基于51单片机的电梯控制设计

基于51单片机的电梯控制设计

摘要

随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯则成了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。单片机在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于单片机具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能，在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与单片机很好的结合，很好的实现了对升降的控制。

本文主要讨论研究利用Atmel 公司的51系列单片机AT89C51和四相步进电机对电梯的升降进行控制，形成电梯控制系统。

关键词：电梯AT89C51 电梯升降控制四相步进电机C语言程序设计

第一章绪论

1.1单片机简介

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。

本系统采用Atmel 公司的51系列单片机AT89C51作为主控芯片。其特征如下：

单片机AT89C51 8位微控制器8K字节在系统可编程Flash

主要性能

● 与MCS-51单片机产品兼容

● 8K字节在系统可编程Flash存储器

● 1000次擦写周期

● 全静态操作：0Hz～33Hz

● 三级加密程序存储器

● 32个可编程I/O口线

● 三个16位定时器/计数器

● 八个中断源

● 全双工UART串行通道

● 低功耗空闲和掉电模式

● 掉电后中断可唤醒

● 看门狗定时器

● 双数据指针

● 掉电标识符

功能特性描述

AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6

向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

1.2电梯的定义与简介

一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。

服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形

式便于乘客出入或装卸货物。

习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。

按额定速度又可分为低速电梯（1米／秒以下）、快速电梯(1～2米／秒)和高速电梯(2米／秒以上)3种。19世纪中期开始采用液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的E.G.奥蒂斯研制出钢丝绳提升的安全升降机。80年代，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加了电梯的提升高度。

现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。

第二章硬件设计

2.1 系统整体方案论证

按照题目要求，电梯控制系统由中心控制模块、用户呼叫信号输入模块、电机控制与驱动模块、位置检测模块和显示等组成。

方案一采用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。

方案二采用单片机为核心，扩展相关的接口电路，实现全系统的控制，由于单片机技术目前较为成熟，自身资源丰富，硬件设计简单，并且我们在设计中尽量用软件代替硬件，可以节约成本，提高可靠性。另外单片机最小系统价格便宜，符合经济性要求。同时电梯采用步进电机进行驱动，因为步进电机可经直接接收数字信号，用单片机控制非常方便，定位准确，调速简单。比较适合此控制系统的要求。

2.2 单片机最小系统

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单片机最小系统电路如图2-2所示，单片机采用ATMEL公司的AT89C51，晶体振荡器选12MHz，C1、C2为30p瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路。电容C3按键RESET构成上电复位和手动复位电路。

2.3电梯及系统电路

如下图所示，此部分电路是提供给处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼请求。按键与单片机的P1.0-P1.5分别相连，指示灯通过

P0.0-P0.5来控制。其中R52、R55、R56、R59、R60和R62是上拉电阻，其作用是保证按键未按下时，端口P1.0～P1.5为高电位。当按键按下时，端口P1.0～P1.5通过按键接地，使得P1.0～P1.5变为低电平。电容C51~C56的作用是消除抖动和抗干扰。各楼层电梯间的升降选择按键均与单片机P1口连接，上升按键与P1口的P1.0—P1.2连接，下降按键与P1口的P1.3~P1.5连接。即由P1口可以读到电梯间升、降按键的状态。每个上升、下降按键均有一只发光二极管作为指示灯与之配合，发光二极管与PO口的P0.0～P0.5连接。每个发光二极管通过一只阻值为470Ω的限流电阻接电源(V CC)，这样流经发光二极管的电流约为7．5 mA，有适当的亮度，同时单片机的端口在不加驱动的情况如下图所示，此部分电路是提供给处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼请求。