基于单片机的电梯控制器研究与设计

第一章绪论1.1课题的研究背景随着现代高科技的发展，住宅和办公楼逐渐成为高层建筑。电梯被看作是高层建筑中不能缺少的上下交通用具，就像楼层高的酒店、商场、住宅和多层仓库。在1889年的时候，美国的一家电梯公司，Otis向人们展现出了世界上第一台使用电能驱动的电梯，同年在纽约市的Malet大楼成功装载使用。伴随着房子的高度变得更高了，层数增加，还有越来越大的规模，电梯调速调节速度的范围以及调速的精准度这一种静态和动态的特征之于电梯提出了更为高的要求。因为继电器被用来逻辑地控制电路，在传统的电梯逻辑控制系统中。我们在使用这种控制电路的时候的不足之处是维护特别困难，很难以长期使用，并且使用的寿命比较短，占用空间大而且还特别容易发生故障。现在人类社会已经跨入了充满信息的年份了，电子产品的突飞猛进助长了信息社会突飞猛进的发展，人们开始使用程序写到芯片里面来控制电路实现相对应的功能，而不是使用比较繁难的硬件来搭电路图是发源于单片机凸显在世人的眼前的。他这种方式的好处就是不用来回改变硬件线路，可以通过改变程序来改变电路的功能。咱们使用不一样的程序来完成不一样的功能，特别来说是一些比较特例和独有的功能。这得依靠着其他设备需要花费大量的精力才能完成的事情，有些设备需要花费大量精力才能完成。如果一个不是十分的复杂的函数是使用20世纪中叶被研发出来的74系列，它是由美国最先研发出来的，要么就是在60年代的时候才被开发出来的CD4000系列，咱们见到的电路板它一定就是一个占地面积比较庞大的PCB板子。要是假如的话，你要是用的是在美国卖的特别火爆的单片机的话，这些单片机在上个世纪70年代开发出来了，那么，它的结果将可能就要会很大不相同。能够可以实现高水平的效率性能以及高的可靠性和更高水平的智能化正是因为单片机的可编程，才使得他们可以达成。单片机被广泛的应用于生活中的各个领域，运用非常广泛，就像我国的智能办公设备，智能控制的仪表和航空航天类，智能的可以用来商业营销的队伍，我国的军事领域，工业自动化的领域，通讯行业，汽车制造行业以及与咱们息息相关的家用电器领域。可见，单片机的运用随处可见，与我们的生活息息相关。必须执行的微机单芯片的不仅是他的广泛和派遣的经济利益,而是具有更重要的是,执行微机单芯片改变了设计电路的方法，从内而外得透彻地修改了咱们根深蒂固的控制系统的想法以及对电路进行分析和设计，在以前的时候，咱们使用单片机的编程序的手段来实现绝大多数的硬件电路的控制，它是非常方便的，这上面所说的，自动控制原理里面所提到的的PID控制就能经由智能数字计算控制、单片机自我适应的控制和漫反射控制得以完成。这一类采用把硬件换成软件而且可以增强系统的使用性能的控制水平的技术叫做单片机控制技术。单片机技术将继续发展和完善尤其是得益于单片机应用的推广。1.2课题研究的现状及发展趋势在当前的社会活动与经济交流的活动中看来，我们把电梯看成是当今都市物欲文化的代表性象征。尤其是在比较高的层次的建筑中，垂直交通工具的充当就非电梯莫属了，它就很重要。电梯有许多优点，首当其冲的就是它所占得地方小，仅仅在每一层楼里面留下一点点地方，就能把人或者物品送到任意的楼层，并且，它能够通过许多不同的控制方法来实现电梯的安全，有效的运行。作为一种垂直升降运行的装置，使用起来是非常方便的。我们基于电梯这些优势的基础上，在当前建筑业尤其我们的房屋楼层数变得越来越高，电梯慢慢的就变成了我们生活中不能缺少的一部分，这也让电梯的行业有了一个突飞猛进的发展，正是得益于电梯在人们生活中的广泛使用才能使每一座高大的建筑都成为一座垂直的城市。在纽约世贸中心(WorldTradeCenter)的旧大楼里，除了每天上班的5万人之外，还有8万名游客和游客。让金茂大厦得以正常使用的实现完全得益于电梯的功能，不然那么高，光凭楼梯是很难投入使用的。金茂大厦它是位于上海浦东，已经成为了上海的标志性建筑。它有着88层，高度是420.5米，建筑面积达到了22万平方米。这也能说明电梯的好处是不言而喻的。1900年以来，在美国出现了一批牵引的升降机。可以知道，牵引轮的上面挂着钢丝绳，铁丝的两端连着两个不同的东西，铁丝绳的一边它是连在配置的重量上，还有一边是连接在轿厢上面，电梯的两边一直做的是相反的运动，一边是做上升运动，而另一边是做的下降运动。很明显的看上去，电缆它不是一圈又一圈地缠在上面的，而是挂在上面的，所以我们就知道了电缆绳它的长短与线路的数量是受不到约束的。当然，汽车的承载能力和高度都有所提高，满足了人们使用电梯的需求。因此，在过去的100年里，牵引升降机引起了人们的注意，并在今天得到了广泛的使用和进一步的发展。截止到现在看来，电梯已经进入到我们生活中方方面面已经长达了一个半世纪了。在这长达一个半世纪时期的大风大雨，起起落落的过程中，震撼地球的历史正在发生着日新月异的改变，而永远不会改变是电梯的突飞猛进的发展是会给改善人们生活质量提高的承诺。长达一个半世纪以来，制作电梯的材质已经变成了彩色的，原来是单调的黑白。生活在向前进行着，技术变得越来越先进，电梯也得到了突飞猛进的发展。风格从直角变成了斜角。在控制-操作人机对话，信号控制和开关操作以及一系列的按钮控制这些等等系列的各个方向上，智能群组控制还被巧妙地运用在了多个轿厢同时工作运行的电梯系统里，不仅智能群组控制，还有并行控制也经常被运用在多台电梯并行使用的系统中。两台的电梯拥有许多优点，首当其冲的就是可以节约地方。又因为是两台，所以承载能力比一台强，提高承载力的优点；为了节约用户的大量的时间，所以就研发出来了自动变速自动扶梯，这个扶梯有着各种各样可以满足人们各类需求的不同的形状就像是完整的圆形，梯形，半圆以及三角形，它们可以实现的目标就像是全景电梯，它的意义是可以让乘客们的视线更为开阔，能看到四面八方的景色。当今来说，世界上各个技术上领先的电梯行业的巨头都纷纷向世界展现出了它们的气魄和见识，位于美国的奥蒂斯公司就是他们中的代表。继续开发新的电梯产品，而且还不停地改进各种各样的服务。类似于调频门的控制，保养的系统和维修的系统，使电梯更加的不费电，使电梯的寿命更加长，让电梯在运行的时候减少噪声的产生，使我们的使用体验变好。改善了居民们的日常生活。20世纪初期美国的一家电梯公司奥迪斯公司在中国安装了第一台电梯，这台电梯位于上海。到了二十世纪三十年代的时候，美国由奥迪斯电梯公司在天津立德酒店所安装的电梯，依然可以正常并且可以保证安全性的工作。直到二十世纪五十年代的时候，中共中央提出了一个决策，就是在天安门广场的城楼上安装一台咱们中国自己制造的国产电梯。天津从庆盛电器厂接管了这项工作。在四个月之后，完美的交工，所要求的目标圆满达成。在党的十一届三中全会之后，我们全国上下，都在一股改革开放谋发展，艰苦奋斗干大事的浪潮中，同样的，电梯行业的发展也不能落下。在这一段时间期间，电梯行业也得到了发展，随着修建筑的时候楼的层数越来越多，使电梯和我们每一个人的生活都息息相关，从高楼林立的大城市到高楼罕见的五线城市，电梯被我们广泛地使用，走进了千家万户。而我们因为有了电梯，可以节约住房面积，住到高楼上面去，缓解了人们的住房压力，给咱们老百姓提供了便利的服务。电梯是一种安全可靠的设施，在高层建筑中上下垂直，电梯在工业中也有很广泛地应用，他可以降低工人劳动的强度，以及通过控制工作工位的高度来改良你所工作的环境，条件，使我们可以工作在一个适合自己工作的位置，也能提高我们的工作效率，方便我们可以高空作业。电梯在我们生活中的应用远远不止有这么一点，还运用在各行各业，各个部分，就像是大的商场，高空作业，游乐场，餐厅，大型酒店，宾馆以及家用住宅电梯。现在来看，电梯在每一个高层建筑中都是特别重要的，它是建筑物的核心，要是没有电梯，对于人们来说是十分不方便的，电梯在高楼建筑中充当交通运输工具，能载人去自己想去的任意楼层，它对于我们的生活是少了不行的，给我们提供了非常大的便利。换一种角度上来看，有些指标都能间接地通过一个国家对于电梯的用量来看出来，这是因为电梯的用量受到一些条件的影响，它可能受到一个国家的工业发展的状况的影响，主要还是取决于人口的规模和城市的遍及程度，人口密度越高的地方，电梯的使用肯定就越多，再者，就能间接地透露出经济发展的程度。中国一跃成为了全地球规模最大的电梯交易市场，仔细想想，中国何以在电梯行业有着突飞猛进的发展呢，这还不是因为当前全世界的经济状况都是呈现出一种一蹶不振的景象，而中国就不一样了，中国在改革开放之后，我们的电梯行业也达到了空前绝后的繁荣。中国在各个领域的发展都是突飞猛进的，劲头特别足，这就包括许多方面，就像城市化水平，经济水平。这些发展在全世界都是有目共睹的。自从上个世纪中叶，我国建国以来，我们国家已经安装了六十万多台电梯了。我们国家对电梯的用量真正的增加是在二十世纪八十年代以后的，也就是十一届三中全会以后，通过了一系列的改革开放措施，使我们国家的经济发展有一个阶越性的腾飞，这也就增加了对电梯的需求量。并且，这一个上升的趋势还在持续稳定地保持着。直到如今，还是保持着高歌猛进的发展趋势，丝毫没有迹象来表明要慢下来。当然了，我们的电梯水平还没有到达全世界的水平，依然有很大的发展的空间，离饱和程度还差的很远。在全球，每一千个人就能拥有一台电梯，显然我们国家达不到这个水平。离这个水平还得几乎七十万台才能满足。届时，全国将有130万部电梯投入使用，每年将需要6万部电梯进行拆卸和升级。到2005年，中国电梯年产量达到13.5万部，比1980年增长了59倍。平均年生产增长率为17.8%。二零零五年，共有124,465部升降机投入服务。截至2005年底，中国使用的电梯总数已达651,794部。国内电梯有着许多的好处，主要是凸显在它的花费比较少并且性能比较高，质量也好，所以，这个产业就能很快火起来，许多的公司在它一开始流行起来的时候，就看中机遇，开始投入批量生产，并且还赚取了一大堆的海内外的用户，提供了许多有利的条件为我们一步步地打开海外的市场。我们国家的电梯产业在亚洲市场占得份额也是越来越高了。年销量约为一万部，约占亚洲市场的1/50。一些合资企业也为外汇出口作出了贡献。几家世界著名的电梯公司，如美国的Otis、瑞士的Xunda、日本的三菱和日立、芬兰的Cohen等，这几个大公司的每年的电梯的产量在世界市场中占到特别大的份额，都超过了一办。全世界最大的电梯行业的巨头是日本的三菱公司和美国的Otis公司。在当今看来，低层的建筑更多的会采用液压电梯，还有就是，人们通过技术革新，大规模的把直流电机改成交流的电机来驱动电梯。另外来说，随着居民住宅的估摸扩大，楼层的变高，小型的家用电梯也慢慢走近每家每户中去了，为人们的生活带来更大的舒适。1.3课题研究的价值和意义由于电梯行业的发展以及电梯的大批量生产和投入到个各领域的使用，我们必须得改良电梯的控制方法，使它就尽可能地满足运行可靠性，制作成本，维修成本，安全性能，响应灵敏等等这些性能指标。我们以往的电梯运行控制系统主要是采用的是继电器逻辑控制电路。但是，在使用的过程中，发现他有许多的不足之处，例如它占得地方比较大，体积比较大，运行的寿命不是很长，制作的成本还高，不仅容易出现故障，而且维修起来也是比较困难。所以，我们就转变思路，换用一种新的控制方式，采用近几年才发展起来的单片机来控制。单片机相对而言，比较便宜，可以降低成本通过改进，可以代替传统的控制方式。同时,电梯控制系统基于微机的原则,单芯片可以使用高精度的测量电路在设计的过程,它导致数字组合软件相对稳定,从而确保信号处理控制整个系统更准确、更有效的电梯。从客观的角度来看，单片机拥有占得地方小、处理速度快、消耗成本低、功能完善的优点。它经常用于升降机的选择、启动、变速等过程。最关键的部分是平层，然后选择电动控制方法比较常见，后发现一个芯片小型机的配置和中间继电器，可能在采用单片机限制设备之前，存在着笨重，操作维修和维护不便，建筑成本，等等这一系列的比较常见的问题，结合计算机地控制技术，用它来控制了很多层中间继电器通过一个芯片，尤其是在控制后，还可以减少接口芯片的周边设备，以保持安全和整体功能，而且单片机是通过烧录到主控器里面的程序来控制电梯的，所以可以通过程序来实现对功能的管理，而用继电器逻辑控制电路不行，得全部重装才能完成。因此，单片机的控制可靠性在电梯控制中的基本工作原理和科学的应用策略进行分类是非常必要的。1.4设计任务和要求1.4.1设计任务设计基于单片机的电梯控制器，设计多层电梯控制器硬件电路，在此基础上，设计电梯控制器软件程序，实现六层电梯的平层、开关门及上下行控制等功能。1.4.2设计要求显示部分：用共阴极七段数码管来显示电梯轿厢所处在的楼层，用LED指示灯阵列来显示电梯的运行情况，当电梯上行的时候，亮起的灯呈现一个上升箭头的形状，下行的时候，呈现出一个下降箭头的形状。停下来的时候全灭。当电梯呼梯信号按下的时候，相应的指示灯会亮，满足条件后会灭。升降控制：按下不同的呼梯按键之后，电梯会上下行，当电梯上行时，控制步进电机正转，当电梯下行时，控制步进电机反转。平层功能：当电梯到达目标楼层的时候，电梯会停下来，由蜂鸣器来发出提示的声音。呼叫信号的锁存丢失，所对应的指示灯变暗。具备不可逆响应功能：如果在上行的过程中，下面楼层产生了一个呼叫电梯的信号，那么，电梯会锁存住这个信号，然后继续上行，直到全部上行完成了以后，才会下行，同理的，当在下行的过程中，上面楼层产生了一个呼叫电梯的信号，那么，电梯会锁存住这个信号，然后继续下行，直到全部下行完成了以后，才会上行。第二章总体设计方案2.1方案选择当前看来，电梯系统的主要选择方案还是微型计算机和可编程控制器。两者都有着飞快的发展。PLC是传统的继电器控制技术和微机技术融合在一起，相互促进的成果。我们国家现在大多数情况下还是使用可编程控制器。这是因为它有着许多优点，就像拥有很强的抗干扰能力，即使在工作环境比较恶劣的场所，它也能正常运行，但是由于可编程控制器是根据具体的功能量身定做的，一旦做好了以后就不能修改功能，所以他的成本会高一些。而且维修的时候会比较麻烦。而单片机拥有占得地方小、处理速度快、消耗成本低、功能完善的优点。单片机可以通过编程来改变管脚的输出电平，从而改变功能，使控制操作具有灵活性，所以我决定采用单片机来控制电梯系统。2.2设计思路在这一次设计中，我的总思路是通过按动相应层数的按键来给单片机的I/O口传递低电平作为呼梯信号，来让单片机做出相应的判断，从而做出反应，通过相对应I/O口的输出信号，来控制步进电机的正反转，七段共阴极数码管的显示，蜂鸣器的触发以及LED指示灯的阵列的显示。通过步进电机的正反转控制电梯的上下行运动；通过LED指示灯阵列来显示出电梯的运行状态，上行就呈现上升箭头，下降就呈现下降箭头；用数码管来显示轿厢所处于的楼层数，用传感器来实现电梯的平层功能；平层之后用蜂鸣器来提醒到达目标楼层。2.3总体设计框图图1电梯单片机控制系统结构框图第三章系统的硬件设计3.1主要硬件设计器件在本次的设计中，我们主要采用的硬件就是六线四相电机和51单片机这两种。51单片机的作用就是主控器，通过在单片机里面写好程序，然后单片机通过读取I/O端口的电平来做出判断，然后执行相应的操作。步进电机是用来带动电梯运动的，通过控制步进电机的正反转来完成电梯的上下行动作。51单片机的主要特性和各引脚的功能如下图所示：图2单片机的主要功能和各引脚功能主要特性：◆闲置的时候耗能低和掉电的速度慢◆2个16位的定时器/计数器，分别为T0和T1，52会增加一个T2◆5个中断源，分别为外部中断0，外部中断1，定时器T0,定时器T1和串行口，52单片机会在51单片机的基础上加一个T2中断◆拥有128*8位的内部随机存储器◆32个可以用来编程的I/O端口◆保存数据的时间可以长达10年之久◆有着1000写/擦循环的使用寿命◆全静态工作时的频率是在0Hz-24Hz之间，可由所接的晶振来决定◆能够锁定三级程序存储器◆时钟电路和片内振荡器◆4096字节的可编程闪烁存储器◆串行通道可编程◆和MCS-51兼容管脚说明：GND：和大地相连。VCC：提供工作时的电压。P0口：P0口每一个I/O口都能接收到8个TTL门电流，它拥有八位漏极开路的双向输入输出口。每一次P1的端口第一次写高电平的时候，我们就可以把它看成是高阻输入。用来储存外部程序的数据存储器可以用P0口来实现。一般来说，他能够实现地址线和数据线的复用，能用来做数据的第八位，当使用FLASH来检测的时候，本来的码会被P0输出去，这时候，P0作为原来的码输进去的口子，它的外面肯定是被拉高了。P1口：P1口的每一个I/O口都能够接收到四个TTL门电流，它拥有八个双向传输信号的I/O口。单片机会把P1口当做成为八位地址接收，当FLASH检查和编写程序的情况下。由于内部的上拉，故而，在P1的端口接收到高电平的时候，当成是输入进去，让内部上拉成了高电平。P1口在外部会被下拉成低电平，当成是输出来。P2口：P2口的每一个I/O口都能够发出去和接收到四个TTL门电流，它拥有八个双向传输信号的I/O口，并且，每一个口还具有内部拉拨电阻。在把P2的端口都写成高电平的时候，它的内拉电阻会通过把这个引脚拉高来让它当做输入，因为内部拉出的原因，会让P2端口从外面读取信号，产生电流，用来作为单片机的输入。在P2的各个引脚用于程序的外部内存或用于访问的16位地址数据的外部存储时，P2端口生成地址的前8位。当提供“1”地址时，使用内部提拉。当读取和写入8位外部地址数据时，P2的每一个管脚都会发出一些内容，是由特殊功能寄存器决定的。在FLASH检验判断和写程序的时候，P2的每一个引脚可以接受方向信号以及相对应的控制信号。最多可以接受8个。P3口：P3口的每一个I/O口都能够发出去和接收到四个TTL门电流，它拥有八个双向传输信号的I/O口，当P1端口的引脚输入逻辑高电平的时候，这些信号会在内部通过上拉电阻产生一个高电平作为输入。当成一个输入的话，又因为外部的下拉是让降低的，那么P3端口的每一个引脚就能产生输出的电流，产生这个的原因是下拉电阻。P3口里面的一些端口也能充当单片机里面的特殊功能口，以下就是用法：每一个P3口管脚的备用的功能P3.0可以作为串行输入的端口P3.1可以作为串行输出的端口P3.2可以作为外部中断0的输入口P3.3可以作为外部中断1的输入口P3.4能够作为记时器T0外部输入的端口P3.5能够作为记时器T1外部输入的端口P3.6可以决定外部数据存储器是否可以写操作P3.7可以决定外部数据存储器是否可以读操作P3端口的各个管脚能够同时接收一些控制信号，用于flash编程和编程验证。RST：这个控制端的作用是复位，它在启动工作时，一定要让RST引脚能够保证连续的输出两个机器周期的高电平。ALE/PROG：这个控制端在一般的情况下，能够产生震荡频率为六分之一机器频率的正脉冲信号，并且，还能稳定输出。因为它具有这个功能，所以一般可以被用来做计时器或者当成外部输出脉冲。在单片机要读取输入输出端口的信息或者访问外部寄存器的时候，一定得丢失掉一个脉冲信号。要是我们不用这个脉冲信号的时候，我们就得禁止它的输出，把特殊功能的寄存器的AUXR里面的ALE禁止位编译成1，就可以完成这个操作。/EA/VPP：当/EA维系高电平的情况下，单片机片内的PC值不会大于1FFFH，单片机只会读单片机内部存储器里面所存储的程序，要是大于这个值的时候，那么就会自动去访问外边的存储器里面的代码。当维系低电平的时候，只可以查读片外的程序。XTAL1端是单片机内部时钟电路的输入与反向振荡放大器的输入XTAL2来源自反向振荡器的输出。步进电机的工作原理，线路原理图，步进电动机运行的特点，工作方式及不同的工作方式所对应的时序图如下：步进电机的工作原理：步进电机的控制是非常简单的，它的角位移是通过得到的脉冲信号所决定的，也就是说，是通过脉冲的频率来控制电机的转速，而且它的转动方向取决于各端口电平改变，导致通电的相序发生改变而控制的。因为它控制比较容易，而且是可以靠数字控制，所以我们在单片机的控制中会经常用到步进电机。步进电机它在运行的过程中，无论负载多重，都不会改变步进电机的运行状态，可以平稳运行，步进电机的工作方式是一脉冲一动，所以它控制的准确性比较高，没有累积的误差，只有每一个周期的误差。如图3所示，就是一个六线四相步进电机的示意图。这一种步进电机，拥有很强的灵活性，不仅仅是可以当作四相电机来用，还能被用来当做两相电机使用。所以我们经常会使用它。四相六线制的步进电机所对应的原理图：图3四相六线制步进电机原理图步进电动机在运行时候的特点：①步进电动机的输出脉冲数和它的角位移准确成过原点，斜率为正的一次函数关系。所以，步进电机它会有一个性能比较优良的跟随性，这就是因为每当步进电机转过来一圈的时候，是没有随时间而慢慢累积而增加的误差。②步进电机比较容易实现正转、反转、启动、停车、改变速度这些功能。并且，它的响应是非常快的，有比较强的灵敏度。③从构成步进电机及它的驱动电路的控制系统中来看，可以看出它的排线是非常简单的，而且能可靠的驱动，所用到的器件也比较便宜，能有效地节约成本。④步进电机不能直接地接在AC电源或者DC电源上，只有接在脉冲电源上才能正常工作。⑤我们必须对应电机所有的超速及其震荡的现象，做出应对的抑制措施。⑥步进电机能够在宽的范围里面稍微调整一下，更有甚者，能够在速度比较低一点的时候拥有高一点的转矩，这么能够不用减速器就能顺利地驱动负载。步进电机的工作方式：步进电机主要有半步运行方式和整步运行方式两种运行方式，他们的不同之处就是当接收到触发脉冲的时候各个相所接收到的电平的时序。它们的时序图正如图4和图5所示。以步进角1．8°的四相混合式步进电机为例，在半步的的运行方式的时候，电机旋转一周需要400个脉冲，每一个脉冲到来的时候，步进电机就会旋转0．9°；在整步的的运行方式的时候，电机旋转一周需要200个脉冲，每一个脉冲到来的时候，步进电机就会旋转1．8°。图4半步时序图图5整步时序图3.2各单元模块3.2.1单片机最小系统模块图6单片机最小系统单片机的最小控制系统是由三部分组成的。它包括由晶振组成的脉冲产生信号电路，主控单片机芯片，以及复位电路。脉冲产生信号的电路是由晶振和电容并联而组成的，我选用的晶振的频率是11.0592MHz，选择的电容的大小为30pF。电路的功能可以产生大约1us的脉冲信号。在主控芯片接线方面，因为P0端的每个I/O口都是由OC门构成的，P0口都接的有上拉电阻，图中RP1就是排阻。复位电路一个电容和开关并联的电路，另外一侧接高电位，当RST控制端口是高电平的时候，就能使单片机复位。3.2.2开关控制模块图7轿厢开关控制模块从左到右依次是第1层、第2层、第3层、第4层、第5层、第6层的呼叫按键，后面加的那两个方便扩展层数，当按钮按下的时候，所对应的指示灯D1、D3、D4、D6、D7、D8、D9、D10会亮，按下的信号被记忆，得到锁存，当到达目标层数时，相对应的记忆信号丢失，对应的LED灯灭掉3.2.3电机驱动模块图8电机驱动模块电机驱动采用ULN2003A完成。由于在这次设计中，我们需要能稳定可靠地对电机的速度和电机转动的方向进行调节，还得易于控制，所以我们采用了步进电机。我们可以通过步进电机的转动来控制电梯的运行，步进电机正转，电梯向上运行，步进电机反转，电梯向下运行。可以通过改变收到脉冲的频率来控制电梯的速度。由于本次实验运用的是仿真模拟，所以采用5V的Vcc即可，要是运用在现实生活中肯定不行，得用大一点的电压驱动。ULN2003A引脚图如下图：图9ULN2003A引脚图ULN2003A功能介绍：ULN2003A是由7根达灵顿NPN管组成的一系列达灵顿高压高压产品。主要用于单片机、智能仪器、PLC等控制电路。在5V工作电压下，可直接连接TTL和CMOS电路，可直接作为继电器进行充电。具有电流增益高、工作电压高、温度范围广、负载能力强等特点。输入为5V的TTL，输出可达500mA/50V。适用于各种高速、大功率系统。3.2.4显示模块图10楼层显示数码管所选用的显示楼层的数码管是7SEG-COM-CAT-GRN，它是共阴极七段的数码显示管，分别每一根LED晶体管都由一个管脚来控制，由于这个数码管是共阴极的，所以在显示数字的时候只需要把相对应的管脚电平置为高电平就行了，我们把最上头的那一根晶体管称为a，然后顺时针命名，依次是abcdef，最中间那一根对应的是g，然后对于左边的管脚，由上到下分别为abcdefg，通过数码管可以显示出电梯轿厢所在的层数。图11上下行指示灯显示电梯运行的方向，分别用三组LED指示灯阵列显示。只要当步进电机转动，电梯有垂直移动的时候，D2、D5、D11、D12就会亮；当步进电机正转，电梯往上走的时候，D20、D19、D13、D14会亮，整个LED指示灯阵列会呈现一个向上的箭头亮灯；当步进电机反转，电梯往下走的时候，D18、D17、D16、D15会亮，整个LED指示灯阵列会呈现一个向下的箭头亮灯当电梯停在某一层楼的时候，LED指示灯阵列全灭。3.2.5抵达目标楼层提示模块图12到达目标楼层提示装置当电梯到达呼叫信号所处的层数的时候，步进电机会停止转动，电梯会停下来，抵达目标楼层提示模块会触发，蜂鸣器会发出提示音。3.2.6仿真接线图图13仿真接线图3.2.7硬件电路图图14硬件电路图3.2.8实物图图15实物图正面图16实物图反面第四章系统的软件设计4.1软件设计总体框图图17程序流程图4.2软件设计原理当电梯启动的时候，电梯复位，电梯处于第一层，步进电机不转动，数码管显示层数1。然后开始检测电梯呼叫按钮的触发情况。电梯的主控器通过判断电梯是否接受到了呼梯信号，要是有呼梯信号的话，就会发出指令，命令电梯执行前往呼梯信号所要求到达的楼层。当呼叫按键被按下的时候，对应的LED灯会亮，呼叫信号会被记忆，等到响应了以后，到达满足呼梯信号所要求的楼层之后，原来的呼梯信号才会丢失，对应的LED灯灭掉，然后由蜂鸣器发出提示声音，然后马上判断下一个，电梯主控器做出响应的控制，电梯做出响应的动作。当电梯在上行的过程中，步进电机正转，LED指示灯阵列中亮起的灯呈现一个向上箭头的形状，指示电梯是向上运行的。当电梯到达最先到达的呼梯信号的时候，这个呼梯信号会丢失，然后LED指示灯阵列全部灭掉，蜂鸣器会发出提示声音数秒，然后开始下一步检测。优先检测向上的呼梯信号，如果有向上的呼梯信号，那么步进电机就会正转，LED指示灯阵列呈现一个向上箭头，直到达下一个呼梯信号所在的楼层后，然后呼梯信号丢失，然后LED指示灯阵列全部灭掉，蜂鸣器会发出提示声音数秒，然后开始下一步检测，重复上一次检测，要是还有上行的信号时，则电梯做出同样的动作，直到检测不到向上的呼梯信号时，则开始检测向下的呼梯信号，如果有向下的呼梯信号，那么步进电机就会反转，LED指示灯阵列呈现一个向下的箭头，直到达下一个呼梯信号所在的楼层后，然后呼梯信号丢失，然后LED指示灯阵列全部灭掉，蜂鸣器会发出提示声音数秒，然后开始下一步检测，重复上一次检测，要是还有下行的信号时，则电梯做出同样的动作，直到检测不到向下的呼梯信号时，步进电机停止转动，电梯停止运行；当电梯在下行的过程中，步进电机反转，LED指示灯阵列中亮起的灯呈现一个下降箭头的形状，指示电梯是向下运行的。当电梯到达最先到达的呼梯信号的时候，这个呼梯信号会丢失，然后LED指示灯阵列全部灭掉，蜂鸣器会发出提示声音数秒，然后开始下一步检测。优先检测向下的呼梯信号，如果有向下的呼梯信号，那么步进电机就会反转，LED指示灯阵列呈现一个向下箭头，直到达下一个呼梯信号所在的楼层后，然后呼梯信号丢失，然后LED指示灯阵列全部灭掉，蜂鸣器会发出提示声音数秒，然后开始下一步检测，重复上一次检测，要是还有下行的信号时，则电梯做出同样的动作，直到检测不到向下的呼梯信号时，则开始检测上升的呼梯信号，如果有向上的呼梯信号，那么步进电机就会正转，LED指示灯阵列呈现一个向上的箭头，直到达下一个呼梯信号所在的楼层后，然后呼梯信号丢失，然后LED指示灯阵列全部灭掉，蜂鸣器会发出提示声音数秒，然后开始下一步检测，重复上一次检测，要是还有上行的信号时，则电梯做出同样的动作，直到检测不到向上的呼梯信号时，步进电机停止转动，电梯也随之停下来。晶闸管则一直处于工作状态，显示轿厢所在的楼层数，当电梯轿厢要是停在中间楼层的时候，有多个呼梯信号同时触发的时候，则坚持先响应上行，再响应下行的原则。要是顺序呼叫的情况下，则以第一个呼梯信号所命令的运行方向动作。第五章电路仿真及调试将在keil软件上编的C语言程序生成hex文件，和proteus软件进行联调，把程序写进AT89S52单片机内，进行仿真测试。电梯的初始状态，停在一楼，数码管显示层数1。图18电梯初始状态按下6层呼梯信号，步进电机正转，电梯上行，LED指示灯阵列显示上升箭头，数码管显示出当前轿厢所在的层数。图19到达6层之后，步进电机停止转动，数码管显示当前层数，报警信号触发。图20按下1层呼梯信号，步进电机反转，电梯下行，LED指示灯阵列显示下降箭头，数码管显示出当前轿厢所在的层数。图21到达1层之后，步进电机停止转动，数码管显示当前层数，报警提醒信号触发。图22当电梯处于三楼的时候，依次按下4层呼叫按键，5层呼叫按键，2层呼叫按键。电梯先上到4层，然后停下来，报警提醒信号触发。过了几秒后，步进电机正转，电梯上行，到了5层时，步进电机停止转动，报警提醒信号触发。过了几秒后，步进电机反转，电梯下行，行至2层时，电机停止转动，电梯停下，报警提醒信号触发。图23图24图25第六章总结与展望本文对单片机控制电梯系统这一课程设计做了详细的报告与总结，其中主要是包括了单片机的编程和proteus的仿真实验以及硬件设计，并且对里面每一个特别重要的子模块加以详尽地说明。经过仿真实验的验证，本设计所设计的电梯基本符合当初的预想，该电梯的调度符合高效、省时、人性化的特点。运行结果完美无误，可以完整的实现电梯上下行，平层功能，到点提示，楼层显示，上下行显示，顺次接人功能。能够作为真实电梯的调度系统使用。本次毕业设计的核心思想是：当有用户按下按键，产生呼叫电梯的信号时，运用单片机的I/O口，把这个信号传递给单片机，来让单片机置位相关的状态参数，使电梯判断信号，从而来进行上下行，做出相应的反应动作提供了根据，然后单片机就能相对地点亮或者熄灭对应相关指示灯。在整的这一个毕业设计中，单片机的读写I/O端口功能是设计基础，电梯动作的函数当成主导，电梯目的楼层判断的函数是关键点和核心。总而言之吧，由于精心设计与调试，毕业设计的成品还是很成功的，并且这一次程序的编写不但仅仅是为了设计六层楼的电梯，再加多几层的电梯功能也能够达成，本次设计我就扩展成了八层电梯。当然，要是更高层的电梯的话，就会受到单片机管脚资源个数的限制了。而程序本身的思路和逻辑是完全可以支撑更多层电梯的动作管理的，要是使用其它管脚数量比较多的处理器的情况下（就像ARM类型的处理器），那么这一个假设的想法就能够完整地实现。当然，这一次的设计还是有些缺点的，就像是这仅仅是是单独的一个电梯在运行使用，要是遇到某些大楼载客量很高的时候，当然就不能满足需求，所以我就想以后可以设计出拥有两个轿厢同时运行的电梯，这么着两者就能相互补充，能够满足更多要求，让用户们更加方便。然而难度也是很大的，它们之间要有共同维护一些变量，这些都会带来许多未曾可知的麻烦等等这一类，但是我相信我想去思考，就一定能够找到解决它的办法的。致谢大学是我们人生中最美好的时光，时光如梭，随着我们的毕业论文的完成，我们美好的大学生活也已悄然流进了昨日。回想起四年的大学生活来，更多的是不舍得。在这四年的生活里，我见证过东大荒的变迁、体验过图书馆浓烈的学习氛围、领略过通大的春夏秋冬。通大校园的每一条小道、教学楼、大学生活动中心、图书馆、东操、西操、范曾艺术馆、二食堂，都留下来了我到过的痕迹。等到很多年以后，我依然会想起在通大的日子，想起在东操军训、在大学生活动中心参加社团、在青创园吃小吃、与朋友一起嬉闹的场景。我们总是将毕业与成长相连。在这四年中，我能快速地成长和蜕变离不开学院各位老师的悉心指导。毕业论文即将写完，在这整个过程中我最感谢的就是我的指导老师——xxx。在大三时，王老师就担任过我的传感器技术老师，在科研过程中带领我们深入研究，悉心指导我们完成每一步。在毕业论文写作过程中，王老师更是勤勤恳恳，每一次我将论文交给老师，