时播放轿厢运行状况，所有录音内容均为小组设计，是本模型人机交互人性化设计一个重要部分。

语音播放模块以ISD1760语音芯片为核心， ISD1700系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示。

语音芯片提前录入“欢迎乘坐长颈鹿电梯”、报告层数的语音数据，电梯平层后，CPU会输出脉冲控制芯片，喇叭发出欢迎语音和层数提示。ISD电特性及应用电路如下：

ISD1700电特性：

．工作电压：2.4V-5.5V,,最高不能超过6V

．静态电流：0.5 - 1 μA

．工作电流：20mA

电路图如下：

语音变化信号由15脚输出，采用简单的三极管电流放大电路，接入小喇叭，实现语音输出。

小喇叭参数：8欧，0.5W。

6.电源切换部分

考虑到紧急停电情况，用电池作为备用电源，停电时用继电器切换至备用电源，在备用电源供电情况下，控制轿厢运行到附近楼层，若检测到不是短时停电，则控制电梯在备用电源供电下运行。电路原理图如下：

7.负载控制部分

本模型采用光电方式控制额定负载，输出电压信号经AD转换为0-255之间的数字信号输入CPU。单片机将输入值的大小与设定额定

值比较，若超过额定值，则发出报警音，同时像电机控制CPU发送超载信号，电机控制CPU停止运行。

若要改变额定负载值，可以用相应按键设置，改变程序中存储的额定负载值即可。

8.中央处理器部分

本作品使用3片51单片机配合使用来控制整个系统，单片机之间通过通信达到信息传递。单片机接口原理图（主要功能CPU）如下：

主控CPU;

电机控制CPU:

功能扩展CPU:

四、调试过程

各个模块均可以独立正常运行，通过单片机系统总线将各个模块连接起来，实现了预期结果。

五、程序流程图

电机控制CPU:

功能扩展CPU:

六、程序清单

主控制CPU：

#include

sbit P0_0=P0^0;

sbit P0_1=P0^1;

sbit P1_2=P1^2;

sbit P1_3=P1^3;

sbit P1_4=P1^4;

sbit P1_5=P1^5;

sbit P1_6=P1^6;

sbit P1_7=P1^7;

sbit P3_0=P3^0;

sbit P3_1=P3^1;

sbit P3_4=P3^4;

sbit P3_5=P3^5;

/*******函数声明********/

void init();//初始化?

void keyscan();//键盘扫描

void delay1ms(unsigned int count);//延时程序

void runto(unsigned int lou);//电梯运行程序void show();

//code unsigned char LedTab[]=

//{

// 0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0,

// 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8,

// 0x80, 0x90, 0x88, 0x83,

// 0xc6, 0xa1 ,0x86 ,0x8e, 0xff

//};/*数码管十六进制编码表*/

code unsigned char LedTab[]=

{

0xff, 0x7e, 0xbe, 0xde, 0xee,

0xed, 0x77, 0x7b, 0x7d,