单片机控制装置安装与调试资料

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现代电子技术
2014 年第 37 卷
2.1 电梯调度算法 本硬件系统可移植其他电梯调度算法，本文设计一
种查找算法来验证硬件平台。该算法只考虑电梯的主 体 功 能 ，省 略 如 超 重 检 测 、防 夹 检 测 等 较 为 容 易 模 拟 的 功能。查找算法兼顾公平性和电梯的运行效率，要求电 梯遵循时间优先、顺向优先和最远反向截梯控制原则 ， [1] 简称三大原则，当电梯所移方向上无请求时立即改变方 向 。 电 梯 有 三 种 状 态 ，分 别 是 运 行 状 态 、暂 停 状 态 和 空 闲状态。其中运行状态包括向下运行和向上运行两种 状 态 ，处 于 这 两 种 状 态 时 ，运 行 规 则 类 似 。 电 梯 调 度 算 法的实质就是确定电梯的目标楼层。电梯目标楼层的 确定不仅与用户呼叫请求的顺序有关，也与电梯当前所 处状态有关，在任意时刻，当用户按下某个按键时，控制 系统就会登记该按键代表的楼层；当电梯进入暂停状态 时刻，关门倒计时时间为 8 s；当电梯处于运行状态时， 电梯以每层 3 s的速度运行。查找算法的第一步就是判 断 电 梯 当 前 所 处 状 态 ，然 后 根 据 不 同 状 态 遵 循 不 同 规 则：
图 6 电梯处于暂停状态时的流程图
（3）电梯处于运行状态。电梯处于运行状态时，控 制系统将不断判断有新呼叫请求的楼层是否比目标楼 层更靠近电梯当前所处楼层，并且满足到达该楼层的方 向与电梯当前方向一致，若满足条件则更新电梯目标楼 层 为 该 楼 层 ，在 此 状 态 下 ，开 、关 门 按 键 不 发 挥 作 用 ，当 电梯到达目标楼层时，电梯就进入暂停状态。电梯处于 运行状态时的流程图如图 7 所示。流程图中的更新目 标楼层需遵守三大原则。 2.2 VB 界面设计
的 保 护 性 电 阻 组 成 ，数 码 管 正 常 发 光 时 ，发 光 二 极 管 压 降为 1.7 V 左右，电流范围为 5~10 mA，所以可以计算出 外接电阻阻值范围为 230~560 Ω。本系统采用的是共 阳数码管，即发光二极管的阳极连接到一起连接到电源 正 极 ，且 只 用 到 一 个 数 码 管 ，所 以 采 用 静 态 显 示 驱 动 方 式。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机的 I/O 端口进行驱动，静态驱动的优点是编程简 单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多。数码管电路如 图 4 所示。
Keywords：simulated elevator；hardware platform；elevator scheduling algorithm；control of heading⁃off elevator
0引言
现代电梯控制系统几乎全部采用 PLC 或者微机控 制[1]，由于电梯控制系统的复杂性，如果直接在设备上调 试电梯控制系统的功能，会降低研发效率，严重时，甚至 会发生事故 。 [1] 因此有必要设计一套系统验证电梯控制 系统的功能，提高研发效率 。 [1] 本文通过搭建模拟电梯 的硬件平台、设计 VB 界面，为各种电梯调度算法提供验 证平台。通过设计和实现一种节能高效的电梯调度算 法来验证平台的有效性。
（长沙理工大学 物理与电子科学学院，湖南 长沙 410114）
摘 要：搭建了一套模拟电梯的硬件平台，设计了 VB 界面模拟电梯按键，采用查找算法作为电梯调度算法，通过设计
和实现该算法来验证平台的有效性。该平台可移植其他算法，用来验证电梯控制系统功能。系统采用 STC89C52 作为电梯
控制器，实现了电梯手动和自动的开、关门功能，当前电梯楼层显示功能，开门铃声提醒功能，电梯当前状态显示功能，关门
系统初始化模块用来初始化数码管、液晶屏和单片 机的寄存器的初始状态。硬件驱动模块主要指步进电 机 和 液 晶 屏 的 驱 动 程 序 ，以 便 主 程 序 调 用 ；串 行 中 断 服 务 模 块 用 来 处 理 单 片 机 和 VB 程 序 的 通 信 数 据 ；定 时 器 0 中断服务模块计算电梯的运行时间，定时器 1 中断 服务模块控制电梯的运行速率。电梯调度算法模块采 用查找算法，监控软件可以采用 VB[1]机，即用 VB 界面模 拟电梯按键。
BIN Feng，TANG Li⁃jun，ZHOU Jian
（Changsha University of Science & Technology，College of physics and Electronic Science，Changsha 410114，China）
Abstract：A simulated elevator hardware platform is set up in this paper. VB interface is designed to simulate the elevator button. The search algorithm is adopted as elevator scheduling algorithm. The effectiveness of the platform is verified by designing and realizing the algorithm. STC89C52 is used in this system as the elevator controller to realize the manual or automatic func⁃ tions to open and close the door，the function to show the current floor，the function of bell reminding at the moment of opening the door，the function to display the elevator status，the function of countdown for door closing，and the function to respond the user’s request according to time priority criterion，same direction priority criterion and heading ⁃off control criterion at the far⁃ thest distance in opposite direction.
图 5 电梯处于空闲状态时的流程图
（2）电梯处于暂停状态。当电梯到达目标楼层后， 电梯进入暂停状态，电梯开门接送乘客进出电梯，此时， 电梯将清除该层的呼叫记录，用户可以手动或者自动地 开 、关 门 。 电 梯 以 关 门 作 为 暂 停 状 态 的 结 束 标 志 ，电 梯
进入运行状态，电梯将根据查找算法确定电梯的运行方 向和目标楼层。其中顺向优先原则是指电梯先响应同 向信号，再响应反向信号，并且在同向信号上，优先响应 所需时间最短的信号；最远反向截梯控制原则是指响应 完同向信号后，如果厢内在反向方向上有几个信号同时 召唤，则电梯将最远层作为目标楼层。电梯处于暂停状 态时的流程图如图 6 所示。
Baidu Nhomakorabea57
液晶屏电路如图 2 所示，液晶屏与 CPU 直接相连， STC89C52 的 P0 口是开漏输出，最大灌电流为 12 mA，要 输 出 高 电 平 ，必 须 接 上 拉 电 阻 ，液 晶 显 示 模 块 是 一 个 慢 显示器件，所以在执行每条指令一定要确认模块的忙标 志为低电平或者延时足够的时间，否则指令失效。显示 字 符 时 要 先 输 入 显 示 字 符 的 地 址 或 者 采 用 自 动 加、减 AC 值的办法。
倒计时功能，根据时间优先原则、顺向优先原则和最远反向截梯控制原则对用户请求作出先后响应的功能。
关键词：模拟电梯；硬件平台；电梯调度算法；反向截梯控制
中图分类号：TN911⁃34；TP273.5
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2014）02⁃0056⁃04
Design and implementation of simulated elevator controlled by MCU
1 硬件电路设计
设计采用 STC89C52 作为主控制器，用步进电机的 正转、反转和停止分别代表电梯的上升、下降和暂停，用 蜂鸣器发出响声作为电梯开门的提示声音，数码管显示 电梯当前到达的楼层，液晶屏显示电梯当前所处状态和
收稿日期：2013⁃10⁃13
关门倒计时时间，ULN2003 作为步进电机和蜂鸣器的功 率驱动器，PL2003 将 USB 数据格式转换为可以与单片 机通信的 RS 232 数据格式，本系统所需电流在 300 mA 左右，而 PC 机的 USB 最大可提供 500 mA 电流，所以本 系统采用 USB 接口供电。硬件电路框图如图 1 所示。
蜂鸣器电路如图 3 所示，蜂鸣器的正常工作时，电 流在 14~30 mA 之间，压降为 2.2 V 左右，而 51 单片机 P1 口的灌电流只有 6 mA，以致于单片机的 I/O 口是无法直 接驱动的，同时由此可计算出与蜂鸣器串联的电阻阻值 应在 90~200 Ω，所以本系统采用 ULN2003 作蜂鸣器驱 动。 1.4 数码管模块的设计
LED 数码管是由 7 个发光管组成 8 字形构成的，加 上小数点就是 8 个。这些段分别由字母 a，b，c，d，e，f，g， dp 来表示。数码管的每段由一个发光二极管和 100 Ω
图 3 步进电机和蜂鸣器电路图
图 4 数码管电路图
2 软件设计
电梯控制任务可分解为独立的几个部分，利用结构 模块化方法进行编程 。 [1] 本系统软件分为 7 个模块，分 别 为 系 统 初 始 化 模 块 、硬 件 驱 动 模 块 、串 行 中 断 服 务 模 块、定时器 0 中断服务模块、定时器 1 中断服务模块、电 梯调度算法模块和 VB 界面模块。
（1） 电 梯 处 于 空 闲 状 态 。 当 电 梯 响 应 完 所 有 用 户 的呼叫请求后，电梯关门就进入空闲状态。当电梯处于 空 闲 状 态 时 ，关 门 按 键 不 发 挥 作 用 ，若 用 户 按 下 厢 内 的 一楼按键或者一楼的上行呼叫按钮或者开门按键，电梯 就 开 门 进 入 暂 停 状 态 ，若 用 户 按 下 其 他 按 键 ，电 梯 就 进 入运行状态，并且电梯目标楼层将定位于该按键代表的 楼层。电梯处于空闲状态时的流程图如图 5 所示，流程 图中的选择目标楼层需遵守三大原则，本层按键是指电 梯所处楼层的上行呼叫按钮或者下行呼叫按钮或者厢 内楼层按钮。
DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2014.02.011
2014 年 1 月 15 日 第 37 卷第 2 期
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现代电子技术 Modern Electronics Technique
Jan. 2014 Vol. 37 No. 2
基于单片机控制的模拟电梯设计与实现
宾 峰，唐立军，周 健
图 1 硬件电路框图
1.1 液晶模块的设计 本 系 统 液 晶 模 块 采 用 的 是 LCD1602，具 有 标 准 的
16 脚接口，可显示汉字、英文和图形。常用的指令集有 清屏指令、输入方式设置指令、显示开关控制指令、光标 位移指令、功能设置指令、写数据指令等。
第2期
宾 峰，等：基于单片机控制的模拟电梯设计与实现
图 2 液晶屏电路
1.2 步进电机模块的设计 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移
或线位移的开环控制组件。在非超载的情况下，电机的 转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个 数 ，而 不 受 负 载 变 化 的 影 响 ，非 常 适 合 于 微 机 的 控 制 。 当步进电机接收到一个脉冲信号，它就旋转一个固定的 角 度 ，此 角 度 被 称 为“ 步 距 角 ”，其 旋 转 方 向 与 绕 组 的 通 电方向有关。控制脉冲个数来决定电机的角位移量，以 达到精确定位的目的；同时控制脉冲频率来决定电机的 速度，以达到调速的目的。ULN2003 是由高压大电流达 林顿晶体管阵列组成，最大输入/输出电流可达 500 mA， 适应于各类要求高速大功率驱动的系统。本系统采用 四 相 五 线 的 步 进 电 机 ，控 制 方 式 采 用 四 相 单 、双 八 拍 的 方式，步进角为 3.75°，具有输出转矩大、振荡小、步距角 小等特点，步进电机电路如图 3 所示。 1.3 蜂鸣器模块的设计