4層電梯模擬控制系統(tǒng)設計

1、基于Protues的電梯控制器設計學院：電氣信息工程學院專業(yè)：班級：姓名：學號：指導教師：時間：1緒論1.1.1設計背景1.1.2設計目的1.2方案論證1.2.1設計要求1.2.2系統(tǒng)的結構框圖2.2.3電動機的選擇2.2.4AT89C52單片機2.3硬件系統(tǒng)的設計3.3.1硬件設計思路3.3.2時鐘電路.4.3.3復位電路5.3.4中斷電路5.3.5電動機正反轉(zhuǎn)控制電路6.3.6數(shù)碼管顯示模塊6.3.7按鈕控制電路模塊Z.3.8模擬電路圖7.4軟件系統(tǒng)的設計8.4.1程序設計思路8.4.2程序流程圖9.4.3源程序代碼1.0.5電路仿真及調(diào)試1.6參考文獻20.1緒論1.1設計背景1854年

2、，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明一歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用，以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150多年以來，她已經(jīng)發(fā)展成為全球領先的電梯公司。中國最早的一部電梯出現(xiàn)在上海，是由美國奧的斯公司于1901年安裝的。1932年由美國奧的斯公司安裝在天津利順德灑店的電梯至今還在安全運轉(zhuǎn)著。1951年，天津從慶生電機廠為天安門安裝了一臺我國自行制造的電梯。改革開放30多年以來，隨著我國城市化進程的日益加快，電梯已經(jīng)融入了我們的生活，電梯被應用于賓館、飯店、辦公大樓、商場、娛樂場所、倉庫以及

3、居民住宅大樓等。因為電梯的高效、方便、快捷，所以電梯受到了大家的熱烈歡迎。未來的社會是城鎮(zhèn)與城市漸漸融合，相互影響。電梯的應用將會不斷拓展，款式將各種各樣，目的就是為了滿足人們的多種多樣的需求。電梯將是現(xiàn)代人不可或缺的代步工具，隨著科技的不斷進步，經(jīng)濟的深入發(fā)展，科技將引領電梯進行質(zhì)的飛躍，電梯將越來越智能，越來越安全穩(wěn)定。1.2設計目的目前電梯控制系統(tǒng)大多采用繼電器或者可編程控制器(PLC)的控制方式，存在著成本高，需要三相供電等缺點，本設計給出了一種基于單片機的電梯模型控制系統(tǒng)設計。以單片機為核心，再輔以適當?shù)挠布娐泛涂刂瞥绦騺頇z測和控制整個電梯的信號，具有成本低、通用性強、靈活性大、擴

4、展容易及易于實現(xiàn)復雜控制等優(yōu)點。本設計注重基本理論知識與實際情況的緊密結合，同時對學生獨立創(chuàng)新和分析問題的能力進行培養(yǎng)，加深對知識的理解，為以后的工作和學習打下堅實的基礎。2方案論證2.1設計要求(1) 設置電梯的內(nèi)外按鍵，即電梯外都有上或下的按鍵，電梯內(nèi)有樓層的選擇按鍵。(2) 電梯狀態(tài)要有指示燈顯示，即電梯目前運行到達樓層的實時顯示，電梯升降的狀態(tài)顯示等。(3) 報警按鍵按下，啟動蜂鳴器和紅色報警燈。2.2系統(tǒng)的結構框圖圖2-1系統(tǒng)的結構框圖如上圖2-1所示，樓層電梯呼叫按鍵就是樓層外面的上行、下行按鍵，有需求時即可按下；電梯內(nèi)呼叫按鍵就是電梯內(nèi)部的數(shù)字按鍵，它是內(nèi)部按鍵需求的輸入；單片機

5、就是整個系統(tǒng)的核心，接收輸入信息，經(jīng)過處理后輸出信息；樓層顯示數(shù)碼管就是接收單片機處理的信息，顯示此時的樓層數(shù)；電梯狀態(tài)指示燈就是接收單片機處理的信息，顯示電梯的狀態(tài)：上升、下降、停止。電動機的驅(qū)動和控制就是接收單片機的PWM脈沖信號來控制驅(qū)動器，進而控制電動機的正反轉(zhuǎn)，使電動機牽引電梯做上下運動。2.3電動機的選擇我們選用三相異步電動機來做電梯的動力裝置，因為國產(chǎn)Y系列的電動機具有高效、節(jié)能、特性好及低噪聲等優(yōu)點，我們將選用國內(nèi)最先進的Y系列異步電動機。這里我們選用Y100L24三相異步電動機，因為它還具有性能好、壽命長、可靠性高、維護方便、啟動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，其功能參數(shù)為額定電壓380V，額

6、定頻率50HZ,額定功率3000W,額定轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分。2.4AT89C52單片機本設計采用的是AT89C52單片機，AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。其主要功能特性：(1) 與MCS-51指令和引腳完全兼容；(2) 8K字節(jié)可重復榛寫Flash閃爍存儲器；壽命：1000次榛寫周期；(4) 三級加密程序存儲器；(5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz;(6) 2568字節(jié)內(nèi)部R

7、AM;32個可編程I/O口線；(8) 三個16位定時器/計數(shù)器；(9) 8個中斷源；(10) 可編程申行UART通道；(11) 低功耗空閑和掉電模式。外形及引腳排列如圖2-2所示：>TXAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2TXAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5RSIP0.6/AD6P0.7/AD7AT98C52P2.0/A8PSENP2.1/A9ALEP2.2/A10EAP2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P1.1/T2EXP3.0/RXDOP3.1/TXDPl.204OP3.2/INT0AP

8、3.3/INT1P3.4/T0P1.5P1.6P3.5/T1P17P3.6/WRP3.7/RD絲38373635343332-212223一24丞26_27_28一10-11_12_竺旭15516一1771918一9-29930一3111245678圖2-2AT89C52單片機外形及引腳排列3硬件系統(tǒng)的設計3.1硬件設計思路電梯最底層為1樓，因此在1樓僅有上升按鍵，而電梯最高層為4樓，因此4樓應僅有下降按鍵。其他樓層則既有上升按鍵，也有下降按鍵。在電梯內(nèi)部按鍵設置方面，則應有14樓的各層選擇按鍵。按鍵的一端接地，另一端通過集成電路芯片連至單片機引腳。這里，由丁按鍵數(shù)量很多，乂要求電梯控制系統(tǒng)能

9、以最快速度響應按鍵的需求，因此，所有按鍵通過與門連接單片機。用五片雙4輸入與門74LS21即可實現(xiàn)16個按鍵對象的集體與運算的最終結果，按鍵動作最終是送到單片機的麗端。即：INT0(P1.0*P1.1*P1.2*P1.3)*(P1.4*P1.5*P1.6*P1.7)*(P3.0*P3.1*P2.0*P3.3)*(P3.4*P3.5*P2.1*P2.2)無論哪一個按鍵有動作，低電平信號就會送到麗端，從而引發(fā)外部中斷0服務子程序運行。當定時器0中斷時，單片機向電動機發(fā)送PWM脈沖信號，電動機接到脈沖信號后，經(jīng)過驅(qū)動器的驅(qū)動，電動機便牽引電梯上下運動。電梯的樓層顯示用七段數(shù)碼管完成顯示。本設計電梯只

10、有4層，因此用七段數(shù)碼管即可，數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)通過單片機的P0口來進行傳送。設計中要求數(shù)碼管隨著電梯的位置變化而變化，即數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)要與樓層數(shù)同步，因此數(shù)碼管的片選線直接連接地，而不需要再選擇。電梯升降的狀態(tài)用上升和下降指示燈來進行顯示，通過單片機的P3.7和P3.6引腳分別連接上升和下降指示燈的負極，其正極均連接至系統(tǒng)正電源處。3.2時鐘電路XTAL1C130pFX1C230pFXTAL2圖3-1時鐘電路圖單片機的時鐘電路有振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構成，用丁產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用丁把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。AT89C52單

11、片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C52單片機電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF。晶振的頻率越高則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也越快。但反過來運行速度越快對內(nèi)存的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也越高，即要求產(chǎn)生的寄生電容要小，晶振和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作?；∫陨媳驹O計我們考慮選擇頻率為12MHz的晶振，當振蕩脈沖頻率為12MHz時，一個機器周期為1us。3.3復位電路SVCCO&

12、#176;f1RSTR1L10KC110uF圖3-2復位電路圖復位是單片機的初始化操作，程序給單片機的復位引腳RST加大丁2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機復位。AT89C52的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位電路通常采用上電復位和手動復位兩種方式，手動復位有電平方式和脈沖方式兩種，我們采用了手動復位為電平方式的復位。如圖3-2所示，我們通過RST端經(jīng)由電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)，當按鍵按下時，RST端為高電平復位。當時鐘頻率選用12MHz時，C1取10uF,R1取10版時，電容C1充放電時間r=R1*C1=0.1s>2u£2個機器周期）。3.4中斷電

13、路各中斷的優(yōu)先級（由高到低排歹U）:外部0中斷、定時器T0中斷、外部1中斷、定時器T1中斷、申行發(fā)送中斷、申行接收中斷、定時器T2中斷。P2.311P2.412P2.&A13P2.6M14P2.7A15F3.0/RXX)P3.1/TXDP3.24NTQF3.物NTP3.-q/T0P3J&T1P3.6/WRP3.7/RDU2A74LS21kT或TA圖3-3中斷電路圖中斷電路如上圖3-3所示。圖中外部0中斷INT0與74LS21與門相接，低電平有效,所以當單片機接電源后，P1.0P1.3引腳此時為高電平，當任一按鍵按下后，相應的中斷輸入口直接與地相接，高電平變?yōu)榈碗娖?外部0中斷立

14、即響應，單片機系統(tǒng)進入中斷控制子程序系統(tǒng)，在中斷服務子程序中做出相應的執(zhí)行指令。3.5電動機正反轉(zhuǎn)控制電路L1L2L3圖3-4帶有聯(lián)鎖的正反控制電路如上圖3-4所示，幾只控制電路通過輔助觸頭之間的相互連接，實現(xiàn)彼此之間相互聯(lián)系乂相互制約的作用，叫做聯(lián)鎖。繼電接觸控制電路，通過接觸器、繼電器之間的相互聯(lián)鎖，可以實現(xiàn)多臺設備按生產(chǎn)工藝進行工作，是實現(xiàn)自動控制及保護的重要環(huán)節(jié)。當接通電源后，閉合負荷開關QM,按下開關SB1，線圈C1得電，使電動機啟動，此時電動機正轉(zhuǎn)。按下開關SB2,線圈C2得電，線圈C1斷開，此時電機開始反轉(zhuǎn)。3.6數(shù)碼管顯示模塊LED是LightEmitingDiode（發(fā)光二極

15、管）的縮寫，發(fā)光二極管是可以將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的電致發(fā)光器件。由條形發(fā)光二極管組成“8”字形的LED顯示器，也稱數(shù)碼管通過數(shù)碼管中發(fā)光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數(shù)字，字母以及其他符號。數(shù)碼管有七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管之分。七段數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，而八段數(shù)碼管則是在七段發(fā)光二極管的基礎上在再加一個圓點型發(fā)光二級管，用丁顯示小數(shù)點，本設計采用七段數(shù)碼管。數(shù)碼管能夠被廣泛使用，與其具有的許多特點是分不開的，其中包括：(1) 發(fā)光響應快，亮度強，高頻特性好，而且隨著材料的不同，數(shù)碼管能發(fā)出紅色，黃色，綠色，藍色，橙色等多種顏色的光；(2) 機械性能好，體積小，重量輕，價格低廉，能與CMOS

16、和TTL電路配合使用，使用壽命長，可達105106h；510mA。工作電壓低，驅(qū)動電流適中，每段工作電流為圖3-5七段數(shù)碼管七段數(shù)碼管外形如圖3-5所示，即左邊的7個引腳跟單片機P0口相接，下邊的引腳連接地。3.7按鈕控制電路模塊圖3-6電梯不同樓層的按鈕如圖3-6所示，按鍵顯示電路模塊包括電梯內(nèi)部的按鈕和每層樓的上下按鈕，這些按鈕一端與地相接，一端乂與單片機和與門74LS21相接，外部0中斷低電平有效，這樣可以實現(xiàn)模擬按鍵的自如操作。3.8模擬電路圖如下圖3-7所示，電路原理圖包括狀態(tài)指示燈模塊、內(nèi)外按鍵模塊、中斷電路模塊、單片機的主要外圍模塊、數(shù)碼管顯示模塊和電動機驅(qū)動控制模塊。P0口的P

17、0.1P0.6引腳與數(shù)碼管模塊相接，P2口的P2.4P2.7引腳與電動機驅(qū)動控制模塊相接，P3口的P3.2引腳與中段電路模塊相接，P1口的P1.0P1.7引腳、P3.0P3.1引腳、P3.3P3.5引腳分別與對應的內(nèi)外按鍵模塊相接，P3.6P3.7引腳與狀態(tài)指示燈模塊相接。lhtflra.*rrDiD2U2:SFirFI；U3PLI4/.D,壁.U6：凸.圖3-7模擬電路原理圖HOTIQDADDE岫IriJL3£ZPIUIjADI«D"口,rnuww,FQjSIADGiPDTUDTRiFZUABFZ-llAfi踣*ZJTA1I2AU2.WA13宜.nm*.YTZC

18、KP-JQrflXkfllJTKJrssiHTnF33fVTTr<ljsziTWE翦.zB*fMtferwstiTE<T樣1fi*4軟件系統(tǒng)的設計4.1程序設計思路首先，必須得合理考慮按鍵的響應問題。一段時間內(nèi)可能有多個不同的按鍵有動作，程序必須記錄每一個按鍵的動作，并根據(jù)電梯本身所處的樓層情況與按鍵樓層之間的位置關系，合理判斷出電梯應當做出上升或下降的響應動作。其次，電梯系統(tǒng)還有一個判斷是否無人的情況。即電梯到達某樓層后，其他樓層無按鍵動作，且電梯內(nèi)也無樓層選擇按鍵動作，那么就可以判斷此時電梯內(nèi)無人。若電梯內(nèi)無人，電梯應自動返回到1層等待。然后，兩個樓層之間應考慮有一段運行時間，

19、而且也要設置在一個樓層的停留時間。本設計中兩個樓層之間的運行時間設為1s,每層停留時間設為5s。當定時0中斷時，可利用此發(fā)送電動機PWM脈沖信號，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后，電動機正反轉(zhuǎn)執(zhí)行相應的動作指令。另外，當電梯上升或者下降時，相應的狀態(tài)指示燈應及時同步點亮4.2程序流程圖本設計程序流程圖主要包括主程序流程圖、啟動電梯子程序流程圖、選擇當前要去樓層子程序流程圖。圖4-1主程序流程圖圖4-2啟動電梯子程序流程圖N圖4-3選擇當前要去樓層子程序流程圖4.3源程序代碼源程序#include<reg52.h>#defineMAXFLOOR4unsignedcharcodeLED_CODES=0x

20、3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,;電梯外面的按鍵上下鍵sbitF4D=P3A5;sbitF1U=P1A1；sbitF2D=P1A2;sbitF2U=P1A3;sbitF3D=P1A4;sbitF3U=P1A5;電梯內(nèi)的按鍵sbitF1=P2A0；sbitF2=P3A3;sbitF3=P3A4;sbitF4=P3A5;指示燈sbitledu=P3A7;sbitledd=P3A6;sbitopen=P2A3;開門鍵sbitclose=P0A7;關門鍵電動機的驅(qū)動接線sbita1=P2A4;sbita2=P2A5;sbita3=P2A6;sbita4=P2A7;bitdir=1,sto

21、p=0;/dir表示1為向上，0為向下；stop表電梯是否停止unsignedcharnf=1;當前樓層unsignedcharcf=1;要去樓層unsignedchardf;樓層差(電梯停止依據(jù))：df=|cf-nf|unsignedchartf;暫存當前樓層(顯示碼指針)：tf=nfunsignedcharflag,count=0;/flag=1表示正在運行；count=乘坐時計數(shù)值unsignedinttimer1=0,timer2=0;/timer1為樓層間運行時間計數(shù)值，timer2為等待計數(shù)值unsignedcharcall_floor7=(0,0,0,0,0,0,0;存儲每層樓的

22、信息，1為有人呼叫或者有人前往主程序voidselect_next();voidstep(bitdir);voiddelay(unsignedintz);voidmain(void)(P0=LED_CODES1;TH0=0x3C;TL0=0xB0;TMOD=0x01;/工作方式1ET0=1;/允許定時器中斷EA=1;/中斷總允許EX0=1;/允許外部0中斷IT0=1;/為脈沖觸發(fā)方式，下降沿有效while(1)if(用ag&&!stop)select_next();/決定電梯去哪一層step(dir);/電梯啟動elseif(stop)timer2=0;TR0=1;啟動定時器/

23、計數(shù)器工作while(timer2<100&&stop);TR0=0;timer2=0;stop=0;選擇當前要去的樓層子程序voidselect_next()chari;if(nf=MAXFLOOR)dir=0;elseif(nf=1)dir=1;if(dir=0)(if(call_floornf=1)要去的為當前層，即只需延時5s(call_floornf=0;stop=1;return;for(i=nf-1;i>=1;i-)向下運行時查找下一個要去的樓層if(call_floori)(cf=i;return;dir=1;for(i=nf+1;i<=MAX

24、FLOOR;i+)沒有向下走的人，即反向運行if(call_floori)(cf=i;return;dir=0;cf=1;經(jīng)過上面的判斷此處表示電梯沒有人，默認停在一樓if(call_floornf=1)(call_floornf=0;stop=1;return;for(i=nf+1;i<=MAXFLOOR;i+)if(call_floori)(cf=i;return;if(i=7)(dir=0;啟動電梯子程序voidstep(bitdir)(if(cf=nf)return;elseif(!flag)flag=1;delay(50);if(dir=1)ledu=0;ledd=1;else

25、ledd=0;ledu=1;timer1=0;TR0=1;voiddelay(unsignedintz)延時程序unsignedintx,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=125;y>0;y-);定時0中斷，可利用此發(fā)送電機PWM脈沖信號voidtime0_int()interrupt1(TH0=0x3C;TL0=0xB0;timer1+;timer2+;if(flag)(if(timer1=20)到達一個樓層延時1s(timer1=0;if(dir)nf+;elsenf-;call_floornf=0;flag=0;TR0=0;P0=LED_CODESnf;顯示當前樓

26、層if(cf=nf)到達呼叫樓層，關電機TR0=0;ledu=ledd=1;stop=1;return;外部中斷0服務子程序voidint0()interrupt0if(F4D=0)call_floor4=1;elseif(F1U=0)call_floor1=1;elseif(F2D=0|F2U=0)call_floor2=1;elseif(F3D=0|F3U=0)call_floor3=1;elseif(F1=0)call_floor1=1;stop=0;elseif(F2=0)call_floor2=1;stop=0;elseif(F3=0)call_floor3=1;stop=0;els

27、eif(F4=0)call_floor4=1;stop=0;5電路仿真及調(diào)試IfF<K-段岬4字貌XTA12Fl.lfTXtpit'llrira.+iTnF3Tiriatwiir叮."KTQTZ11ITZE-：15FlF4F三，屯點和郡&RE圖5-1電梯默認停在一樓解析:如上圖5-1所示，電梯沒有其他響應時，默認停在一樓，數(shù)碼管顯示1樓。此時各內(nèi)外按鍵接地的一側全部為低電平，接單片和74LS21與門一側全部為高電平，一旦按鈕按下，凡是按鍵所接的引腳全部為低電平，此時外部0中斷低電平有效，外部0中斷立即響應。當定時器0中斷響應后，開始計時并向電動機發(fā)送PWM脈沖信

28、號，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后，電動機就會牽引電梯做上升或者下降運動，數(shù)碼管收到單片機的控制信號后就會顯示樓層的同步變化，相應的上升、下降指示燈會有所指示。上尸hiE和FL迎5鹿（：L£t>H£bU2-BP1QT+LKZIr2LIEA1Z門D2LEl-VeLUtHAIDU1cft*4JC®，7cQ1V7'3I+IJ;I5ITITEtfELTTF1上F2±1FXL1XTALZPDQW.MPDL1i1PDCDIPUEB3FOLHAM，心心FE.gFSLMri!FZJM11FZ.4M1SFZJW.13FJ.TM.WF1D1inriT!1irra&&l

29、t;P3OWXB*33lTTn*33WTTF3.5IF3JRT1pa.effWP3.T-W11F<L3*1TEETUEZii«TE：<RF-1圖5-2電梯處于上行中，經(jīng)過三樓，上行指示燈亮解析：如上圖5-2所示，電梯在四樓有人按鍵需要下樓，經(jīng)過三樓，上升指示燈亮。按鍵按下后，外部0中斷立即響應，去執(zhí)行外部0中斷服務子程序。當定時器T0開始計數(shù)時,并向電動機發(fā)送PWM脈沖信號，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后，此時電機正轉(zhuǎn)，就會牽引電梯做上升運動，電梯經(jīng)過三樓，數(shù)碼管同步顯示3樓，上升指示燈亮，下降指示燈滅。11M巖3571ns?:,szkrpmAL碩藐孟-票U5hobpajck-hRP1OV«