基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要：伴隨著我國現(xiàn)代化程度的提高，電梯成為高層建筑中的重要交通工具，它是高層建筑中安全、可靠、垂直上下的運載工具，對改善勞動條件、減輕勞動強度起到很大的作用。同時也給人們的生活帶來了便利，為我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展提供了強大的保障。電梯的應(yīng)用范圍很廣，可用于賓館、飯店、辦公大樓、商場、娛樂場所，倉庫以及居民住宅大樓等。因此，在現(xiàn)代社會中電梯已成為人類必不可少的垂直運輸交通工具。利用單片機控制電梯有成本低，通用性強，靈活性大以及易于實現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點?；趩纹瑱C的電梯智能控制系

2、統(tǒng)的設(shè)計分別從系統(tǒng)要求、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個部分設(shè)計，介紹了以AT89C51系列單片機為核心，并結(jié)合74LS245和LED等芯片以及與之相配套的匯編語言軟件等進行電梯模擬的具體實現(xiàn)方法,該方法不僅可以實現(xiàn)電梯的基本功能,而且可以設(shè)置電梯直達(dá)、急停、停電檢修等功能,從而可實現(xiàn)電梯的智能控制及相應(yīng)的最佳路線選擇,提高電梯的有效利用率。關(guān)鍵詞：單片機；電梯；系統(tǒng)；控制Based on SCM elevator control system of intelligent designAbstract: With the improvement of the modernization of our

3、 country. The elevator has become an important tool for high-rise buildings. It is safe, reliable and vertical fluctuation in high buildings, which works both in improving working conditions and reduces labor intensity. At the same time, the elevator makes our life much easier and provides a powerfu

4、l guarantee for the modernization in our country. Applications of elevators are wide. We can see them in hotels, restaurants, office buildings, shopping, entertainment, warehouses and residential buildings. Therefore, elevators have become an indispensable facility to us, Using single-chip microcomp

5、uter control of elevator has a low cost, versatility, flexibility and easy to realize complex control, EST.Based on SCM elevator control system of intelligent design separately form the system requirements and hardware design, software design and so on several parts design, introducing the AT89C51 s

6、eries microcontroller as the core, and combined with 74LS245 and LED etc chip and with matching assembler language software on concrete realization method of the elevator simulation, this method can not only realize the basic function of the elevator, and can set the elevator nonstop, abrupt stop, b

7、lackouts, thus, can repair function such as the realization of elevator intelligent control and the corresponding optimal route choice, improve elevator utilization.Key Words: Microcontroller; Elevator; System; Control.目 錄基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計21.概 述21.1 課題研究背景與意義21.2 課題設(shè)計內(nèi)容22. 硬件設(shè)計32.1 控制模塊52.2按鍵模塊62.3 LED

8、顯示模塊62.4 電源電路72.5 硬件電路中器件選擇73. 軟件設(shè)計123.1 主程序模塊123.2 判斷子程序134. 系統(tǒng)調(diào)試145. 結(jié)束語16參考文獻17致 謝18附 錄19附錄1：程序清單20附錄3：基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的元器件目錄表24基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計1.概 述1.1 課題研究背景與意義隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，住房和辦公用樓都已經(jīng)逐漸向高層發(fā)展。電梯是高層賓館、商店、住宅、多層倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸工具。目前，由可編程控制器（PLC）或微型計算機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著?？删幊炭刂破鳎俏C技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)

9、合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機，它有良好的抗干擾性能，適應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。但是由于PLC的針對性較強，每一臺PLC都是根據(jù)一個設(shè)備而設(shè)計的，所以價格比較昂貴。而單片機的價格相當(dāng)便宜，如果在抗干擾功能上有所提高的話完全可以代替PLC實現(xiàn)對工控設(shè)備的控制。當(dāng)然單片機并不像PLC那么有針對性，所以由單片機設(shè)計的控制系統(tǒng)可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更完美的實現(xiàn)設(shè)備的升級。在科技的不斷發(fā)展下，單片機控制系統(tǒng)很快可以解決抗擾性，成為方便有效的電梯控制系統(tǒng)。1

10、.2 課題設(shè)計內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是完成一個電梯系統(tǒng)的智能控制模塊，即根據(jù)每個樓層不同顧客的按鍵要求，讓電梯做出合理的判斷，正確高效的指導(dǎo)電梯完成各項載客任務(wù)。設(shè)計基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的硬件電路與軟件程序，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖與PCB圖，對硬件電路與軟件分別進行調(diào)試，得到調(diào)試成功的基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)。根據(jù)此任務(wù)，本課題需要研究的內(nèi)容有：1、根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，進行系統(tǒng)硬件的總體方案設(shè)計；2、學(xué)習(xí)單片機的相關(guān)知識，并且加以運用；3、選擇適當(dāng)?shù)男酒?，并對其?nèi)部協(xié)議有所掌握，便于應(yīng)用。4、研究單片機C語言編程，并且規(guī)定電梯的工作規(guī)則，用C語言加以實現(xiàn)；5、對軟件和硬件進行調(diào)試，

11、讓其協(xié)調(diào)工作，完成指定任務(wù)。圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖2. 硬件設(shè)計基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖如下2-2所示。系統(tǒng)由控制模塊，LED顯示模塊，電源模塊三部分組成。圖2-2 基于單片機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖2.1 控制模塊圖2-3 控制模塊原理圖控制模塊原理圖如圖2-3所示。主控制器采用AT89C51。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（PENROM）。它具有4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。在本設(shè)計中，

12、P1口用于對電梯按鈕的控制，連接輸入設(shè)備。P3口用于對LED點陣顯示器的控制。P0口用于連接鎖存器74LS245，以保護單片機的輸出端口。2.2按鍵模塊圖2-4 按鍵模塊原理圖乘客可由按鍵控制電梯上升下降，按下對應(yīng)樓層按鍵，點陣屏數(shù)字將從當(dāng)前位置向下或向上平滑滾動顯示到指定樓層位置。2.3 LED顯示模塊圖2-5 LED輸出顯示模塊LED輸出顯示模塊如圖2-5所示，采用LED點陣顯示器，其中點陣列接單片機P3口，行接鎖存器74LS245。在單片機的輸出口接驅(qū)動電路74LS245，以保護單片機的輸出端口。2.4 電源電路電源電路如圖2-6所示。整個系統(tǒng)采用的電源電壓只需+5V電壓，將交流電經(jīng)變壓

13、器變換為12V交流電，再用整流橋得到8.5V左右的直流電，采用不可調(diào)的3端穩(wěn)壓器件LM7805將電源穩(wěn)定在5V直流輸出。圖2-6 電源電路2.5 硬件電路中器件選擇A. AT89C51單片機AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（PENROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89C51單片機能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。 本設(shè)計采用AT89C51，它提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲器

14、，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個復(fù)位。引腳圖如圖2-7所示。2-7 AT89C51引腳VCC：電源電壓 GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動8個TTL

15、電路。當(dāng)“1”被寫入P0口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時，P0口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。P1口：P1口一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1”，

16、通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內(nèi)容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時，P2口接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動4個TTL電路。對P3口寫如“1”時，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能P3.0RXD

17、P3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RD表2-1P3口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時，RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位。ALE/ ：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE以時鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖時，閃爍存儲器編程時，這個引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁

18、止ALE操作。這個位置后只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被應(yīng)用。此外，這個引腳會微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時，該引腳加上+12V的編

19、程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶體和微調(diào)電容。B.74LS245圖2-874LS24574LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備，它是8路相同三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)8051單片機的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過P0口最大負(fù)載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。 當(dāng)片選端/CE低電平有效時，DIR

20、=“0”，信號由B向A傳輸；（接收）DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時，A、B均為高組態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245d 三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連，E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR,使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入(P0.1D1),其他時間處于輸出（P01D1）。C.LED點陣圖2-9 LED點陣外觀顯示屏是由發(fā)光二極管行列組成的LED點陣模塊組成顯示屏體。本設(shè)計中選擇8*8的點陣是由64個發(fā)光二極管按規(guī)律組成的。如圖2-10。圖2-

21、10 LED點陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-8所示的發(fā)光二極管，行接高電平，列接低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。8X8點陣共需要64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當(dāng)對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮。3. 軟件設(shè)計圖3-1 電梯智能控制功能實現(xiàn)流程圖3.1 主程序模塊系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如定時器T0的初始化，以便能夠準(zhǔn)確的進行相應(yīng)的操作。同時進行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實現(xiàn)特殊功能。其相應(yīng)的流程圖如下：3-2主程序流程圖3.2 判斷子程序系統(tǒng)判斷子程序的相應(yīng)流程圖如3-2圖所示。在相應(yīng)的中斷子程序中，需要進行相應(yīng)樓層的邏輯判斷，尤其是

22、兩個樓層申請的時候，一般都需要根據(jù)現(xiàn)在的樓層狀態(tài)以及相應(yīng)的升降標(biāo)志位進行相應(yīng)的處理，例如在上升狀態(tài)時，若第二個樓層的申請較第一個申請離現(xiàn)在的樓層狀態(tài)更近，則應(yīng)先響應(yīng)第二個申請的響應(yīng)，然后再對第一個申請進行響應(yīng)；若有樓層申請在當(dāng)前樓層的下面，也應(yīng)根據(jù)升降的標(biāo)志位進行判斷，如果是上升狀態(tài)，應(yīng)先響應(yīng)上面的樓層，然后再響應(yīng)其他的申請。當(dāng)然，如果處于下降狀態(tài)，則以相反的順序進行響應(yīng)。這里只是兩個樓層申請時的討論。當(dāng)有更多樓層響應(yīng)時，還需進一步進行邏輯的思考與判斷。圖3-3 判斷子程序流程圖4. 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)前述第2大節(jié)中硬件和軟件設(shè)計，制作了基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)樣機實物。對樣機的硬件和軟件分別進

23、行了調(diào)試，最后進行了軟件、硬件聯(lián)調(diào)。4.1 硬件調(diào)試4.1.1 靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬用表一一測試。4.1.1 通電檢查首先調(diào)試電源部分。整個電路只需要+5V的電壓，接上電源，將220V交流電通入，測試變壓器的輸出端，整流橋輸出，LM7805的輸出電壓是否和理論計算值一致，再用示波器檢測單片機的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號和振蕩信號。4.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)對軟件先用仿真器進行了調(diào)試。用仿真器運行正常后，再用燒寫器將程序燒到AT89C51單片機中，進行了脫機調(diào)試。5. 結(jié)束語本文

24、設(shè)計了實現(xiàn)單片機控制下電梯智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。由于條件的限制，沒有做成真正的電梯。但做成的電梯智能控制系統(tǒng)的硬件電路已能演示。可以按照乘客的要求，將乘客送到要去的目的層。但是，電梯還有很多的擴展的空間并未實現(xiàn)，比如電梯自動語音報站系統(tǒng)的設(shè)計，樓層監(jiān)控系統(tǒng)，節(jié)能設(shè)計以及其它更多的服務(wù)。通過本次設(shè)計，本人的知識領(lǐng)域得到進一步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，同時提高了分析和解決實際問題的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的作風(fēng)。由于本人水平有限，本次設(shè)計還存在一些不足之處，請評閱與答辯的各位老師批評指正。參考文獻1 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，

25、1999.2 陳小忠.單片機接口技術(shù)使用子程序M.北京：人民郵電出版社，2005.3 丁元杰，吳大偉.單片機微機實題集與實驗指導(dǎo)書M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.4 51單片機C語言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.5 黃宏安，Allegro PCB Layout.高速電路版設(shè)計M.臺科大圖書股份有限公司，2003.6 于海生.微型計算機控制技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，1998.7 李廣弟.單片機基礎(chǔ)M.第3版，北京：國防工業(yè)出版社，2001.8 謝劍英，賈青.微型計算機控制技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，1998.9 蘇凱，劉國慶，陳國平.MCS-51系列單片機系統(tǒng)原理與設(shè)計J.北

26、京：冶金工業(yè)出版社，200310 潘新民，王艷芳.微型計算機控制技術(shù)J.北京：電子工業(yè)出版社，2003.11 張毅坤，陳善久，裘雪紅.單片微型機及應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)學(xué)出版大學(xué)出版社，1998.12 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.13 趙晶主.電路設(shè)計與制版Protel99 高級應(yīng)用J.北京：人民郵電出版社，2000.14 何希才.新型實用電子電路400列M.北京：電子工業(yè)出版社，2006.致 謝畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我在鹽城工學(xué)院四年的大學(xué)生活即將結(jié)束。在這四年的時間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺。這

27、除了自身努力外，與各位老師、各位同學(xué)和各位朋友的關(guān)心支持和鼓勵是分不開的。在此，我非常感謝導(dǎo)師張?zhí)m紅教授在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段給自己的指導(dǎo)。從最初的定題，到硬件的制作再到軟件的調(diào)試，每個方面都離不開張老師熱情耐心的幫助和教導(dǎo)。每當(dāng)遇到比較棘手的問題，張老師都會耐心的親自給我解答，直到解決問題。張老師認(rèn)真的工作態(tài)度，誠信寬厚的為人處世態(tài)度，都給我留下了難以磨滅的印象，也為我今后的工作樹立了優(yōu)秀的榜樣。最后，我要說聲：謝謝張老師，您辛苦啦！附 錄附錄1：基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的程序清單附錄2：基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的設(shè)計圖紙附錄3：基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的元器件目錄表附錄1：程序

28、清單附錄1.1 基于單片機的電梯智能控制系統(tǒng)的程序清單#include /52系列單片機頭文件#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar code Table_OF_Digits=0x00,0x3C,0x66,0x42,0x42,0x66,0x3C,0x00,/00x00,0x08,0x38,0x08,0x08,0x08,0x3E,0x00,/10x00,0x3C,0x04,0x04,0x3C,0x20,0x3C,0x00,/2 0x00,0x3C,0x04,0x3C,0x04,0x04,0x3C,0x00,/3 0x00,0x20,0x28,0x28,0x3C,0x08,0x08,0x00,/4 0x00,0x3C,0x20,0x20,0x3C,0x04,0x3C,0x00,/5 0x00,0x20,0x20,0x20,0x3C,0x24,0x3C,0x00,/6 0x00,0x3C,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x00/7 ;uint r =