7層電梯課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、摘要本系統(tǒng)為簡(jiǎn)單的電梯模型，采用AT89C51作為信號(hào)的檢測(cè)和控制核心，利用KEIL編寫控制電梯的匯編語(yǔ)言程序，并使用PROTUS軟件對(duì)電梯模型的按鍵，屏幕顯示，馬達(dá)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真。在電梯模型中電梯狀態(tài)的顯示采用了連接有3-8譯碼器連接七個(gè)發(fā)光二極管分別表示一到七樓，LED點(diǎn)亮表示電梯處于當(dāng)前樓層，樓層顯示采用4段碼LED,樓層按鍵采用七個(gè)按鍵式開(kāi)關(guān)，以與一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，利用直連法與AT89C51連接，分別表示一到七層以與緊急開(kāi)關(guān)。電梯運(yùn)行的速度控制采用直流減速電機(jī)。當(dāng)電梯上行時(shí)馬達(dá)正轉(zhuǎn)，下行時(shí)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，到達(dá)目的樓層后馬達(dá)停轉(zhuǎn)?；谶@些完備而可靠地硬件設(shè)計(jì)，使用了一套獨(dú)特的軟件算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模

2、擬電梯運(yùn)動(dòng)的精確控制。關(guān)鍵詞：匯編語(yǔ)言 PROTUS 電梯模型 AT89C51 3-8譯碼器 緊急開(kāi)關(guān)目錄摘要-第1章 概 述-11.1專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目-11.2 專業(yè)課程設(shè)計(jì)的目的與容-11.2.1 目-11.2.2 容-11.3 方案的研討與制定-11.4人員分工與項(xiàng)目功能模塊化設(shè)計(jì)-21.4.1 人員分工-21.4.2功能模塊化設(shè)計(jì)-2第2章 項(xiàng)目硬件方案-52.1 系統(tǒng)方框圖-52.2 系統(tǒng)器件選型-52.3 系統(tǒng)整體原理圖-62.3.1 整體原理綜述-62.3.2 各模塊原理綜述-7第3章 系統(tǒng)軟件方案-83.1 系統(tǒng)I/O分配-83.2主程序與流程圖-83.3主要功能模塊程序與流程

3、圖-8第4章 聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題與解決-11第5章 課程設(shè)計(jì)擴(kuò)展和小結(jié)-12致 -13參考文獻(xiàn)-14附錄-15第1章 概述1.1課程設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的電梯運(yùn)行控制1.2 目的、容1.2.1目的運(yùn)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)、傳感器、電子電路、自動(dòng)控制等知識(shí)，在教師的指導(dǎo)下，結(jié)合某一專題獨(dú)立地開(kāi)展自動(dòng)化專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析和解決能力，提高工程意識(shí)，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后從事相關(guān)工作打下一定的基礎(chǔ)。1.2.2 容名稱：電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)樓層：共七層設(shè)計(jì) 7個(gè)按鍵：用來(lái)輸入要去的樓層 緊急開(kāi)關(guān)：意外發(fā)生時(shí)的緊急按鍵，按下后電梯運(yùn)轉(zhuǎn)到一層，門保持打開(kāi)狀態(tài)此時(shí)其它按鍵失效，重新按下，電梯恢

4、復(fù)正常。器件：89c51芯片、7個(gè)按鍵、1個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、4段碼LED、3-8譯碼器、7個(gè)發(fā)光二極管、直流減速電機(jī)、電阻導(dǎo)線若干。1.3方案的研討與制定電梯在日常生活中發(fā)揮著重要的作用,功能用途有目共睹,通過(guò)學(xué)習(xí)單片機(jī)這門課程,我們嘗試著自己設(shè)計(jì)制造出了電梯模型.1. 電梯靠按鍵模塊控制2. 3-8譯碼器以與7個(gè)發(fā)光二極管，即時(shí)顯示電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（上升或下降）以與電梯當(dāng)前所在的樓層。使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和按鍵一目了然。 3. 優(yōu)化的軟件設(shè)計(jì)算法，智能化的自動(dòng)控制，定位精確。4. 增加一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)，能夠在意外發(fā)生時(shí)是電梯快速到達(dá)一層并始終保持開(kāi)門狀態(tài)，其它按鍵失效，保證在火災(zāi)等緊急狀況下因錯(cuò)誤使用電梯帶來(lái)的危

5、害。1.4人員分工與項(xiàng)目功能模塊化設(shè)計(jì)1.4.1 人員分工明剛: 硬件總設(shè)計(jì)：電路圖，仿真。鈕毅紳：LED模塊的設(shè)計(jì)許濤： 電機(jī)模塊設(shè)計(jì)胡薔: 方案流程設(shè)計(jì)與軟件編寫夏琳: 查詢資料，按鍵模塊的設(shè)計(jì)1.4.2功能模塊設(shè)計(jì)圖1-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖1-2按鍵模塊圖1-3 LED和發(fā)光二極管模塊圖1-4電機(jī)模塊第2章 項(xiàng)目硬件方案2.1 系統(tǒng)方框圖圖2-12.2 系統(tǒng)器件選型2.2.1 最小系統(tǒng)模塊本系統(tǒng)主要由51系列單片機(jī)AT89C51組成。2.2.2按鍵模塊方案一：4*4按鍵模塊與鍵盤管理控制芯片CH451，雖然只需用8個(gè)I/O就能完成，但考慮到電路連接以與程序編寫都較為復(fù)雜，所以不采用。方案

6、二：采用按鍵直接與單片機(jī)的I/O口連接，電路簡(jiǎn)單，程序編寫容易，故采用。2.2.3 LED模塊：為了較為真實(shí)的模擬電梯運(yùn)行時(shí)樓層的顯示，故采用4段碼LED，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電梯所在樓層。并連接有3-8譯碼器和發(fā)光二極管，方便編程和觀察電梯運(yùn)行方向。2.2.4電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊方案一：用一般直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。再加上一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。更為主要的問(wèn)題是一般電動(dòng)機(jī)如直流電機(jī)很難使其立即停止，達(dá)不到電梯的在定點(diǎn)停止的效果。方案二：采用步進(jìn)電

7、機(jī)盡管步進(jìn)的負(fù)載能力可達(dá)4kg/cm左右，但由于本系統(tǒng)各層間距存在誤差，用步進(jìn)電機(jī)控制容易積累誤差導(dǎo)致電梯定位不準(zhǔn)。并且步進(jìn)電機(jī)成本太高，驅(qū)動(dòng)電流也較大（2A），在一般的實(shí)驗(yàn)情況下很難達(dá)到要求，故不采用。方案三：電機(jī)選用直流減速電機(jī)。 采用直流減速電機(jī)成本較低，便于驅(qū)動(dòng)，負(fù)載能力也較大（4.8kg/cm），可以在斷電時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的反向電流使電梯減速停止并且誤差非常小，故本系統(tǒng)采用直流減速電機(jī)。2.3系統(tǒng)整體原理圖2.3.1整體原理綜述打開(kāi)運(yùn)行開(kāi)關(guān)，電梯初始狀態(tài)在一層，按下所要到達(dá)樓層的按鍵，一共七個(gè)，分別為17層，如按一層，電機(jī)不轉(zhuǎn)，等待開(kāi)關(guān)門，二極管顯示在一層；按其它鍵，表示電梯狀態(tài)的LED燈

8、逐次點(diǎn)亮，直到到達(dá)按鍵所在樓層時(shí)，LED燈保持當(dāng)前層點(diǎn)亮；電機(jī)隨著按鍵的按下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，電梯向上運(yùn)行則正向轉(zhuǎn)動(dòng)，電梯向下運(yùn)行則反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電梯到達(dá)則停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待門的開(kāi)關(guān)；如無(wú)二次按鍵，電梯停在當(dāng)前位置。如再次有按鍵按下，程序首先判斷按鍵樓層處于當(dāng)前樓層的上方下方或一致，然后再根據(jù)判斷執(zhí)行電梯的上行下行或者保持不變，電機(jī)同理。2.3.2各模塊原理綜述開(kāi)關(guān)模塊： 7層樓，共七個(gè)開(kāi)關(guān)，每按下一個(gè)開(kāi)關(guān)電梯運(yùn)行到對(duì)應(yīng)的樓層，為了編程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)電梯在運(yùn)行過(guò)程中其他按鍵無(wú)效。在按鍵中還附加了火災(zāi)消防緊急開(kāi)關(guān)，按鍵一經(jīng)閉合，電梯運(yùn)行到一層，門大開(kāi)，其他按鍵無(wú)效，只有緊急開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)才能繼續(xù)使用電梯。LED 模塊：

9、運(yùn)用4代碼LED實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前樓層，較8段碼LED可節(jié)省出4個(gè)I/O接口，且4代碼LED可以直接根據(jù)給出的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行顯示，方便編程。各樓層間隔一秒順序顯示，直到目的樓層，顯示停在當(dāng)前直到下次按鍵前。在LED線上接3-8譯碼器，再接上發(fā)光二極管，隨樓層的變化燈依次點(diǎn)亮。電機(jī)模塊：電機(jī)采用H電橋，兩根線分別接P3.0和P3.1口，P3.0接高電平電機(jī)正轉(zhuǎn)，P3.1接高電平電機(jī)反轉(zhuǎn)，接低電平停轉(zhuǎn)，用平衡電流法準(zhǔn)確制動(dòng)。因?yàn)槭欠抡骐娞荩瑸榱吮阌谟^察，相鄰兩層樓LED顯示間隔1秒，較短，所以電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)較少，如果圈數(shù)太大，電機(jī)轉(zhuǎn)速太高，停轉(zhuǎn)無(wú)緩沖，太迅速，導(dǎo)致電梯不穩(wěn)，且不符合物理中的慣性原理，失重狀態(tài)

10、嚴(yán)重，無(wú)異于乘客健康。第3章 系統(tǒng)軟件方案3.1 系統(tǒng)I/O口分配P1口： P1.0接緊急開(kāi)關(guān)，P1.1P1.7順序接1-7層的開(kāi)關(guān)。P2口： P2.0-P2.3口從后往前依次接4段碼LED的4個(gè)引腳。P3口: P3.0接電阻R2和R4，從而控制電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；P3.1接R3和R5，從而控制電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2流程圖圖3-1 流程圖3.3主要功能模塊程序與流程圖圖3-1 模塊流程圖鍵盤模塊程序(判斷哪個(gè)樓層鍵被按下)START1:MOV A,#0FFH ；將電梯至于一層MOV P1,A ；LED顯示1LOOP:MOV A,P1CJNE A,#0FFH,LP0 ； 判斷有無(wú)按鍵JMP LOOP

11、 ；無(wú)按鍵跳回LOOPLP0:ACALL DELAY1MOV A,P1CJNE A,#0FFH,LP1 ；按鍵去抖JMP LOOPLP1:JNB P1.1,A1 ；一層按鍵被按下則跳到A1JNB P1.2,A2 ；二層按鍵被按下則跳到A2JNB P1.3,A3 ；三層按鍵被按下則跳到A3JNB P1.4,A4 ；四層按鍵被按下則跳到A4電機(jī)和4段碼LED模塊：（以檢測(cè)到一層按鍵被按下為例）A1:CJNE R0,#01H,A11；判斷呼叫電梯層數(shù)是否是一層ACALL DELAYMOV P3,#00H；單機(jī)停轉(zhuǎn)ACALL DELAYMOV P2,#01HJMP START1A11:MOV P2,R

12、0ACALL DELAYMOV P3,#02H；電機(jī)正轉(zhuǎn)ACALL DELAYDEC R0JMP A1第4章 聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題與解決經(jīng)過(guò)一系列的思考和設(shè)計(jì)，接下來(lái)就需要將原理圖和程序結(jié)合起來(lái)仿真。這就要求我們熟悉PROTUS和KEIL軟件，畫出正確的原理圖和編出正確的程序，并將程序加載到原理圖中。需要注意的是在使用KEIL時(shí)應(yīng)新建工程并將程序正確燒錄到芯片中，并不能直接新建編輯框編輯程序，否則將會(huì)使程序不能載入原理圖，無(wú)法仿真。在仿真時(shí)還應(yīng)注意一個(gè)的問(wèn)題，那就是在元件參數(shù)的設(shè)定上，例如直流減速電機(jī)制動(dòng)的問(wèn)題，我們不僅可以通過(guò)程序來(lái)控制馬達(dá)的速度以與制動(dòng)，還可以通過(guò)修給馬達(dá)的參數(shù)更方便快捷的

13、實(shí)現(xiàn)這一目的。而且單獨(dú)編程無(wú)法實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的與時(shí)停止。所以正確的空載參數(shù)和最大扭轉(zhuǎn)距是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和與時(shí)制動(dòng)控制的關(guān)鍵。第5章 課程設(shè)計(jì)小結(jié)我們小組的5人經(jīng)過(guò)協(xié)力合作，精細(xì)分工，日夜奮戰(zhàn)，終于完成了此系統(tǒng)。由于時(shí)間有限我們只做了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，有些模塊沒(méi)有高級(jí)化：如按鍵的選用。有些功能沒(méi)有擴(kuò)展：如電梯的外鍵設(shè)置，多人同時(shí)按鍵的排隊(duì)執(zhí)行，利用光電二極管準(zhǔn)確定位電梯門的開(kāi)關(guān)位置、轎箱超重報(bào)警等等。這學(xué)期的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，不僅充分利用了所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)還學(xué)會(huì)Protus和Keil軟件的使用，學(xué)會(huì)了畫圖和仿真，展示了我們?cè)鷮?shí)的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，不僅有益于我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，更是對(duì)我們能力的一種肯定，且

14、不再為即將面臨的就業(yè)問(wèn)題苦惱。致經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，在小組成員的共同努力下，我們按時(shí)圓滿的完成了項(xiàng)目要求。除了感小組成員的相互協(xié)作之外，我更要感我們的授課教師雪霞老師，有了老師一學(xué)期的認(rèn)真負(fù)責(zé)教授，才讓我對(duì)單片機(jī)有了認(rèn)識(shí)和興趣，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也是老師給了我參加單片機(jī)興趣小組的機(jī)會(huì)，使我在這這次課程設(shè)計(jì)中更得心應(yīng)手。還有金文凱老師傳感器的教授，為我們電機(jī)模塊的選用和使用提供方法。除了老師，金老師我還要感我們的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師王衛(wèi)軍老師，在這整整兩周的實(shí)驗(yàn)中一直認(rèn)真負(fù)責(zé)與我們一同在教室中奮斗。不畏炎熱，老師總是準(zhǔn)時(shí)出現(xiàn)在教室每天耐心的指導(dǎo)我們每個(gè)小組，告訴我們實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)思路，還有思路擴(kuò)展，才

15、使得我們準(zhǔn)時(shí)、圓滿完成課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感學(xué)校提供給我們這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，提供給我們硬件和軟件設(shè)備，幫助我們順利的一步步完成我們的學(xué)業(yè)。參考文獻(xiàn)151單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例類2MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)原理與應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書321IC、單片機(jī)愛(ài)好者、嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)附錄系統(tǒng)主程序：START:MOV R0,#01H ;將電梯置于1層MOV P2,#01H ;燈顯示1層START1:MOV A,#0FFHMOV P1,ALOOP:MOV A,P1CJNE A,#0FFH,LP0JMP LOOPLP0:ACALL DELAY1MOV A,P1CJNE A,#0FFH,LP1JMP LOOPLP1:JNB P1

16、.1,A1 ;一層按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到A1，否則順序執(zhí)行JNB P1.2,A2JNB P1.3,A3JNB P1.4,A4 ;四層按鍵是否按下JMP LP11A1:CJNE R0,#01H,A11 ;檢查電梯所在層與按鍵層是否一致ACALL DELAY;MOV P3,#00H ;電梯層與按鍵層一致馬達(dá)停轉(zhuǎn)ACALL DELAY;MOV P2,#01H ;顯示當(dāng)前電梯所在層JMP START1 ; 從新等待按鍵A11:MOV P2,R0 ;顯示電梯所在層ACALL DELAYMOV P3,#02H ;電梯層高于按鍵層馬達(dá)反轉(zhuǎn)ACALL DELAYDEC R0 ;電梯下降1層JMP A1 ;返回比較電

17、梯層與按鍵層A2:CJNE R0,#02H,A21 ;檢查電梯所在層與按鍵層是否一致ACALL DELAY;MOV P3,#00H; 一致則馬達(dá)停轉(zhuǎn)ACALL DELAY;MOV P2,#02H ;顯示當(dāng)前電梯所在層JMP START1 ;返回等待按鍵A21:MOV P2,R0;顯示當(dāng)前電梯所在層ACALL DELAY CY,A22 ;判斷電梯層大于還是小于按鍵層MOV P3,#02H; 電梯層大則馬達(dá)反轉(zhuǎn)ACALL DELAYDEC R0 ;電梯下降一層JMP A2 ;返回繼續(xù)與按鍵層比較A22:MOV P3,#01H ; 電梯層小則馬達(dá)正轉(zhuǎn)ACALL DELAYINC R0 ;電梯上升一層

18、JMP A2 ;返回繼續(xù)與按鍵層比較A3:CJNE R0,#03H,A31ACALL DELAY;MOV P3,#00H;ACALL DELAY;MOV P2,#03HJMP START1A31:MOV P2,R0ACALL DELAY CY,A32MOV P3,#02H;ACALL DELAYDEC R0JMP A3A32:MOV P3,#01H ;ACALL DELAYINC R0JMP A3JMP START1A4:CJNE R0,#04H,A41ACALL DELAY;MOV P3,#00H;ACALL DELAY;MOV P2,#04HJMP START1A41:MOV P2,R0A

19、CALL DELAY CY,A42MOV P3,#02H;ACALL DELAYDEC R0JMP A4A42:MOV P3,#01H ;ACALL DELAYINC R0JMP A4LP11: JNB P1.5,A5JNB P1.6,A6JNB P1.7,A7JNB P1.0,A0 ;緊急開(kāi)關(guān)是否按下A5:CJNE R0,#05H,A51ACALL DELAY;MOV P3,#00H;ACALL DELAY;MOV P2,#05HJMP START1A51:MOV P2,R0ACALL DELAY CY,A52MOV P3,#02H;ACALL DELAYDEC R0JMP A5A52:MOV P3,#01H ;ACALL DELAYINC R0JMP A5A6:CJNE