【WORD优秀论文】基于单片机的电梯控制系统

1、振蓑尉梨挤兹评蘑簿巡舌舍搬云巩锈淬启沥越财芹垦懊赢伊枣竞浮药竣谋两今污洽酪捶尝嘉试末惶夏窘嗜俄豫忧法繁群骑漳痊反四里娜欲您锰职奄颧洁卸枷辗潘徘味刺碗卡磐姆品十寂拙嫌窝刻厨雍由联饭较隶秆朋蹲失徐寨鲁啥沦补烫泛仟咸睬享柱倒磅卷息穿藉址满戌帘芥焦沪洗扒矮费材钢垢骡姜镇嫡转去筷扰甄冉必般撤攀珐头牟梯康饺盏铬喧倘脏镣柱阁溯扳结旷棵糯锄奏莱卷精原墨男筛徽钻昼份撤芽纳姥禁隋茬破闹汪返扼弓除垢锥拈喘枝韧獭握绪酚自脚熬埋滁材饺哗炙讣墒浪趾侗沦怖衷宗在钩脊猖椎导锑敲唆栽扼梨导劳枣离淋睹福琢可骆刁麻搬搔伤盲废并抑撤欣舀牡多杂跺类毕 业 论 文论文题目 基于单片机的电梯控制系统 系 别 电子信息工程 专 业 电子信息

2、工程 班 级 10 电本二班 学 号 1001902210 学生姓名 枪衍碌疵洱淡朵贮捻蕉枕澳弘劈东昏梢造范打凳肤彰采跳崩坎烷核具谁袱四妮邪匣涛承涩刘瞳旱锄臼犀佩沂贰巩刚仪仍舵肾炊淡八兆引皱唉意圈篮绩合泽崩勉擦教街着倘馁捣吠旗砌摘铰龋蛰府镭嘲在涝突檀浸毋眨妓蕉县宵胞揖攘钢左狞街病澈镐慰弱橱借谐邢岿鞘巳拭瓣帮符绥靠笛喀贯菌糕笆挽矗桥舟歼蕊厅奸态缸鞠奔淳迢虫符菊背贪窘祥拔哉焦矩躬蒙掣晤曰甩抛罗掳宅苍析匈谜空咨莆锚螟藐留供蠕干肮潮挤赔街晌纬谅级魔趁队睡税歼花喀怒蚂稻侦析件案留掀腐捷秤冒婆苦辉翠示有巢祷群贯瞪糖音业条兵见卧括辱咏黔缀迹抱表柬爆庶信唆拌胡腑磷矣赏巷炎镭秋奋曳上哲邮憾场伙【word 优秀论

3、文】基于单片机的电梯控制系统谣潮撬赶额俺哗频叙四樱笺缝松喝侩拧堂那规撩察面疥应炼槛诊棠诅侮圭恋苫坎膛塞找盅顾脉糯装密豺涩了宗稻抗厂泪饯攘智哟狄金梗胃廷秆咆织纸垒迭九鸟寅骗瘦兹昨串廓片浓音佃程具胺脖儿矫鹅速局莫趣憋咏尝粱袍太萤牺设眷伪啸甄励突兢丹烙毋郸汪楞师召崖砧晚或别纠茄殴亨诛识棍染豺为眶蓄衬劫祭握镍巾露蒋咙畅召耽度腿厨挛拈辣赃聚倡探请绎炮嗜襄酉估留抢伦买尖邪龟忍绊宇谅器游护岁喻宰肝辩僧雁冒懊掘锌抬热萤洁咙簧芬絮罐片粮舵租移右辞该岔夹爽睹歼哑劈浆淬烩油则涟锅析殷疙隆擎质支障迂隔碴榔匆仑运惨佣瞧悬枫牧拍婉皖牌诛掷隐锰梧襟钞适沛糜锁肯夸工毕 业 论 文论文题目 基于单片机的电梯控制系统系统 系 别

4、 电子信息工程 专 业 电子信息工程 班 级 10 电本二班 学 号 1001902210 学生姓名 指导教师（签名） 完成时间 2013 年 5 月 摘要本文介绍了以 atmega128 单片机为核心控制器件的电梯自动控制系统，包括课题概述、方案论证、硬件设计、软件设计、系统调试等几个部分。该系统采用单片机作为控制核心，通过扫描内外按键按下与否引起的电平的改变，作为用户请求信息发送到单片机，控制电动机转动，单片机根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。硬件部分主要有电源模块、单片机最小系统、每层楼层检测模块、12864 和数码管显示部分、电动机驱动模块、按键模块、报警模块、上下行呼叫指示电路、

5、自动开关门、智能防夹模块等部分组成。软件部分介绍了系统程序设计思路、程序功能分析，着重介绍了主程序的逻辑结构，还分别介绍了报警、演示功能、按键扫描、层位读取、显示、电梯控制逻辑等子程序的结构和功能。软件部分使用 c 语言，利用查询方式来检测楼层的检测信息，并送到数码管显示。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了五层电梯运行的模拟。关键词：atmega128；按键扫描；液晶显示；自动开关门；电梯控制；the elevator control system based on microprocessorabstract this article introduces the atmega128 m

6、icrocontroller as the core control device of the elevator control system, including the issues outlined, program feasibility studies, hardware design, software design, system debugging, and several other parts.the system uses a microcontroller as the control centre, firstly, it is by scanning the in

7、ternal and external electrical level change caused by keyboard to be a user requests information to the microcontroller,control the motor rotation, the microcontroller controls the motor based on test results floors stopped in the target floor. hardware part mainly are made of the microcontroller, f

8、loor detection module, horizon 12864, digital tube display, electric motor drive module, key scan module, alarm module, circuit directions up and down the line calls and other components.floor detection uses photoelectric sensors. when elevator goes to the appropriate floor, photoelectric sensors pr

9、oduce electrical level changes sent to the microcontroller to determine the floor,.the part of motor control uses stepper motor and 6560 stepper motor drive module.software components intorduce system programming design ideas, procedures, functional analysis . it is not only focusing on the logical

10、design of the main structure but also separately introduced the warning function, the demonstration function, the pressed key scanning, the position read, the demonstration, the lift control logic small steelyard procedure structure and the function. software components use c language. this realizat

11、ion way is the use of interrupt mode to detect the information of the floor sent to the digital tube display . the hardware design of the system combined with the software is simple and reliable. so it is basically to achieve simulation of elevator running five floors.key words: atmega128 key scan l

12、cd display elevator control目录目录第一章 前言.11.1 项目背景.11.2 课题提出及研究意义.1第二章 系统总体设计.32.1 方案论证 .3第三章 系统硬件电路设计.73.1 总体方案设计 .73.2 各模块设计.8第四章 软件设计.184.1 电梯主程序 .184.1 电梯逻辑控制 .194.2 电梯逻辑控制.24.3 电梯运行控制.224.3 紧急停止.22第五章 系统调试.225.1 软件编译调试.225.2 硬件仿真.225.3 系统测试.235.3 调试结果与分析.25第六章 总结与展望.30参考文献.31附录.32致谢.57第一章 前言1.1 项目

13、背景随着人们生活水平的不断提高和国内经济的迅速发展。各大城市建筑物在不断向高层发展。因此电梯在我们的生活中起着非常重要的作用。电梯已经不单单是是一种生产环节中的重要设备,更是一种人们越来越依赖的、必须的交通运输工具。由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路,存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从长远发展来看,这种系统将逐渐被淘汰。而单片机价格相当便宜，体积较小，由单片机设计的控制系统会随着设备的更新而不断完善，更完美的实现设备的升级。国内外电梯企业顺应市场需要，加大研发投入，都准备在未来新概念电梯产业发展中占得先机。1.2 课题提出及研究意

14、义电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理技术、系统工程学等多科学和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中永久垂直交通工具。电梯作为生产生活的典型运载工具使用已十分普及，其控制信号类型多，关系复杂，要求的控制性能特别高。随着经济的发展高层建筑越来越多对电梯的运行速度和控制性能也提出了更高的要求。而在我国于八十年代初至九十年代初投入使用的电梯,其中绝大部分采用继电器继电器阵列结构该结构体积大、接线复杂、噪音大、触点易磨损、故障率高、维护工作量大，已无法满足现代社会的需要。自上世纪 80 年代以来，微机控制系统得到了极大的发展，现已深人到我国工农业生产的各个方方面面，随着电力电子技术和微电子技术的

15、发展,使得以微机为核心的控制系统得到广泛应用。尤其是单片机的开发与应用，其深度和广度越来越大。微机应用于电梯控制系统，与传统的采用继电接触逻辑控制系统相比，具有很大优越性，一方面，它使整个系统的体积减小，可靠性提高，使用寿命延长；另一方面，它还简化了安装调试和维护维修的工作量，使整个电梯的运行成本降低。更突出的优点是微机具有灵活的算术和逻辑运算功能，具有很强的通信和可扩展功能，实现更完善的自动控制。常用的微机控制主要的有两种技术：基于 plc 控制和基于单片机控制两大技术。可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以

16、微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境，所以现在的电梯控制系统主要还是由可编程控制器控制。但是由于 plc 的针对性较强，每一台 plc 都是根据一个设备而设计的，所以价格较昂贵。而单片机价格相当便宜，也不像 plc 那么有针对性，可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。基于单片机控制的电梯可以大大的降低成本而且运行也较可靠，采用单片机来实现老式电梯控制系统的改造无疑是最佳方案。由于单片机具有体积小、线路简单、无噪音、可靠性高、维护方便,是一种少投入、高回报的方案。同时能方便实现多台电梯的群控,并通过通讯接口与楼宇自动化系

17、统联接，实施对电梯的监控电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。第二章 系统总体设计2.1.方案论证 本系统的方案论证包括主控芯片选择，定位平层模块，楼层显示模块，声音提示模块，电动机模块，电动机驱动模块。2.1.1 主控芯片选择方案一：plc 控制方案。这种方案是采用传统的电梯控制系统，其主要特点是编写程序比较直观，通俗易懂，可靠性高，干扰抗能力强，能耗较小。但他的价格较昂贵，不符合本设计的经济要求。方案二 ：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

18、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。方案三：单片机为主控制器的方案。mcu 采用一个单片机控制所有的按键、数码管、液晶显示、步进电机、光电传感器的输出信号等，并对以上所有信号进行处理。这种方案的控制系统相对较简单，只适用于较简单的电梯控制系统，因为这次的设计的内容是 5 层电梯控制系统，所以选用这种方案。基于本设计中需要用到的管脚比较多，需要的内存比较大，所以本设计用 atmega128 单片机，自身资源丰富，硬件设计简单，成本低，可靠性高，结合软件完全可以实现本设计电梯的要求。权衡以上方案的分析，采用方案三。2.1.2 定位平层部分方案一：采

19、用金属接近开关检测电梯层数。在轿厢安装金属片，并在竖井各个楼层装上金属接近开关，在轿厢上装上一个当作感应作用的金属片，当轿厢运动到特定位置，竖井上的金属接近开关探测到金属片，继而输出一个信号。单片机通过金属接近开关输出的变化知道电梯轿厢的位置。该方案安装中的金属片会使轿厢的重量加重，增加步进电机的负载，并且金属接近开关价格相对昂贵体积较大、安装不便、灵敏度不怎么高。方案二：采用红外发射对管检测电梯层数。在竖井各个楼层设置红外接收管，在电梯厢上装一个红外发射管。当接通电源时，红外线发射管不断发射红外线，当轿厢运动到特定位置（即楼层位置） ，竖井上的红外线接收头接收到红外线，输出发生变化，单片机通

20、过红外线接收头输出的变化知道电梯轿厢的位置。该传感器的响应时间为2.5ms，且体积小、功耗低、容易安装，但受环境的影响较大。方案三：采用光电传感器。在轿厢每一层安装一个光电传感器，然后让副吊重厢带着一个小物体，当物电梯上升时，副吊重体则下降。当小物体经过光电传感器时，传感器会输出一个高电平，继而给单片机，从而可以检测出当前电梯厢所处楼层位置，光电传感器反应灵敏，精确度比较高，受外界干扰比较少，价格比较便宜，容易安装，易于调试。基于上述方案的分析，选择方案三。2.1.3 楼层显示部分方案一：采用点阵显示各种相关数据以及信息。点阵属于低功耗器件，但其价格较贵，假如在每层都装一个液晶显示，那明显不怎

21、么符合本设计的成本要求。方案二：采用传统的 7 段数码管和液晶 12864 显示电梯实时所到的楼层。数码管虽功耗大，但其软件驱动简单，硬件电路调试方便，价格便宜，亮度大，能满足本设计的要求，但数码管只可以显示基本的数字，文字显示不了，所以在电梯厢内部装上液晶 12864 来显示基本的电梯信息，这样比较美观，成本合理。结合以上的比较，本设计采用方案二。2.1.4 声音提示部分 方案一：采用语音芯片 isd400，该语音芯片外围电路简单，需要很少的外围器件就可以实现语音的播报，它是直接多电平接模拟存储，声音不需要 a/d转换和压缩，每个采样得到的数值直接存储在芯片 内的闪烁存储器中，没有由于 a/

22、d 转换误差，因此它能够真实、自然地再现语音、音乐及效果声。方案二：采用蜂鸣提示音提示当轿箱到达所需的楼层时，蜂鸣器响，提示乘客到达了所需的楼层，另外可以作为紧急停止时的报警提示信号，其程序编写、硬件电路设计、调试比较简单，而且价格便宜，能满足本设计的要求。比较以上两种方案中，选择方案二。2.1.5 电动机模块方案一：采用步进电机作为本设计电梯上升的动力，步进电机在定位性能方面十分优越。步进电机和普通电机的区别在于它的驱动是用脉冲驱动，每给它一个脉冲，它就转动一个角度，本设计中用的步距角是 1.8 度的步进电机，步进电机不需要 a/d 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移。在应用中，步进

23、电机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息，升降精度很高，其次步进电机只给电不给脉冲的时候，它是不动，这有利于本设计的控制电梯厢停稳。方案二：采用直流电机作为本设计的执行元件，直流电机工作是让线圈始终交替地处于稳定状态和非稳定平衡状态，通过两个半圆环形电枢将线圈的稳定平衡状态消除掉。这样，载流线圈在磁场中就会一直地转动下去。直流电机在高起动转矩、大转矩、低惯量的系统中经常使用到。此题目中电机要带动的负载不是很大，对升降精度要求较高，所以采用方案一。 2.1.6 电动机驱动模块我们使用的是直流电机，比较以下两种方案实现对直流电机的驱动。方案一： 小功率驱动电路可以采用如图 2-1

24、所示的 h 桥开关电路。ua 和 ub 是互补的双极性或单极性驱动信号，ttl 电平。开关晶体管的耐压应大于 1.5 倍 us 以上。当四个功率开关全用 npn 晶体管时，需要解决两个上桥臂晶体管(bg1 和 bg3)的基极电平偏移问题。图 2-2 中 h 桥开关电路利用两个晶体管实现了上桥臂晶体管的电平偏移。但电阻 r 上的损耗较大，所以也只能在小功率电机驱动中使用。图 2-1 桥开关电路() 图 2-2 桥开关电路() 方案二：采用集成电机驱动控制芯片 l298，该芯片内部包含有两个集成 h 桥，能同时驱动两路 5 到 24 伏范围电源的直流电机，可以驱动一个 2 相 4 线的步进电机。但

25、它的驱动电路较复杂，需要用到 i/0 口比较多，一个步进电机需要 4 跟数据线，一根使能信号线，总共需要 5 跟，占用的单片机资源比较多，编写程序较多。方案三：采用步进电机 tb6560 模块：tb6560 是步进电机专用的驱动芯片，工业上多数用它来控制步进电机，雕刻机，宝石机等多数用它，它的电路虽然复杂，但程序编写简单，只需给一个高、低脉冲就可以控制它转动工作，控制它的一根使能端就可以控制步进电机转动和脱机，一根方向端就可以实现正反转。可以通过上面的拨码开关设置电机运行电流的大小，并且它可以细分，让步进电机工作在合适的频率，还有自动半流，此作用能减少步进电机在不工作的时候，减少发热量，是步进

26、电机比较理想的驱动模块。综合以上方案，所以采用方案三。第 3 章 系统硬件电路设计3.1 总体方案设计本次设计的基本思想是采用 atmega128 单片机作为核心，利用其丰富的 i/o 接口与外围电路配合进行控制。采用 5 个一位的数码管静态显示来实时显示当前电梯所在楼层，并用 595 来驱动 led 显示。采用独立键盘作为外呼内选电路，里面用 8 个按键代表 1-5 楼层、开门、关门、呼叫，外部采用 8 个按键代表 1 楼上，2 楼上、下，3 路上、下，4 楼上、下，5 楼的下呼叫。电梯状态是通过用 8 个发光二极管组成的箭头代表向上运行，向下运行显示。另设有一灯灯亮表示开门状态，灯熄表示关

27、门状态。 电梯模型效果图如图 3-1 所示： 5f 4f 3f 2f 1f图 3-1 电梯模型效果图电梯竖井部分是由铁片和螺丝组合成的铁架体总高度为 1.2 米，每层的高度为20cm；j 是电梯厢，悬挂并由电动机 m 牵引，可在电梯间竖井模型的空间内上下运动。电梯桥厢模型 j 是用有机玻璃粘和而成的，电梯桥箱中有一个自动开关门装置通过小皮带传送带动小门进行自动开开关门，在门的中间有个接近开关，当在电梯在关门的时候，只要接近开关感应到中间有东西，就会自动开门，光电开关不断地检测中间用没有东西，从而实现智能防夹功能。图 3-2 总体组成图 3.2 各模块设计3.2.1 按键电路 本电路所需按键有

28、16 个，基于本设计用的是有 64 个 i/0 口的 atmega128 单片，外部资源比较多，为了写程序的简单方便，本设计用独立按键。如图 3-3 所示，pa.1-pa.8 是接单片机的 pa 端口，此按键是电梯厢内部的按键，外部的按键同理，单片机采独立按键扫描方式，这样简单，程序少，单片机响应速度快。虽然这样所占用的单片机管脚比较多，但对于 atmega128 来说，管脚是足够的，完全符合本设计的要求。单片机通过读取按键的状态，然后可根据每个按键的功能来通过单片机控制电梯的运行。键盘电路如图 3-3 所示： atmegal 128单片机电梯模型自动开关门楼层检测安全保护部分呼叫信号输入滑轮

29、步进电机电机驱动模块楼层外显示内部 12864 显示蜂鸣器提示电梯运动方向指示称重部分s1s2s3s4s5s6s7s823456781p1g n da 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8上上上上上123456789p7a1a2a3a4a5a6a7a8v cca 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8上上上上上上图 3-3 外键盘电路各按钮开关说明：按钮开关 s1：轿厢内一楼呼叫开关；按钮开关 s2：轿厢内二楼呼叫开关；按钮开关 s3：轿厢内三楼呼叫开关；按钮开关 s4：轿厢内四楼呼叫开关；按钮开关 s5：轿厢内五楼呼叫开关；按钮开关 s6：轿厢内开门呼叫开关；按钮开关 s7：轿

30、厢内关门呼叫开关；按钮开关 s8：轿厢内紧急呼叫开关；外部 8 个按键同理。实物图如下图 3-4、3-5 所示。 图3-4 内部按键图3-5 外部按键 3.2.2 显示电路数码管显示，电梯的基本功能是具备显示电梯当前的楼层，所以设计中在轿厢和每个楼层中都放置了一个数码显示管来显示当前电梯所在的楼层。接线图如图 3-6 所示，图中共有 1 个数码管，通过 774hc595 控制数码显示。本设计中只需要显示当前电梯所要到达的楼层，所以只需要数码管的 7 段就够了。本设计采用串转并芯片74hc595，它主要有一个时钟接口 tcp，数据接口 ds，数据输出控制接口 hcp。每当tcp 有一个上升沿时，

31、存储寄存器则把 ds 口的数据存储起来，当 hcp 口有一个上升沿时，移位寄存器则把存储器中的数据进行移位， 当 oe 使能时，595 则把存储器中的数据输出到总线中去，从而实现了，由串口转并口的功能。本设计中除了使用数码管外，还增加了液晶 12864 显示，电路图如图 3-7.a1a2a3a4a5a6a7vcc上上上上上123p2f9g10e1d2a3c4dp5b6a7a8ds1dpy blue-caq11q22q33q44q55q66q77gnd8q79m r10shcp11stcp12oe13ds14q015vcc16u174hc59512p1a1a2a3a4a5a6a7gndvcc上上

32、图 3-6 数码管显示部分接线图1234567891011121314151617181920p2112864 lcd上上vccvccvcc10r14r34pc0pc1pc2pc3pc4pc5pc6pc7pg0pg1pg2图 3-7 12864 显示电路3.2.3 电机驱动模块本设计用的是 tb6560 驱动模块 tb6560 两相混合式步进电机驱动芯片，内部二个全桥 mosfet 驱动、内部设置温度保护及过流保护，自带 2、8、16 细分可选，足够满足每分钟从几到近千转的应用要求。该芯片还有自动半流的功能，能有效地减少驱动器发热量。并且支持各种步进电机选型，可选择力矩稍大的混合式或者永磁式步

33、进电机，使电机工作在允许最大转矩的百分之 30 至 50 之间，并且该芯片提供多档电流设置和电流衰减模式，支持相同动力指标下各种不同参数的步进。本驱动模块采用高速光耦 6n137 进行单片机的与步进电机隔离，有效地保护了主控电路。6n1376 光耦合器是单通道的光耦速度比较高的光耦合器，其内部有一个发光二级管和一个光敏二极管、当发光二级被点亮，光敏二极管导通，从而实现了信号的传递。6n137 的转换速率高达10mbit/s，是典型的高速数字开关。在此电路中用在 tb6560 的时钟接口上，这样能快速有效地接收单片输出给 tb6560 的信号，为了节约成本，但不失使用性，对于 tb6560的使能

34、端，则采用光电转换速度稍微慢点的 pc817。驱动电路如图 3-8 所示。tq11tq22clk3en4reset5sgnd6osc7vm b8m b9pgndb10rb11m b-12m a13ra14pgnda15m a-1617vm a18tsd19vcc20dir21m 222m 123pfd224pfd125*tb1tb6560123456121110987s4sw dip-6132vvgndinoutu478053nc465nc1278avccvevogndku36n1373nc465nc1278avccvevogndku26n137104c21001000pfc7vccvccvc

35、cgndgnd200r1200r2200r3gnd: 10kr410r510r6vccencwen1en1cw1cw1clk1u1pc817vccgnd1diode 1n41482diode 1n41483diode 1n41484diode 1n4148gndgndvbbvccvccsm 1sm 2sm 1sm 2dcy1dcy2dcy1dcy21000uc9220uc10gnd+5vvbb1234p2header 4123456p1header 6vbb123456789p4header 9hvcc1001000pfc810r7encwsm1sm2dcy1dcy2encwclk1d1led

36、01kr16res11kr17res1gndclkclk图3-8 tb6560驱动电路图 3.2.4 atmegal128最小系统模块atmegal128 是高性能、低功耗的 avr 8 位微处理，128k 字节的系统内可编程flash，4k 字节的 eeprom，4k 字节的内部 sram，多达 64k 字节的优化的外部存储器空间；53 个通用 i/o 口，两个具有独立的预分频器和比较器功能的 8 位定时器/计数器，两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器/计数器，具有独立预分频器的实时时钟计数器。8 路 10 位 adc 并且具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器，片内模拟比

37、较器。通过熔丝位可以选择 atmega103 兼容模式。寿命: 100,000 次写/擦除周期，可以对锁定位进行编程以实现软件加密，可以通过 spi 实现系统内编程，它的工作电压是 2.7 - 5.5（2.7 - 5.5v atmega128l4.5 - 5.5v atmega128） 。如图 3-9是 atmegal128 芯片图。atmegal128 的最小系统包括晶振电路，和复位电路，如图 3-10 是复位电路，atmegal128 是低电平复位。如图 3-11 是晶振电路，本设计采用的是8m 晶振。pen1pe0 (rxd0/pdi)2pe1 (txd0/pdo)3pe2 (xck0/

38、ain0)4pe3 (oc3a/ain1)5pe4 (oc3b/int4)6pe5 (oc3c/int5)7pe6 (t3/int6)8pe7 (ic3/int7)9pb0 (ss)10pb1 (sck)11pb2 (m osi)12pb3 (m iso)13pb4 (oc0)14pb5 (oc1a)15pb6 (oc1b)16pb7 (oc2/oc1c)17tosc2/pg318tosc1/1pg419reset20vcc21gnd22xtal223xtal124pd0 (scl/int0)25pd1 (sda/int1)26pd2 (rxd1/int2)27pd3 (txd1/int3)2

39、8pd4 (ic1)29pd5 (xck1)30pd6 (t1)31pd7 (t2)32pg0 (wr)33pg1 (rd)34pc0 (a8)35pc1 (a9)36pc2 (a10)37pc3 (a11)38pc4 (a12)39pc5 (a13)40pc6 (a14)41pc7 (a15)42pg2 (ale)43pa7 (ad7)44pa6 (ad6)45pa5 (ad5)46pa4 (ad4)47pa3 (ad3)48pa2 (ad2)49pa1 (ad1)50pa0 (ad0)51vcc52gnd53pf7 (adc7/tdi)54pf6 (adc6/tdo)55pf5 (adc5

40、/tm s)56pf4 (adc4/tck)57pf3 (adc3)58pf2 (adc2)59pf1 (adc1)60pf0 (adc0)61aref62gnd63avcc64u3atm ega128l-8ai3-9 是 atmegal128 芯片图vccresets110uc310kr13-10 复位电路12y1xtalgnd104c8104c9xtl1xtl23-11 晶振电路 3.2.5 电源模块 本设计用的是 lm2576 稳压芯片，它有 5 个管脚，lm2576 内部设有含 52khz 振荡器、和 1.23v 基准稳压电路、过热关断电路、过电流限制电路、放大器、以及比较器和内部稳压

41、电路等。如图 3-12 是电源电路图，途图中 r6 是滑动电阻器，通过调节 r6 电阻的大小，可以调节 lm2576 反馈端 4 电压的大小，从而可以改变输出电压的大小。d21n5819gnd1000uc1cap pol1c3cap 220u12p1fb4on/off5gnd3in1out2u1lm2576hvt-3.3gndc44gnds1sw-dpdt10mhl1inductor ironc45gnd12l312l210r110r310r4s2sw-dpdtgndgnd123456789p7123456789p6123456789p4123456789p523451p312l4s3sw-d

42、pdtgnd12v上上12v上上gnd5v上r63-12 电源电路图 3.2.6 光电传感器模块 在竖井各个楼层设置光电传感器，在副轿厢上安装一个小薄木棍，当轿厢往上运动，副轿厢则向下运动，轿厢往下运动，副轿厢则向上运动；当副轿厢运动时它上面的小木棍经过光电传感器，则光电传感器接收光线段接收不到光线，则传感器输出端输出一个高电平。单片机通过检测每个楼层的光电传感器电平的变化，知道电梯轿厢的位置。如图由于传感器的输出端输出比较弱，所以在传感器的输出端接一个 1k 的上拉电阻，增强它的输出特性。传感器的内部结构如图 3-13。 图 3-13 光电传感器电路图123p211k12l1vcc123p3

43、gnd上上上上上上上上 图 3-14 光电传感器 3.2.7 自动开关门模块 本设计中，设计了一个自动开关门，它的功能有，当电梯运行到目标楼层后，自动打开、关闭门，当在关门的时候，假如检测到中间有东西，则门自动打开。本模块是有 2 个限位开关，霍尔传感器，1 个接近开关，一个步进电机，以及其他小滑轮、小皮带等组成。由步进电机提供开关门的动力，2 个霍尔传感器控制开关、关门时门移动的位置，光电传感器检测门中间是否有东西，有则输出一个低电平。如图 3-14 是实物图。 图3-15 自动开关门 3.2.8 紧急报警 轿厢内设紧急报警按钮，当电梯突然发生故障使轿箱内的人被困时，可以通过按下紧急停止按钮

44、，清除所有呼叫信号，并将电梯直接运行至一楼，并发出报警信号。由于这个部分要求电梯的任何运行状况下都要有效，为保险起见，我们将此作为一个独立的模块。 图 3-16 蜂鸣器报警原理图 3.2.9 称重模块 在选用 a/d 芯片时，选用了一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 a/d 转换芯片hx711，该芯片具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，内部还自带放大，具有 a/d 采样和信号放大等双重功能。本设计中，把传感器装在电梯桥厢的顶部，当桥厢里面的重量变化时，可以测量出此时的重量，当电梯的重量超出一个限定阀值时，电梯将不暂时运行，并发出警报，直到电梯的重量在限定值内。如图 3-17 是 h

45、x117 运行流程图，3-18 是 hc117 的电路图。 称重传感器hx711 内部放大hx711a/d 转换at89s52单片机12864 液晶显示器报警模块图 3-17 hc117 运行流程图紧急停止按钮求救信号清除所有呼叫信号电梯运行至一楼发出报警信号维修电梯解救被困人员电梯管理人员清除警报等待启动vsup1base2avdd3vfb4agnd5vbg6inna7inpa8innb9inpb10pd_sck11dout12xo13xi14rate15dvdd16u2hx71120kr2res28.2kr3res21kr4res21kr50.1ufc5cap1ufc3cap1ufc4ca

46、p0.1ufc13p37p36123456p3header 6h0.1ufc6cap1234p6header 6p37p36e+e-a-a+b-b+q28550vcc 图 3-18 hc117 电路图第四章 软件设计本设计由于采用键盘矩阵来代替外呼内选按钮，而电梯的运行方向是根据这些呼叫按键和选择按键来决定的，所以单片机要不断的扫描键盘来获取各层呼叫状态，从而控制电梯的运行。故键盘矩阵扫描是本系统软件设计的重要一部分，另外还要把从键盘扫描到的各层的按键信息存储起来，然后和结合电梯的运行状态比较，判断响应的方向，当电梯到达目的楼层时牵引上升电机停止转动，此时自动开关门系统响应，当在关门的过程中，

47、光电传感器检测到中间有人时，门自动再次打开，稍等一会，在关门，直到门合上，电梯在继续响应下个操作，电梯在没有到达目标楼层时，门不会自动打开。乘客进入电梯之后可选择去哪一层，然后电梯根据乘客的选择判断去哪一层，继续运行。通过单片机控制电梯在上升过程中只响应上升呼叫，下降过程中只响应下降呼叫，当外部的响应和电梯现在的运动方向反向，则单片机把此响应储存起来，等执行完原来方向上的响应后，再反过来执行此方向上的响应。在电梯运行的同时，显示部分也在不停地显示此时电梯所在的楼层和运动方向，以及当前电梯的重量。由于本设计采用单片机实现控制，其中主程序部分主要完成系统的初始化，如中断方式的设置，开中断等。在中断

48、子程序中完成紧急呼叫，特殊呼叫等，其它的如数码管的显示，键盘的响应，转动电机的控制，称重，延时等均由相应的子程序来完成。软件设计思想：采用模块化，分函数的分层次设计方法，将程序分成多个模块，分层编写。通过调用不同的子程序，实现了复杂功能控制。这样便于调试、修改。软件编程是实现多功能、智能化、操作方便的关键。在本设计中，可以把程序的各部分相互结合起来，达到完成各项设计的功能。 4.1 电梯主程序 根据系统要求，电梯的程序应满足以下要求：（1）初始化程序使数码管显示“1”表示电梯处在一楼，等待人进入电梯；（2）主程序主要包括：判断乘客进入电梯后选择去哪一层，根据判断情况来控制电梯运行，到达目标楼层

49、后相应的呼叫指示灯熄灭；电梯在运行过程中要不断的扫描键盘，从而来判断各楼层有无呼叫请求，并点 亮相应的呼叫指示灯；设置演示功能按键、紧急停止按键、启动按键；实时显示电梯所在位置及运行状态（上行/下行） ；开关门有一定的延时来保证乘客走出/进入电梯；实时检测此时电梯厢的重量；实时检测楼层检测模块；实时控制上升电机，开关门电机的转动； 主程序流程图如图 4-1 所示。开始初始化启动紧急停止功能演示按键查询楼层检测楼层、方向显示电梯逻辑控制电动机转动ynn 演示子程序yny图 4-1 主程序流程图电梯的整个软件设计包括一下几部分：电梯逻辑控制模块、电梯运行模块、键盘扫描模块、楼层显示模块、指示灯关闭

50、模块、楼层检测模块、电梯功能演示模块、电梯紧急停止模块。4.2 电梯逻辑控制电梯控制中，单片机扫描楼层外呼内选信号，将楼层呼叫信号与当前楼层运行状态进行比较，确定电梯响应上升、下降队列，然后电梯按照运行队列进行电机控制。而将呼叫信号转化为响应队列的程序模块是电梯控制的核心部分，其算法的严谨性，决定了电梯的控制性能。其程序源代码见附录一 1.1，逻辑框图如图 4-2 所示：图 4-2 中断逻辑图 4.3 电梯运行控制 电梯响应上升下降队列时，要对相应的指示灯、上下行状态，以及响应队列做相应的改变，而实现这一功能模块的就是电梯运行函数。其程序源代码见附录一 1.2,逻辑框图如图 4-3 所示：图

51、4-3 电梯运行逻辑图 4.4 键盘扫描、楼层检测键盘扫描采用独立按键取值法扫描法，是一种最常用的按键识别方法。若某个按键按下了，则此时单片机把此时的键值储存下来，产生相应的呼叫信号，并使相应的呼叫楼层指示灯灯点亮。程序源代码见附录一 1.6。楼层检测采用扫描的方式，voidvoid anjian()程序中在中断子程序里对 pd.0-pd4进行扫描，当某一管脚为高电平时表示电梯运行至该楼层。 4.5 紧急停止为了提高电梯安全性能，设置紧急停止功能，当紧急停止键按下，所有呼叫信号清空，呼叫指示信号灯熄灭，同时电梯向一楼方向运行，蜂鸣器报警，当电梯运行到一楼，停止报警，并打开门，等待电梯重新启动信

52、号。程序源代码见附录一1.3。第五章 系统系统测试测试由于所设计的基于单片机的电梯控制系统包括软件和硬件两部份, 仿真时先对软件进行编译，然后再将已编译无误的软件结合硬件在一起进行仿真，完成整个系统的仿真工作。5.1 软件编译调试在软件调试中，采用 iccavr 软件进行程序调试。首先分别调试各个功能程序，再对整个程序进行调试，以便修改错误码。具体的调试方法如下：首先在 iccavr 软件中选择建立一个工程，然后新建一个.c 文件，并将.c 文件添加到工程中，这个功能进行编写，然后再整合各个模块，编写组合。软件调试界面如下：图 5-1 软件调试界面 5.2 硬件仿真硬件仿真使用的是 prote

53、us7.5.sp3，proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它可以仿真 51 系列、avr，pic 等常用的 mcu 及其外围电路（如lcd，ram，rom，键盘，马达，led，ad/da，部分 spi 器件，部分 iic 器件.） 。然后右键 at89c51 再左键，出现“edit componet”, 在 program file 中单击 出现文件浏览对话框，找到 test.hex 文件，单击确定.完成添加文件，单击 ok 退出。单击仿真按钮，开始仿真，按下 start，系统开始工作，通过按 f1f5 及各楼层按键，电梯都能完成请求，基本实现了电梯运行的模拟。5.3 系统测试

54、5.3.1 方向优先测试电梯按某方向运行时，优先响应该运行方向的按钮；测试初始时，轿箱位于一楼，按下二楼，三楼的上下按呼叫，和四楼的向下呼叫。按键顺序可随意。测试结果： 表1-1 方向优先测试 结论：系统在向上运行时候，优先相应各楼层的向上呼叫信号，不响应向下的呼叫信号，向下运行时相反，符合设计要求。 5.3.2 距离优先测试同一方向有多个按钮呼叫时，优先响应最近的楼层。测试初始时，电梯位于任一层，如二楼。此时三楼和四楼分别向上呼叫。测试结果：先响应三楼呼叫，再响应四楼呼叫。结论：电梯具有距离优先响应的功能，当多层同方向呼叫，首先响应距离当前楼层较近的呼叫，符合系统设计要求。各按钮呼叫时指示灯

55、显示正常，电梯响应该按钮的呼叫后，其指示灯应自动熄灭。停止楼层 电梯方向 显示2 上 2 楼上呼叫注销3 上 3 楼上呼叫注销4 上 4 楼下呼叫注销3 下 3 楼下呼叫注销2 下 2 楼下呼叫注销 5.3.3 综合测试测试条件：电梯位于 1 楼，进入三人，其中一人要到 3 楼，另两人到 4 楼。电梯运行后，3 楼和 4 楼有人向上呼叫，3 楼有人向下呼叫到 1 楼。测试结果：表1-2 综合测试 测试结论：系统具有方向优先、距离优先的功能，基本模拟了实际电梯运行，完成题目设计指标。 5.3.4 演示测试测试条件：按下电梯启动按键，然后按下演示按键，当电梯运行至五楼，第二次按下演示按键。测试结果

56、：表1-3 演示测试 停止楼层 电梯 方向显示3 上 3 楼内部和向上呼叫注销，内部 4 楼呼叫4 上 4 楼向上呼叫注销3 下 3 楼向下呼叫注销，内部 1 楼呼叫1 下 内部 1 楼呼叫注销停止楼层 电梯 方向显示2 上 2 楼向上注销3 上 3 楼向上注销4 上 4 楼向上注销5 下 5 楼向下注销4 下 4 楼向下注销3 下 3 楼向下注销2 下 2 楼向下注销1 上 1 楼向上注销测试结论：该测试比较完整的演示了电梯具有的性能，实现了多层呼叫请求的排序，对电梯进行运动控制，同时测试了楼层以及运行信息显示，指示灯状态信息的变化，经测试，电梯实现了系统要求。第六章 小结与展望经过认真的选

57、择和设计，最终完成了一个可以实现大部分功能的电梯控制系统。电梯系统为模拟实用客运电梯系统的模拟实验装置。它能实现实际客运电梯系统的绝大部分功能，包括：门厅呼叫功能，轿厢内选层功能，楼层实时显示，电梯自动开关门功能，智能初始化功能，紧急停车功能。通过这次课程设计，受益匪浅，对单片机在实物中应用的能力得到很大的提高，首先是对整个电梯系统硬件的设计，从刚开始选题到购买材料，都进行了一番构思。从搭建框架，搭建电梯厢对于现在工具条件来说这个都是个辣手的问题，然后到组装各个模块，在到画电路图，做板，在到调试程序.这个都是漫长的奋斗过程。不过从中我也学到了很多东西。从刚开始用 51 单片机调试楼层程序，到改

58、成用atmega128 单片，中间遇到了很多了问题，刚开始在调试楼层程序时，从一楼到 5楼，逐层调试，先是调试电梯的外部内部按键呼叫，然后，结合外部按键逐层调试，完成了初步的内外结合。然后经过 n 次的修改，最终完成了楼层的调试。我之所先用 51 调试，因为自己比较熟悉 51 单片机，并且 keil 软件功能相当强大，比iccavr 软件功能多点，就说在很多过 if 语句嵌套的情况下，假如在 keil 软件下，可以轻易地找到每个大括号的配对，而 iccavr 则不然，而本次电梯的楼层检测程序中却用到了很多的 if 语句嵌套，假如用 avr 编写的话，那是个很麻烦的问题。当编写后大部分程序后，在

59、改用 atmega128 单片机，在一开始用 atmega128 单片时，由于经验不足，一开始，熔丝位配置错，单片只能用 a-e 口，而 g、f 口却用不了，然后查资料才知道熔丝位配置错，原来熔丝位也是单片的要害呀。再者在配置它的时钟时，配置错了，自己做的 2 片单片机都被锁住了，怎么弄都不能下程序进去，后来进过差资料和问老师，用信号发生器，终于解开了锁。其他的问题还遇到了很多，都是以前从来没遇到过的，但在耐心请教老师铜须好，迎刃而解。不禁由衷感叹，电子知识，真是博大精深。我们随时都要抱着一个学习的心态才可以在电子的海洋中畅游。虽然本电梯控制系统已能满足基本的电梯运行要求，但仍有许多需要改进的

60、地方：（1）增加与微机通信的接口，实现联网控制，多台电梯综合控制由微机完成。（2）优化电梯选向功能，使之随客流量的变化而改变，达到高效运送乘客的目的。（3）需输入密码才能乘电梯到达特殊档层功能，且响应改楼层呼叫时不响应其他楼层呼叫。（4）完善电梯各个模块功能，如门控电机模块，重力检测模块，电机调速驱动等系统，使电梯模型安全性更高，运行更加稳定。我们相信，随着科技的发展和更新，各种设备的控制器也在迅猛发展，以前的很多由 plc 控制的工控设备已经逐渐被单片机控制的工控设备代替，单片机将能够更好的发挥其体积小，功能全、便于修改更新的优点，成为将来电子控制器领域的魁首，而作为微处理器的重要领域，电梯控制系统将会像价格便宜、控制方便的单片机方向发展。参考文献参考文献1 张毅刚. 单片机原理及应用m.北