基于单片机的电梯智能控制系统设计
 设计了基于单片机的电梯智能控制系统，基本完成了智能电梯控制系统的软件和硬件设计，初步制作了电梯智能控制系统的样机并且调试通过。电梯控制系统的硬件部分通过数码管显示实时楼层信息，语音实时播报楼层，直流电机正转反转控制电梯上升下降，在轿厢内设置了5个楼层的按键和报警键，另外，每层楼都有呼叫电梯的按键。电梯控制系统的软件部分在Keil软件上用C语言编程，然后把生成的.HEX文件导入Proteus仿真软件当中，进行软件仿真调试。原理图和PCB采用Protel 99 SE软件设计，使本系统产品化，可进行批量生产。经过测试后，系统能够基本实现系统设计的目标，实现了梯外呼叫和梯内选层，实时显示和播报楼层信息等功能。
关键词  电梯控制系统，STC89C52，数码管显示，按键扫描，C语言
1  引言    1
1.1  研究背景及意义    1
1.2  国内外研究与发展现状    1
1.3  课题主要研究内容    3
2  系统总体设计    3
2.1  需求分析    3
2.2  方案设计    4
2.2.1  设计思路    4
2.2.2  方案选型    4
3  硬件设计    6
3.1  硬件总体设计    6
3.2  各模块硬件设计    7
3.2.1  单片机的最小系统模块    7
3.2.2  电梯位置检测模块    8
3.2.3  按键输入模块    8
3.2.4  升降指示模块    10
3.2.5  数码管显示模块    11
3.2.6  语音提示模块    11
3.2.7  报警模块    15
3.2.8  电源模块    15
3.2.9  电机控制模块    16
4  程序设计    16
4.1  系统软件结构    16
4.2  电梯控制系统程序设计    18
4.2.1 矩阵键盘的调试程序设计    18
4.2.2 数码管的调试程序设计    18
4.2.3 直流电机的调试程序设计    18
4.2.4 语音的调试程序设计    18
5  系统测试与实验    19
5.1  硬件仿真    19
5.2  硬件调试    22
5.2.1  PCB设计及硬件样品制作    22
5.2.2  电路焊接与调试出现的问题以及解决方法    25
结  论    27
致  谢    28
参 考 文 献    29
附录一  核心代码    30
附录二  实物图（4张）    36
1  引言
1.1  研究背景及意义
由于人口老龄化的日渐加重和土地越来越珍贵，高层建筑成为解决住房问题的关键，这样电梯就成为人们出行的必要交通工具，尤其是一些老人和残疾人。因此，一些低层的住宅也有了装上电梯的必要。但是电梯的价格较高，一般民楼都是低层建筑，一般负担不起。为了解决这些问题，除了实现电梯基本功能外，还需要实现电梯控制系统的高效率运行。所以，为了提高电梯的效率，降低其生产价格，这种研究必不可少。
继电器控制是传统的电梯采用的控制系统。采用这种传统方式控制电梯，不方便维护人员的维护；电梯的运行寿命较短；而且电梯占用体积大。通过研究国内和国外的电梯技术发展史，可以想象这样的系统比将渐渐被淘汰掉。在我国，目前广泛应用的是PLC控制，那是因为PLC具备可靠性高、可扩展性强、抗干扰能力强等优点。但是，要实现电梯的智能化的目标，PLC还不能做到。这时，微机控制已经成为研究的主流，单片机的技术已经非常成熟而且功能强大，它的价格还很便宜。随着设备的不断更新，由单片机设计的电梯智能控制系统可以不断地被修改完善，使得该系统不断地升级以达到能够民用的程度。
1.2  国内外研究与发展现状
近年来，在单台电梯操作控制系统的研究方面，各个公司都没有突破性的进展，仅仅是在原有的控制方面进行改良，比如：将接触器继电器控制方式替换为分立的元件或者中小规模集成电路的无接点控制。在70年代末，大规模的集成电路和微处理器面世，因此，各大公司开始研究把微处理器运用在单台电梯操作控制系统中。例如瑞士的迅达公司准备把位片式微处理器用于单台电梯控制系统。它可以根据用户的要求（停站数、控制方式、开门方式等）定制，利用计算机设计ROM（只读存储器）的存储内容（用户程序）；然后用写入装置直接写入到EPROM（电可写只读存贮器）中。因此，可以将微处理器的硬件部分提前生产装配完成，当接到用户的定货要求后立即写出EPROM装入系统即可供应给用户，这大大地缩短了产品的设计周期和发货时间，十分适用于电梯产品以销定产的特征。瑞士的迅达公司采用美国莫托罗拉公司的M6800微型计算机的开发系统，编制集选控制单台电梯所需ROM的存储内容仅只需要5分钟，而且只要2分钟就可以将EPROM写好然后装上系统[1]。
目前，各大电梯公司在提高电梯运行速度、乘座舒适感以及单梯自动化和多台电梯自动调度的群控系统上都有了较大的发展。电梯控制系统的代表有：奥迪斯公司在纽约世贸中心装的群控电梯；西屋公司在希尔斯大楼装的群控系统的9米/秒电梯；三菱公司在东芝阳光大厦装的群控系统的10米/秒电梯；日立公司在住友大厦装的群控系统的9米/秒电梯；迅达公司在香港世贸中心装的群控系统的6.3米/秒电梯[2]。
PLC虽然是最好的选择，但是由于它的成本太高，不能被广泛地推广而被淘汰。目前，电梯的制造企业多尔杂乱，电梯各个行业通过故意降低成本的方式恶意竞争，虽然占领了市场，但是降低了电梯的质量和安全性。现在，一体机由于它低廉的价格成为市场的宠儿，代表公司是苏州默纳克公司，上海新时达公司，以及沈阳蓝光、台达、无锡中秀康迪克公司等等[3]。一体机具有低廉的价格、便捷于调试以及仅需要一家供应商提供售后服务的优点；而分体机具有有更多选择的变频器的优点，它可以选择进口的变频器，这种变频器的质量更好，对于那些要求较高且不缺钱的客户来说是极好的选择，对于电梯制造公司来说，它的售后服务更加牢固。
我国的电梯控制技术文献最早见于1990年[4]。近年来，很多高校都致力于电梯控制系统的研究，但是，与国际上的先进技术相比差距还是很大的。主要表现在自主研发的控制方法少；在实际应用中，控制系统都是直接从国外引进的先进产品。
电梯控制有继电器接触器、PLC（可编程控制器）和单片机这三种控制方式[5]。继电器接触器控制具有直观的线路，采用常用电器作为大部分电器，方便更换部件，低廉的价格等优点。但是它也具有很多缺点，比如：线路复杂，运行寿命较短，能耗高，机械运作的噪音大，而且系统性能不稳定、故障率高，这大大地降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，因而目前，在我国，PLC控制由于具有可靠性高、抗干扰能力强、可扩展性强等优点被广泛应用，它使用了易于掌握的可编程指令。但是，PLC只能实现电梯控制器的基础功能，如果要实现电梯的智能化，PLC就显得不足了[6]。所以，本课题的控制系统采用单片机的控制方式。本系统中用单片机作为主控芯片，替代了原来的PLC控制方式，用PWM驱动直流电机的方式替代了原先的变频调速驱动，从而降低了整个系统的成本。另外，该系统可靠性高，各个部件适用的温度范围广。其中单片机芯片是按照工业测控环境要求来设计的，它能够适用与各种恶劣的环境[7]。语音芯片的适用温度范围也很广泛。除此之外，单片机本身的逻辑控制功能也十分强大而且容易被扩展。
1.3  课题主要研究内容
主要研究内容包括如何使用以STC89C52单片机为核心控制器，以及如何充分利用单片机丰富的I/O接口和外围电路配合进而控制电梯[8]。如何进行电梯位置的校验，这可能需要在程序中写入延时函数来控制。采用何种型号的数码管来实时显示电梯目前所在的楼层。采用何种键盘来构成外呼内选电路。由于本课题设计的是5层楼，所以需要实现以下功能：乘客在某一层呼叫电梯时，当电梯到达该楼层时电机停止转动，此时乘客进、出电梯，当乘客进入电梯之后可以自由选择去哪一层楼，然后单片机会根据乘客的选择楼层判断当前是否继续运行。需要注意的是：在电梯上升的过程中，单片机控制电梯只响应上升呼叫，下降过程中同样只能响应下降呼叫，这种设定方式大大地提高了电梯的运行效率[9]。
2  系统总体设计
2.1  需求分析
目前，微机控制的电梯还在研究中，并未投入生产，但是一旦改革，其电梯必然要具备低成本、高利润、功能多样、安全舒适等明显的优势。本课题的核心技术在于单片机的应用和外围电路的设计，单片机可以通过嵌入到各种仪器或设备中来实现仪器或设备的智能化控制，这是它最明显的优势。开发此控制系统提供了一种电子技术与计算机技术相融合的新思路，为以后研究的人开发更为智能的电梯控制系统提供了一定的参考[10]。因此，本课题的的目标为以下几点：
（1）利用STC89C52单片机作为主控芯片，利用其丰富的I/O接口，设计其外围电路与单片机配合进而实现电梯智能控制。
（2）通过共阳数码管来实时显示电梯当前所在的楼层。
（3）采用语音芯片播报语音。
（4）建立电梯的模型，可以控制直流电机转动方向。
（5）乘客可以自由呼叫电梯到达某个楼层，乘客进入梯内可以选层，可以报警，可以开关电梯门。
原文链接：http://www.jxszl.com/jsj/wlw/27110.html