基于单片机的五层电梯控制器的设计和研究

1、毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目：基于单片机的五层电梯控制器的设计和研究学生姓名：黄礼忠学 号：2010010562所在学院：机械与电子工程学院专业班级：电气工程及其自动化 1002 班届 别：2014 届指导教师：徐宇宝皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书 1.本人郑重承诺：所提交的毕业设计（论文） ，题目基于单片机的五层电梯控制器的设计和研究是本人在指导教师指导下独立完成的，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容； 2.毕业设计（论文）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源；

2、 3. 毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况； 4.本人已被告知并清楚：学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果； 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。 学生（签名）：黄礼忠 日期：2014 年 5 月 14 日目 录前言 .11 设计方案介绍 .21.1 设

3、计思路.21.2 结构框图.21.3 流程框图.31.4 整体方案步骤.32 硬件系统设计.42.1 硬件设计思路.42.2 时钟电路.42.3 复位电路.52.4 数码管显示部分.52.5 按键控制部分.72.6 总电路连接图.83 软件系统设计.93.1 程序设计思路.93.2 程序流程图.103.3 原程序代码.114 电路仿真及调试.175 心得及体会.19参考文献： .20致谢 .21 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)I基于单片机的五层电梯控制器的设计和研究 学生：黄礼忠（指导老师：徐宇宝）（皖西学院机械与电子工程学院）摘 要: 本设计是利用 AT89C52 单片机控制的五

4、层电梯模拟控制系统，主要包括硬件系统的设计、软件系统的设计及模拟电路的仿真调试。本设计主要是用定时器中断电路控制电梯电机的驱动，是专门为楼层快速通行控制设计的智能系统。此外，利用单片机控制电梯有通用性强、灵活性大及易于实现复杂控制等优点。关键词: AT89C52；定时器中断；仿真；调试；电梯Design and research of five-storeys elevator controller based on single chip microcomputerStudent: Huang Lizhong(Faculty Adviser：Xu Yubao)(College of Mech

5、anical and Electronic Engineering, West Anhui University)Abstract:This design is the use of five-story elevator control system simulation on AT89C52 control, including simulation debugging hardware system design, software design and analog circuits.The design is mainly controlled by the timer interr

6、upt elevator motor drive circuit, is specifically designed for fast access floor control intelligent systems.In addition, the use of single-chip control of the elevator has the versatility, flexibility, and easy to implement large complex control and so on.Keywords: AT89C52 ;timer interrupt;simulati

7、on;debugging;elevator皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）0前言电梯的诞生已经有 160 年了。生活仍在继续，科技不断发展，社会逐步提速，电梯也在进步。160 年以来，电梯的色彩由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是逐步出新，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；各种形状的电梯则使身处电梯中的乘客的视线更为辽阔。如今，世界各大著名电梯公司仍在电梯研究上费尽心思，使冷冰冰的建筑散发出人性的温暖光辉，人们的生活因此变得更美好。 美国奥的斯公司于 1901 年在上海安装中国第一部电梯。我国第一台自行制造的电梯安装在天安门，是由天津从庆生电机厂研发的，历时四个月，最

8、终不辱使命。改革开放以后，我国电梯业进入了高速发展的时期。在我国任何一个城市的饭店、商场、居民住宅大楼、办公大楼、娱乐场所以及仓库等，处处可见电梯的身影。这种安全、可靠、垂直上下的运输工具给人们的生活带来了便利，已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)11 设计方案介绍1.1 设计思路本设计是五层电梯控制器的设计，故在每层电梯井道口都要有呼叫按键，以做乘坐电梯使用。当然，电梯厢轿内部也要有 1-5 的楼层选择键。在电梯内部和各楼层电梯井道口都有数码管显示电梯所在楼层，在电梯运行过程中，有相应的上下行指示灯。(1)设置电梯的内外按键，即电梯外都有上或下的

9、按键，电梯内有楼层的选择按键。(2)电梯运行到达当前楼层的数码管实时显示，电梯处于上升或下降的状态显示等。(3)电梯无人使用时，应默认停在一楼。1.2 结构框图 数码管显示 楼层电梯 单 当前楼层 呼叫按键 片 电机的驱动 和控制 电梯内 机 呼叫按键 电梯状态 指示灯皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）2图 1 结构框图1.3 流程框图 开开 始始 初始化初始化 有无键按下有无键按下 N N Y Y 何键按下何键按下 上下行指示灯亮上下行指示灯亮 数码管显示当前楼层数码管显示当前楼层 启动电梯到达目标楼层启动电梯到达目标楼层图 2 程序流程图如上图 1 所示，楼层电梯呼叫按键就是各楼层

10、电梯井道口的上行、下行按键，需要乘坐电梯时按下即可；电梯内呼叫按键便是电梯内部的数字按键；单片机就是整个系统的核心，接收信息输入，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，显示当前的楼层数；电梯状态指示灯就是接收单片机处理的信息，显示电梯的运行状态：上升或下降。电动机的驱动和控制就是接收单片机的信号来控制驱动器，进而控制电动机的正反转，使电动机牵引电梯做上下运动。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)31.4 整体方案步骤（1）把整个硬件部分分为几个单元模块，画出整体系统原理图，标明各单元模块名称 ；（2）构建硬件电路，完成各单元模块电路设计，包括各种元器件的选择及元件

11、布局和走线；（3）采用模块化结构设计软件，首先将整个软件分成若干子程序模块；（4）依据流程框图，编写源程序；（5）配合整个系统原理图，在 Proteus 上调试各子程序模块程序。2 硬件系统设计2.1 硬件设计思路本设计为五层电梯控制系统，分别为 1 楼至 5 楼，因此在 1 楼仅有上升按键，5 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 15 楼的各层选择按键。按键的一端接单片机引脚，另一端直接接地，低电平有效触发方式。无论哪一个按键有动作，低电平信号就会送到单片机对应引脚，从而引发定时器 0 中断服务子程序运行。当定时器 0 产生中断时，单片机发

12、出信号，电动机经过驱动器的驱动，便牵引电梯上下运动。本设计电梯只有 5 层，因此用一位七段数码管即可，数码管的显示数据通过单片机的 P0 口来进行传送，因此数码管的位选线直接接地，而不需要再选择。本设计中要求数码管的显示随着电梯的位置变化而变化，即数码管显示数据要与当前楼层数同步。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 P2.0 和 P2.1 引脚分别连接上升和下降指示灯的正极，其负极均连接至地。2.2 时钟电路AT89C52 单片机各功能部件的运行都是以时钟信号为基准，井井有条地一拍一拍地执行。AT89C52 单片机电路中的电容 C1 和 C2 典型值通常选择为 30pF。

13、本设计我们考虑选择频率为 12MHz 的晶振，当振荡脉冲频率为 12MHz 时，一个机器周期为 1us。下图所示为时钟电路原理图，在 AT89C52 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。而在芯片内部，XTAL1 和 XTAL2 之间皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）4跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经由触发器二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。图 3 时钟电路2.3 复位电路AT89C52 的复位是由外部的复位电路来实现的，给单片机的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期（即 2

14、4 个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。我们采用了上电复位和手动复位为电平方式的复位。如图 4 所示，我们通过 RST 端经由电阻与电源VCC 接通而实现，当按键按下时，RST 端为高电平复位。当时钟频率选用 12MHz 时，C3 取 10uF，R1 取 10K 时，电容 C3 充放电时间 =R1*C3=0.1s2us（2 个机器周期）。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)5图 4 复位电路2.4 数码管显示部分 共阴极 共阳极图 5 七段数码管原理图单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管 LED 显示器、液晶 LCD 显示器、CRT 显示器等。本设计采用的是 LED 显示

15、器，如图 5 所示。七段 LED 数码管由 7 条线段围成 8 字型和小数点 DP，每一段包含一个发光二极管，外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。字型共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71HabcdegGNDfdpGNDabcefgddpabcdefgdpdpgfedcba5V（a）（b）皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）67F8

16、H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H表 1 七段数码管段码图 6 数码管显示部分连接图如图 6 所示，在本设计中采用的是共阴极数码管，接于单片机 P0 口，公共端直接接于大地。P0 口内部无上拉电阻，为三态，引脚电流很小，增加上拉电阻，在单片机上电后将其电平拉高，可提高 P0 口的驱动能力。2.5 按键控制部分如图 7 所示，按键控制模块包括电梯内部的按键和每层楼的上下按键，这些按键一端与单片机引脚相接，一端与地相接，低电平有效，这样可以实现模拟按键的操作。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)7 图 7 按键控制连接图2.6 总电路连接图如图 8 所示，电路原理图包括状

17、态指示灯模块、内外按键模块、单片机的主要外围模块、数码管显示模块和电动机驱动控制模块。P0 口的 P0.0P0.6 引脚与数码管模块相接，P2 口的 P2.0P2.1 引脚与状态指示灯模块相接，P2 口的 P2.4P2.7 引脚与电动机驱动控制模块相接，P3 口的 P3.0P3.4 引脚与对应的电梯内按键模块，P1 口的P1.0P1.7 引脚与对应的电梯外按键模块相接。皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）8图 8 总电路连接图3 软件系统设计3.1 程序设计思路首先，当楼层按键或电梯内按键有动作时，程序必须执行每个按键的动作，并根据电梯当前楼层与目标楼层之间的位置关系，确定电梯上升或下降

18、的响应动作。其次，电梯系统还有一个判断是否无人的情况。即电梯到达某楼层后，其他楼层无按键动作，且电梯内也无楼层选择按键动作，那么就可以判断此时电梯内无人。若电梯内无人，电梯应自动返回到 1 层等待。然后，两个楼层之间应考虑有一段运行时间，而且也要设置在一个楼层的停留时间。本设计中两个楼层之间的运行时间设为 1s，每层停留时间设为 5s。当定时 0 中断时，单片机发送信号，电动机经驱动器驱动后，根据指令做出相应动作。另外，当电梯上升或者下降时，相应的状态指示灯应及时同步点亮。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)93.2 程序流程图 开 始 初始化 电梯默认停在一楼 呼叫按键按下？ N Y

19、 显示当前楼层 开启电梯前去指定楼层 上下行指示灯亮 到达指定楼层 Y 呼叫按键按下？ N 等待 5 秒 图 9 程序流程图皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）103.3 原程序代码/*声明区*/#include/*上下行指示灯*/sbit led1=P20;sbit led2=P21;/*电机驱动接线*/sbit P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_7=P27;/*电梯内按键*/sbit F1=P30;sbit F2=P31;sbit F3=P32;sbit F4=P33;sbit F5=P34;/*各楼层按键*/sbit F1U=

20、P10;sbit F2U=P11;sbit F2D=P12;sbit F3U=P13;sbit F3D=P14;sbit F4U=P15;sbit F4D=P16;sbit F5D=P17;uchar direct,floor,aim,stop; 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)11uint timer1,timer2;uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d;void delay(uint z);/*初始化子函数*/void init()led1=0;/上行指示灯led2=0;/下行指示灯direct=1; /dire

21、ct 为 1 时，电梯上升aim=1;/目标楼层floor=1;/当前楼层stop=0;/电机起停标志timer1=0;timer2=0;P0=0 x00;P2_4=P2_7=0;P2_5=P2_6=0;TMOD=0 x01; /设置定时器 0 为工作方式 1TH0=(65536-50000)/256;/装初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; /关外部中断ET0=1; /开定时器 0 中断TR0=1; /启动定时器 0/*显示子函数*/void display()皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）12P0=tablefloor;/*按键扫描函数*/void key

22、scan()if(F1U=0)aim=1;else if(F2D=0|F2U=0) aim=2;else if(F3D=0|F3U=0) aim=3;else if(F4D=0|F4U=0) aim=4;else if(F5D=0) aim=5;else if(F1=0) aim=1;stop=0;else if(F2=0) aim=2;stop=0;else if(F3=0) aim=3;stop=0;else if(F4=0) aim=4;stop=0;else if(F5=0) aim=5;stop=0;/*电机驱动子函数*/void qudong() 皖西学院 2014 届本科毕业设计

23、(论文)13if(direct=1) P2_4=P2_7=1;P2_5=P2_6=0;led1=1;led2=0; elseP2_4=P2_7=0;P2_5=P2_6=1;led1=0;led2=1; elseP2_4=P2_7=0;P2_5=P2_6=0;led1=0;led2=0;/*主函数*/ void main()init(); /初始化while(1)皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）14if(floor=aim)stop=1;elsestop=0;if(flooraim)direct=0;if(timer1=200)/每层楼电梯运行 1stimer1=0;floor-;if

24、(floor=aim)stop=1;elsedirect=1;if(timer1=200)timer1=0;floor+;if(floor=aim)stop=1; 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)15if(floor1&stop=1&timer2=1000) /无人呼叫，5s 返回 1 层aim=1;/*定时器 T0 中断函数*/void time0() interrupt 1TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;if(stop=0)timer1+;elsetimer2+;皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）16

25、4 电路仿真及调试Proteus 软件是由英国(U.K)Lab Center Electronics 公司开发的 EDA 工具软件,它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还可以仿真单片机及外围器件。Proteus 是现如今比较好用的仿真单片机及外围器件的软件。在 Proteus 中绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus 的原理图中看到模拟的实物运行过程和状态。图 10 电梯默认停在一楼解析：如上图 10 所示，电梯没有其他响应时，默认停在一楼，数码管显示 1 楼。此时各内外按键接地的一侧全部为低电平，一旦按钮按下，凡是按键所接的引脚全部为低电平，此时

26、定时器 0 中断低电平有效，定时器 0 中断立即响应。当定时器 0 中断响应后，开始计时并向电动机发送信号，经驱动器驱动后，电动机就会牵引电梯做上升或者下降动作，LED 数码管收到单片机的信号后就会显示当前楼层数，对应的上升、下降指示灯会有所动作。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)17图 11 电梯处于上行中，经过三楼，上行指示灯亮解析：如上图 11 所示，电梯在四楼或五楼有响应，经过三楼时，电动机正转，电梯上升，上升指示灯亮。呼叫按键按下后，定时器 0 中断立即响应，当定时器 T0 开始计数时，并向电动机发送信号，经驱动器驱动后，此时电机正转，就会牵引电梯做上升运动，电梯经过三楼，

27、数码管同步显示 3 楼，上升指示灯亮，下降指示灯灭。皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文）18图 12 电梯处于下行中，经过四楼，下行指示灯亮解析：如上图 12 所示，电梯可能没有响应，在四楼以上停了 5s 就返回一楼，或者是在四楼以下有响应，执行定时器 0 中断服务子程序。当定时器 T0 开始计数时，并向电动机发送信号，经驱动器驱动后，此时电机反转，就会牵引电梯做下降运动，电梯下行，经过四楼，数码管同步显示 4 楼，上升指示灯灭，下降指示灯亮。5 心得及体会在本次毕业设计中，运用单片机编程控制电梯，使我对单片机的知识又有了进一步的认识、理解和掌握。要想成功的做好毕业设计，必须有一定统筹规

28、划的能力，把各个模块化的部分研究好以后，再把它们构建在一起协同工作，其中可能会出现冲突和不匹配，需要细心地调试才能出来结果。在使用 Keil 编程时，必须耐心细致，有一个符号不正确都会导致仿真失败，所以要在编程时养成良好习惯，方便查找错误。 皖西学院 2014 届本科毕业设计(论文)19参考文献：1 李朝青.单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社,19982 李勋等.单片机实用教程M.北京航空航天大学出版社,20003 何为民.低功耗单片微机系统设计M.北京航空航天大学出版社,19944 唐介.电机与拖动（第二版）M.高等教育出版社,20095 何立民.单片机高级教程M.北京航空航天大学出版社,19956 李海发.电机学M.科学出版社,20017 陈志强,胡辉.单片机应用系统设计实践指南J.科学出版社,20058 李广弟,朱月秀,冷祖祁.单片机基础（第 3 版）M.北京航空航天大学出版,20079 肖婧.单片机系统设计与仿真基于 proteusM.北京航空航天大学出版社,201010 彭伟.单片机 C 语言程序设计实训 100 例基于 8051+Proteus 仿真M.电子工业出版社,200911 彭鸿才.电机原理及拖动M.机械工业出版社,200112 李朝青单片机通讯技术与工程实践北京