基于单片机的电梯控制系统方案

1 课题概述

1.1 课题的主要研究内容及设计步骤

本课题的主要任务是完成一个电梯系统的调度模块，即根据每个楼层不同顾客的按键需求，让电梯做出合理的判断，正确高效地知道电梯完成各项载客任务。根据此任务，本课题需要研究的内容有：

1、根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计；

2、学习单片机的相关知识，并且加以运用；

3、选择恰当的芯片，并对其内部协议有所掌握，便于应用。

4、研究C语言编程，并且规定电梯的工作规则，用C语言加以实现；

5、对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。

结合以上内容，本课题的设计方案步骤如下：

关于硬件部分：

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。接着，要完成电路图的设计，画出PCB板，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。

关于软件部分：

关于电梯调度时所遵循的原则作出规定，其必须基于高效与人性化两个原则。最后是使用C语言将规定程序化，以便电梯真正的运作。

当然，二者的关系并不是分离的，它们是相辅相成，硬件依据软件来验证，软件依据硬件来调试。经过一个个的发现问题、一个个的解决问题，最终做出完美的电梯调度模块。

1.2课题的开发环境简介

1.2.1 电路图制作软件proteus 7.2

Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。

1.2.2 C51的程序开发软件Keil

Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。

2 方案论证

2.1 设计功能要求

本设计是为一六层电梯设计一调度系统，即使电梯能够合理高效地运行，完成各楼层顾客的接送任务。形象地说，就是要应对不同楼层顾客的不同需求，作出合理高效的判断，使所有顾客在整体运用时间最短的条件下将其运往各自的目的地。

这个设计的成品应该可以作为真实电梯的控制系统一样，遵守以下两个原则：一是高效性，二是人性化。而实际电梯所面临的情况无比复杂，故本设计的难点除了硬件上面外，还有对这些复杂的情况归类化，分为若干个基本情况，另外是用恰当的C语言描述来表达这些复杂的逻辑。

核心处两个步骤：第一判断电梯是上行还是下行；第二，判断是去接人还是去送人。

2.2 系统的结构框图

图2-1 系统的结构框图

如上图2-1所示，楼层电梯呼叫按键就是楼层外面的上行、下行按键，有需求时

即可按下；电梯内呼叫按键就是电梯内部的数字按键，它是内部按键需求的输入；单片机就是整个系统的核心，接收输入信息，经过处理后输出信息；楼层显示数码管就是接收单片机处理的信息，显示此时的楼层数；电梯状态指示灯就是接收单片机处理的信息，显示电梯的状态：上升、下降、停止。电动机的驱动和控制就是接收单片机的PWM脉冲信号来控制驱动器，进而控制电动机的正反转，使电动机牵引电梯做上下运动。

3 系统的硬件设计

电梯最底层为1楼，因此在1楼仅有上升按键，而电梯最高层为6楼，因此6楼应仅有下降按键。其他楼层则既有上升按键，也有下降按键。在电梯内部按键设置方面，则应有1～6楼的各层选择按键。按键的一端接地，另一端通过集成电路芯片连至单片机引脚。这里，由于按键数量很多，又要求电梯控制系统能以最快速度响应按键的需求，因此，所有按键通过与门连接单片机。用五片双4输入与门74LS21即可实现16个按键对象的集体与运算的最终结果，按键动作最终是送到单片机的INT0端。即：

INT0←（P1.0*P1.1*P1.2*P1.3）*（P1.4*P1.5*P1.6*P1.7）*

（P3.0*P3.1*P2.0*P3.3）*（P3.4*P3.5*P2.1*P2.2）

无论哪一个按键有动作，低电平信号就会送到INT0端，从而引发外部中断0服务子程序运行。当定时器0中断时，单片机向电动机发送PWM脉冲信号，电动机接到脉冲信号后，经过驱动器的驱动，电动机便牵引电梯上下运动。

电梯的楼层显示用七段数码管完成显示。本设计电梯只有6层，因此用七段数码管即可，数码管的显示数据通过单片机的P0口来进行传送。设计中要求数

码管随着电梯的位置变化而变化，即数码管显示数据要与楼层数同步，因此数码管的片选线直接连接地，而不需要再选择。

电梯升降的状态用上升和下降指示灯来进行显示，通过单片机的P3.7和P3.6引脚分别连接上升和下降指示灯的负极，其正极均连接至系统正电源处。

3.1单片机最小系统模块

在本设计中，最小系统应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。如图3-1所示，晶振电路由C3与C2和晶振组成。C3与C2是两个30pF的瓷片电容接地用来削减偕波对电路的稳定性的影响。复位电路采取的为手动按键复位电路，由电容C13，电阻R1、C1和开关RESET组成，当单片机的复位引脚RESET出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

图3-1 单片机的最小系统

3.2电动机的选择

我们选用三相异步电动机来做电梯的动力装置，因为国产Y系列的电动机具有高效、节能、特性好及低噪声等优点，我们将选用国内最先进的Y系列异步电动机。这里我们选用Y100L24三相异步电动机，因为它还具有性能好、寿命长、可靠性高、维护方便、启动转矩大等优点，其功能参数为额定电压380V，额定频率50HZ，额定功率3000W，额定转速1400转/分。如图3-2，在PROTEUS 中，我们选用的普通的MOTOR-BCD代替进行仿真。

图3-2电动机正反控制电路

3.3中断电路