基于51单片机的模拟电梯控制系统讲解

课 题 基于51单片机的模拟电梯控制系统所属教学单位专 业 年 学 号姓 名指导教师PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII摘要本文介绍了基于单片机的电梯控制系统，硬件部分主要由单片机最小系统模块、电梯内外电路按键模拟检测模块、电梯外请求发光管显示模块、楼层显示数码管模块、电梯上下行模块及模拟传5起的单片机相应端口电平变化的原理，作为用户请求信息发送到单片机，单片机根据判断的结果最终驱动步进电机做相应的运动，在运动的过程中，单片机依照请求信息通过模拟的传感器使步进电机停止运动，并利用彩灯作为上升和下降的状况显示，七段数码管实时显示当前楼层，完成整个请求和响应的过程。软件部分使用汇编语言实现，利用查询方式来检测用户请求的按键信息。根据电梯运行到相应楼层时，模拟按键引起的电平变化，进行判断和执行实现电梯的控制，并且将程序模块化，方便了修改和调用。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了四层电梯的模拟运行。关键词：单片机，AT89C51，电梯控制，步进电机目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I目录 II第1章绪论 1电梯的研究背景及意义 1电梯的国内外发展状况 1第2章 电梯设计任务与要求 2设计任务 2设计要求 2第3章 总体设计方案 3设计思路 3总体设计框图 3第4章 电梯控制系统 4电梯控制系统 4主要硬件设计器件介绍 5软件设计 9第5章 个人心得体会 12参考文献 13致谢 14附录I： 15附录II： 17基于51单片机的电梯控制系统 1第1章 绪论电梯的研究背景及意义电梯是高层宾馆、商城、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的可靠性、舒适感和美学等方面的要求也有了更高的要求。“”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比580亿人次，而乘电梯的人数540亿人次之多。电梯的国内外发展状况为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，20048万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每6200513．51980年相比，2559倍，产量每年平均增长2005124465台，截至05年底，我国651794许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51％。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分，将为人们的生活带来更大的方便。1基于51单片机的电梯控制系统 2第2章 电梯设计任务与要求设计任务电梯模型示意图如下图所示B CA J D4321M F GE H D图2-1电梯控制模型示意图设计要求单片机，实现用步进电机带动电梯的4每层楼都具有显示和请求的功能。显示电梯的运行状态并实时显示电梯所在楼层位置。2基于51单片机的电梯控制系统 3第3章 总体设计方案设计思路本次设计的总思想是，用开关作为电梯内外的请求按键，按键和单片机的口相连，按键按下为低电平，将信号传送到单片机，单片机根据各口的信号进行判断处理，处理完毕后控制步进电机运动，实现电梯的上下运动，采用传感器确定电梯所在的楼层数及电梯准确停止的位置，用七段数码管显示电梯所在楼层，用LED灯显示电梯的运行上下运行状态。总体设计框图复位电路复位电路延时电路单内部显示外部显示片传感器机数码显示电机正反转时钟电路图3-1电梯单片机控制系统结构框图3基于51单片机的电梯控制系统 4第4章 电梯控制系统电梯控制系统514-14-2示电路和当前电梯所在楼层索定电路原理图。具体分析如下：图4-1电梯外部请求电路和内部显示电路及电机驱动原理图图4-1为电梯控制系统的外部请求电路和内部显示电路及电机驱动的原理图，整个设计清晰明了，连接说明如下：P0口：接七段数码管,显示下一目标楼层。P1口：接步进电机。P1.0-P1.3接电机的驱动模块IN1-IN4。P2-P31-4P2.4P3.04基于51单片机的电梯控制系统 5图4-2电梯控制系统的电梯所在位置的外部显示电路和当前电梯所在楼层索定电路原理图图4-2电梯控制系统的电梯所在位置的外部显示电路和当前电梯所在楼层索定电路原理图，具体分析如下：P0口接电梯所在位置显示的七段数码管。P1.0P2.0-P2.41-4主要硬件设计器件介绍电梯控制系统的软件在硬件支持下运行，指挥系统进行相应的控制。软件均采用MCS—51汇35K左右由于电梯控制系统实时采集数据量少8031片内RAM来安排呼叫信号的记录，判断输出状态，满足了程序调用的需要。单片机作为电梯的51加上附加电路组成了完整的电梯系统。5基于51单片机的电梯控制系统 651单片机的主要功能和各引脚功能如下所示：51单片机的主要特性：

4-351◆与MCS-51兼容 ◆4K字节可编程闪烁存储器◆全静态工作：0Hz-24Hz ◆三级程序存储器锁定128*8位内部RAM ◆32可编程I/O线◆两个16位定时/计数器 ◆5个中断源◆可编程串行通道 ◆低功耗的闲置和掉电模式◆片内振荡器和时钟电路◆寿命：1000写/擦循环◆数据保留时间：10年51单片机的管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地P08位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次1P0/FIASH口作为原码输入口，当FIASH输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/OP1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P11口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH口作为第八位地址接收。P2口：P28I/O口，P24TTL门电流，当P2口的P216P2编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管脚备选功能：6基于51单片机的电梯控制系统 7P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（0）P3.3/INT1（1）P3.40外部输入P3.51外部输入P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSE/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VP/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器0000H-FFFF1时，/EARESET/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VP。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。步进电机的工作原理,特点,原理图,工作方式及时序图如下：步进电机的工作原理：步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电周期性的误差而无累积误差，精度高。步进电机具有控制和机械结构简单的优点。图1此应用广泛。四相六线制步进电机原理图：7基于51单片机的电梯控制系统 8步进电动机特点：①步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此，当它转一圈后，没有累计误差，具有良好的跟随性。②由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，叉非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。③步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。④速度可在相当宽的范围内平稳调整，低速下仍能获得较大转矩，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。⑤步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。⑥步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应措施。步进电机的工作方式：步进电机有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步进角1．8°在整步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转1．8°，旋转一周，则需要2OO0．9°，旋转一周，则需要4OO4-14-2表4-1半步时序表表4-2整步时序图8PAGEPAGE14基于51单片机的电梯控制系统 9软件设计软件的设计采取了两套方案：方案一：在程序设计的过程中用中断，以便达到时时判断的目的，在程序的设计过程中，使电梯运行判断更加智能化，程序采用模块化，上下判断采用状态标志法实现电梯的运行，因各方面的原因，方案一作废。但程序中有些模块是比较好的可以用到其他数值大小的判断上，例如：BIJIAO:;当前楼层和请求楼层比较，上升置80H的值为1，下降置70H的值为1MOVA,60HCJNEA,51H,S1;1AJMPZQD2S1:SZ1:

JCSZ1AJMPXZ1SETB71HCLR81HAJMPZQD2XZ1:SETB81HCLR71HAJMPZQD260H梯上行，大于则下行，若同时上下都有请求则上行优先，判断完成后，继续判断其他楼层有没有请求。方案二：整个程序应用单片机端口的高低电平实现，达到了模拟传感器的效果，在程序中无形的对各个端口的优先级进行了设置，并且电梯所在位置的判断、显示与电梯接收外部请求和判断电梯运行是独立控制的，彼此之间互不影响，使程序的设计简单化，并且提高了设计的成功率。经过分析选取了方案二，方案二的具体介绍如下：初始化部分由于本设计没有用到定时器、中断和串口输出，所以只对51把各个口均置为0FF（低电平有效，然后利用电刷模拟的传感器判断当前电梯所在的位置，调用数码管显示子程序LCALLXIANSHI显示为（初始状态电梯在一楼，转入处理一楼子程序，进入程序执行状态。各楼层请求响应部分若电梯在一楼或四楼，直接调用键盘扫描子程序KEY描；如有键按下则判断是那个键按下并输出键值，转入键值识别子程序再合并电梯内外的请求，驱动电梯到达请求层。在电梯运行期间，程序仍然继续调用键盘扫描子程序KEY和电梯位置子程序DQ,78H0为上1为下降状态。若为上升状态，则只响应该楼层以上的请求（同向请求，若该楼层以上没有请求则转查询下边楼层有无请求，若有则转为下降状态并响应，如果上下均无请求，则停留在该层继续循环查询等待请求；若为下降状态，则只响应该楼层以下的请求（同向请求，若该楼层以下没有请求则转查询上边楼层有无请求，若有则转为上升状态并响应，如果上下均无请求，则停留在该层继续循环查询等待请求。基于51单片机的电梯控制系统 10显示子程序调用显示子程序前先给寄存器 A赋值，转到响应的查表地址，将字型码送给串口寄存器KEYBUF，经过74LS164并口输出给数码管显示。XIANSHI:MOVA,KEYBUFMOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ARETTAB:DB0EEH,28H,0CDH,6DH,2BH,67H,0E7HEND控制电梯正转（上）和反转（下）的子程序在单片机判断请求信号并做处理确定电机正反转的前提下，控制电机的正反转，带动电梯上下运动，完成整个控制。步进电机正转，电梯上的子程序：SHANG:;上MOVP1,#0FEHACALLDELAYMOVP1,#0FDHACALLDELAYMOVP1,#0FBHACALLDELAYMOVP1,#0F7HACALLDELAYCLRP3.6;上灯SETBP3.5;下灯RET步进电机反转，电梯下的子程序：XIA:;下MOVP1,#0F7HACALLDELAYMOVP1,#0FBHACALLDELAYMOVP1,#0FDHACALLDELAYMOVP1,#0FEHACALLDELAYCLRP3.5;上灯SETBP3.6;下灯RET基于51单片机的电梯控制系统 11程序流程图如下图所示：启动启动初始化显示子程序判断电梯所在楼层显示所在楼层有人呼叫吗？换向NY换向现在运行方向？YY到顶层？N到底层？NN呼叫同方向？还有同向？呼叫同方向？YNYNYN Y还有同向？启动上行启动下行检查楼层并显示N到达目的层？Y电梯停止返回程序流程图基于51单片机的电梯控制系统 12第5章 个人心得体会随着离校日子的一天天临近，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我们的毕业设计终于完成了，但对于自己而言有自豪的地方也有很多的遗憾，更多的是学到了很多。在学习上我看到了自己的不足，认识到了自己的定位，在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还很欠缺，要学习的东西还太多，以前老是觉得自己编程不成问题，直到自己亲手实践时才知道自己对知识的欠缺有多大，眼高手低只会让自己在成功的路上摔的更重，心理上承努力提高自己知识和综合素质，只有自己亲身经历了，好多问题的精髓才能真正的接受，只有自己用心钻研了才会发现其中的精华和奥秘所在，并且在研究的过程中自己会获得更多的想法和思路，学习到更多意料之外的新知识，学到更多书本上学不到的知识。通过这次设计，也让我明白了些许生活中应该拥有的精神，对待身边的任何人都不能看低对方的能力，说不定他就是带自己走向光明的贵人；不能忽略每个人的能力，在团队里每个人都有自己的作用；同学之间互帮互助，不仅加快了设计的进度，而且增进了彼此之间的友谊，也让我深深的体会到什么叫做团队合作精神，设计、情感两丰收。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师梁老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。基于51单片机的电梯控制系统 13参考文献阎 .数字电子技术基础（第三版［Ｍ.北京：高等教育出版社1989[5]1997.7.1996.5.mcs51[9]2001.7[10]然苗.51系列单片机设计实例［Ｍ］.北京航空航天出版社，2003.3[11]唐俊翟.单片机原理与应用［Ｍ］.冶金工业出版社，2003.9[12]刘瑞新.单片机原理及应用教程［Ｍ］.机械工业出版社，2003.7[13]吴国经.单片机应用技术［Ｍ］.中国电力出版社，2004.1张 .MCS-51单片机综合系统及其设计开发科学出版社，1996基于51单片机的电梯控制系统 14致谢这次基于单片机的毕业设计已经结束，我们学到了很多东西，得到了极大的锻炼，资料快又准的查找和选择，不仅可以增强设计的成功性，而且提高了设计的效率，我们设计的电梯自动控制用51软件都遇到了很多的问题，让我们深刻体会到理论设想与实际结果的差距，也意识到理论与实际相结合的重要性。这次设计的成功，首先感谢老师能在百忙之中抽出时间帮助我们，在写程序时楼层之间的判断完成设计，在老师孜孜不倦的教诲和悉心的指导下，我们取得了最后的成功。其次要感谢我们的小组成员，组内成员分工明确，互帮互助，他们尽职尽责完成自己所负责的模块，完成自己的模块后协助其他组员设计，在这次设计中我们看到了团队合作的重要性，使设计变得更加的完美，让我们学到了课堂上学不到的知识。在最后要深深的说一句，老师、同学您们辛苦了！最后，希望各位领导、老师审阅我们的论文并渴望您们给予批评指正。基于51单片机的电梯控制系统 15附录I：完成后的电梯结构如下图所示：完成后的控制电梯运动的电路如下图所示：15基于51单片机的电梯控制系统 16完成后的楼层请求按键和请求楼层、上行和下行的指示部分如下图：16PAGEPAGE21基于51单片机的电梯控制系统 17附录II：接收外部请求并控制电梯运行的程序如下：SP1EQUP2.0;SP2EQUP2.1;SP3EQUP2.2;SP4EQUP2.3;SP5EQUP2.4;一楼开关SP6EQUP2.5;二楼开关SP7EQUP2.6;三楼开关SP8EQUP2.7;四楼开关SP9EQUP3.0;报警开关ORG0000HLJMPMAINMAIN:;判断初始楼层MOVP0,#76HJNBSP1,LOOP1JNBSP2,LOOP2JNBSP3,LOOP31JNBSP4,LOOP41JNBSP9,BAOJING1LJMPMAINLOOP1:;一楼JNBSP5,LOOP5;1-1JNBSP6,LOOP6;1-2JNBSP7,LOOP7;1-3JNBSP8,LOOP8;1-4JNBSP9,BAOJING1LJMPLOOP1LOOP2:;二楼JNBSP5,LOOP9;2-1JNBSP6,LOOP10;2-2JNBSP7,LOOP11;2-3JNBSP8,LOOP12;2-4JNBSP9,BAOJING1LJMPLOOP2LOOP5:MOVP0,#06HLJMPMAINLOOP6:MOVP0,#5BHLCALLSHANGJNBSP2,MAIN基于51单片机的电梯控制系统 18LJMPLOOP6LOOP7:MOVP0,#4FHLCALLSHANGJNBSP3,MAINLJMPLOOP7LOOP31:LJMPLOOP3LOOP8:MOVP0,#66HLCALLSHANGJNBSP4,MAINLJMPLOOP8LOOP9:MOVP0,#06HLCALLXIAJNBSP1,MAINLJMPLOOP9LOOP10:MOVP0,#5BHLJMPMAINLOOP11:MOVP0,#4FHLCALLSHANGJNBSP3,MAIN1LJMPLOOP11MAIN1:;中转LJMPLOOP41:;中转LJMPLOOP4BAOJING1:LJMPBAOJINGLOOP12:MOVP0,#66HLCALLSHANGJNBSP4,MAIN1LJMPLOOP12LOOP3:;三楼JNBSP5,LOOP13;3-1JNBSP6,LOOP14;3-2JNBSP7,LOOP15;3-3JNBSP8,LOOP16;3-4JNBSP9,BAOJING1LJMPLOOP3基于51单片机的电梯控制系统 19LOOP4: