基于單片機的五層電梯控制器的設計和研究

1、畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文） 題 目：基于單片機的五層電梯控制器的設計和研究學生姓名：黃禮忠學 號：2010010562所在學院：機械與電子工程學院專業(yè)班級：電氣工程及其自動化 1002 班屆 別：2014 屆指導教師：徐宇寶皖西學院本科畢業(yè)設計（論文）創(chuàng)作誠信承諾書皖西學院本科畢業(yè)設計（論文）創(chuàng)作誠信承諾書 1.本人鄭重承諾：所提交的畢業(yè)設計（論文） ，題目基于單片機的五層電梯控制器的設計和研究是本人在指導教師指導下獨立完成的，沒有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內容； 2.畢業(yè)設計（論文）所使用的相關資料、數(shù)據(jù)、觀點等均真實可靠，文中所有引用的他人觀點、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已標注說明來源；

2、 3. 畢業(yè)設計（論文）中無抄襲、剽竊或不正當引用他人學術觀點、思想和學術成果，偽造、篡改數(shù)據(jù)的情況； 4.本人已被告知并清楚：學校對畢業(yè)設計（論文）中的抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學術規(guī)范的行為將嚴肅處理，并可能導致畢業(yè)設計（論文）成績不合格，無法正常畢業(yè)、取消學士學位資格或注銷并追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學士學位證書等嚴重后果； 5.若在省教育廳、學校組織的畢業(yè)設計（論文）檢查、評比中，被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學術規(guī)范的行為，本人愿意接受學校按有關規(guī)定給予的處理，并承擔相應責任。 學生（簽名）：黃禮忠 日期：2014 年 5 月 14 日目 錄前言 .11 設計方案介紹 .21.1 設

3、計思路.21.2 結構框圖.21.3 流程框圖.31.4 整體方案步驟.32 硬件系統(tǒng)設計.42.1 硬件設計思路.42.2 時鐘電路.42.3 復位電路.52.4 數(shù)碼管顯示部分.52.5 按鍵控制部分.72.6 總電路連接圖.83 軟件系統(tǒng)設計.93.1 程序設計思路.93.2 程序流程圖.103.3 原程序代碼.114 電路仿真及調試.175 心得及體會.19參考文獻： .20致謝 .21 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)I基于單片機的五層電梯控制器的設計和研究 學生：黃禮忠（指導老師：徐宇寶）（皖西學院機械與電子工程學院）摘 要: 本設計是利用 AT89C52 單片機控制的五

4、層電梯模擬控制系統(tǒng)，主要包括硬件系統(tǒng)的設計、軟件系統(tǒng)的設計及模擬電路的仿真調試。本設計主要是用定時器中斷電路控制電梯電機的驅動，是專門為樓層快速通行控制設計的智能系統(tǒng)。此外，利用單片機控制電梯有通用性強、靈活性大及易于實現(xiàn)復雜控制等優(yōu)點。關鍵詞: AT89C52；定時器中斷；仿真；調試；電梯Design and research of five-storeys elevator controller based on single chip microcomputerStudent: Huang Lizhong(Faculty Adviser：Xu Yubao)(College of Mech

5、anical and Electronic Engineering, West Anhui University)Abstract:This design is the use of five-story elevator control system simulation on AT89C52 control, including simulation debugging hardware system design, software design and analog circuits.The design is mainly controlled by the timer interr

6、upt elevator motor drive circuit, is specifically designed for fast access floor control intelligent systems.In addition, the use of single-chip control of the elevator has the versatility, flexibility, and easy to implement large complex control and so on.Keywords: AT89C52 ;timer interrupt;simulati

7、on;debugging;elevator皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）0前言電梯的誕生已經(jīng)有 160 年了。生活仍在繼續(xù)，科技不斷發(fā)展，社會逐步提速，電梯也在進步。160 年以來，電梯的色彩由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是逐步出新，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；各種形狀的電梯則使身處電梯中的乘客的視線更為遼闊。如今，世界各大著名電梯公司仍在電梯研究上費盡心思，使冷冰冰的建筑散發(fā)出人性的溫暖光輝，人們的生活因此變得更美好。 美國奧的斯公司于 1901 年在上海安裝中國第一部電梯。我國第一臺自行制造的電梯安裝在天安門，是由天津從慶生電機廠研發(fā)的，歷時四個月，最

8、終不辱使命。改革開放以后，我國電梯業(yè)進入了高速發(fā)展的時期。在我國任何一個城市的飯店、商場、居民住宅大樓、辦公大樓、娛樂場所以及倉庫等，處處可見電梯的身影。這種安全、可靠、垂直上下的運輸工具給人們的生活帶來了便利，已成為人類必不可少的垂直運輸交通工具。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)11 設計方案介紹1.1 設計思路本設計是五層電梯控制器的設計，故在每層電梯井道口都要有呼叫按鍵，以做乘坐電梯使用。當然，電梯廂轎內部也要有 1-5 的樓層選擇鍵。在電梯內部和各樓層電梯井道口都有數(shù)碼管顯示電梯所在樓層，在電梯運行過程中，有相應的上下行指示燈。(1)設置電梯的內外按鍵，即電梯外都有上或下的

9、按鍵，電梯內有樓層的選擇按鍵。(2)電梯運行到達當前樓層的數(shù)碼管實時顯示，電梯處于上升或下降的狀態(tài)顯示等。(3)電梯無人使用時，應默認停在一樓。1.2 結構框圖 數(shù)碼管顯示 樓層電梯 單 當前樓層 呼叫按鍵 片 電機的驅動 和控制 電梯內 機 呼叫按鍵 電梯狀態(tài) 指示燈皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）2圖 1 結構框圖1.3 流程框圖 開開 始始 初始化初始化 有無鍵按下有無鍵按下 N N Y Y 何鍵按下何鍵按下 上下行指示燈亮上下行指示燈亮 數(shù)碼管顯示當前樓層數(shù)碼管顯示當前樓層 啟動電梯到達目標樓層啟動電梯到達目標樓層圖 2 程序流程圖如上圖 1 所示，樓層電梯呼叫按鍵就是各樓層

10、電梯井道口的上行、下行按鍵，需要乘坐電梯時按下即可；電梯內呼叫按鍵便是電梯內部的數(shù)字按鍵；單片機就是整個系統(tǒng)的核心，接收信息輸入，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，顯示當前的樓層數(shù)；電梯狀態(tài)指示燈就是接收單片機處理的信息，顯示電梯的運行狀態(tài)：上升或下降。電動機的驅動和控制就是接收單片機的信號來控制驅動器，進而控制電動機的正反轉，使電動機牽引電梯做上下運動。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)31.4 整體方案步驟（1）把整個硬件部分分為幾個單元模塊，畫出整體系統(tǒng)原理圖，標明各單元模塊名稱 ；（2）構建硬件電路，完成各單元模塊電路設計，包括各種元器件的選擇及元件

11、布局和走線；（3）采用模塊化結構設計軟件，首先將整個軟件分成若干子程序模塊；（4）依據(jù)流程框圖，編寫源程序；（5）配合整個系統(tǒng)原理圖，在 Proteus 上調試各子程序模塊程序。2 硬件系統(tǒng)設計2.1 硬件設計思路本設計為五層電梯控制系統(tǒng)，分別為 1 樓至 5 樓，因此在 1 樓僅有上升按鍵，5 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。在電梯內部按鍵設置方面，則應有 15 樓的各層選擇按鍵。按鍵的一端接單片機引腳，另一端直接接地，低電平有效觸發(fā)方式。無論哪一個按鍵有動作，低電平信號就會送到單片機對應引腳，從而引發(fā)定時器 0 中斷服務子程序運行。當定時器 0 產生中斷時，單片機發(fā)

12、出信號，電動機經(jīng)過驅動器的驅動，便牽引電梯上下運動。本設計電梯只有 5 層，因此用一位七段數(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，因此數(shù)碼管的位選線直接接地，而不需要再選擇。本設計中要求數(shù)碼管的顯示隨著電梯的位置變化而變化，即數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)要與當前樓層數(shù)同步。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 P2.0 和 P2.1 引腳分別連接上升和下降指示燈的正極，其負極均連接至地。2.2 時鐘電路AT89C52 單片機各功能部件的運行都是以時鐘信號為基準，井井有條地一拍一拍地執(zhí)行。AT89C52 單片機電路中的電容 C1 和 C2 典型值通常選擇為 30pF。

13、本設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。下圖所示為時鐘電路原理圖，在 AT89C52 芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片內部，XTAL1 和 XTAL2 之間皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）4跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產生的振蕩脈沖經(jīng)由觸發(fā)器二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。圖 3 時鐘電路2.3 復位電路AT89C52 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的，給單片機的復位引腳 RST 加上大于 2 個機器周期（即 2

14、4 個時鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機復位。我們采用了上電復位和手動復位為電平方式的復位。如圖 4 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，C3 取 10uF，R1 取 10K 時，電容 C3 充放電時間 =R1*C3=0.1s2us（2 個機器周期）。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)5圖 4 復位電路2.4 數(shù)碼管顯示部分 共陰極 共陽極圖 5 七段數(shù)碼管原理圖單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD 顯示器、CRT 顯示器等。本設計采用的是 LED 顯示

15、器，如圖 5 所示。七段 LED 數(shù)碼管由 7 條線段圍成 8 字型和小數(shù)點 DP，每一段包含一個發(fā)光二極管，外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。字型共陽極段碼共陰極段碼字型共陽極段碼共陰極段碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71HabcdegGNDfdpGNDabcefgddpabcdefgdpdpgfedcba5V（a）（b）皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）67F8

16、H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H表 1 七段數(shù)碼管段碼圖 6 數(shù)碼管顯示部分連接圖如圖 6 所示，在本設計中采用的是共陰極數(shù)碼管，接于單片機 P0 口，公共端直接接于大地。P0 口內部無上拉電阻，為三態(tài)，引腳電流很小，增加上拉電阻，在單片機上電后將其電平拉高，可提高 P0 口的驅動能力。2.5 按鍵控制部分如圖 7 所示，按鍵控制模塊包括電梯內部的按鍵和每層樓的上下按鍵，這些按鍵一端與單片機引腳相接，一端與地相接，低電平有效，這樣可以實現(xiàn)模擬按鍵的操作。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)7 圖 7 按鍵控制連接圖2.6 總電路連接圖如圖 8 所示，電路原理圖包括狀

17、態(tài)指示燈模塊、內外按鍵模塊、單片機的主要外圍模塊、數(shù)碼管顯示模塊和電動機驅動控制模塊。P0 口的 P0.0P0.6 引腳與數(shù)碼管模塊相接，P2 口的 P2.0P2.1 引腳與狀態(tài)指示燈模塊相接，P2 口的 P2.4P2.7 引腳與電動機驅動控制模塊相接，P3 口的 P3.0P3.4 引腳與對應的電梯內按鍵模塊，P1 口的P1.0P1.7 引腳與對應的電梯外按鍵模塊相接。皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）8圖 8 總電路連接圖3 軟件系統(tǒng)設計3.1 程序設計思路首先，當樓層按鍵或電梯內按鍵有動作時，程序必須執(zhí)行每個按鍵的動作，并根據(jù)電梯當前樓層與目標樓層之間的位置關系，確定電梯上升或下降

18、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，且電梯內也無樓層選擇按鍵動作，那么就可以判斷此時電梯內無人。若電梯內無人，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，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，單片機發(fā)送信號，電動機經(jīng)驅動器驅動后，根據(jù)指令做出相應動作。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。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)93.2 程序流程圖 開 始 初始化 電梯默認停在一樓 呼叫按鍵按下？ N Y

19、 顯示當前樓層 開啟電梯前去指定樓層 上下行指示燈亮 到達指定樓層 Y 呼叫按鍵按下？ N 等待 5 秒 圖 9 程序流程圖皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）103.3 原程序代碼/*聲明區(qū)*/#include/*上下行指示燈*/sbit led1=P20;sbit led2=P21;/*電機驅動接線*/sbit P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_7=P27;/*電梯內按鍵*/sbit F1=P30;sbit F2=P31;sbit F3=P32;sbit F4=P33;sbit F5=P34;/*各樓層按鍵*/sbit F1U=

20、P10;sbit F2U=P11;sbit F2D=P12;sbit F3U=P13;sbit F3D=P14;sbit F4U=P15;sbit F4D=P16;sbit F5D=P17;uchar direct,floor,aim,stop; 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)11uint timer1,timer2;uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d;void delay(uint z);/*初始化子函數(shù)*/void init()led1=0;/上行指示燈led2=0;/下行指示燈direct=1; /dire

21、ct 為 1 時，電梯上升aim=1;/目標樓層floor=1;/當前樓層stop=0;/電機起停標志timer1=0;timer2=0;P0=0 x00;P2_4=P2_7=0;P2_5=P2_6=0;TMOD=0 x01; /設置定時器 0 為工作方式 1TH0=(65536-50000)/256;/裝初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; /關外部中斷ET0=1; /開定時器 0 中斷TR0=1; /啟動定時器 0/*顯示子函數(shù)*/void display()皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）12P0=tablefloor;/*按鍵掃描函數(shù)*/void key

22、scan()if(F1U=0)aim=1;else if(F2D=0|F2U=0) aim=2;else if(F3D=0|F3U=0) aim=3;else if(F4D=0|F4U=0) aim=4;else if(F5D=0) aim=5;else if(F1=0) aim=1;stop=0;else if(F2=0) aim=2;stop=0;else if(F3=0) aim=3;stop=0;else if(F4=0) aim=4;stop=0;else if(F5=0) aim=5;stop=0;/*電機驅動子函數(shù)*/void qudong() 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計

23、(論文)13if(direct=1) P2_4=P2_7=1;P2_5=P2_6=0;led1=1;led2=0; elseP2_4=P2_7=0;P2_5=P2_6=1;led1=0;led2=1; elseP2_4=P2_7=0;P2_5=P2_6=0;led1=0;led2=0;/*主函數(shù)*/ void main()init(); /初始化while(1)皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）14if(floor=aim)stop=1;elsestop=0;if(flooraim)direct=0;if(timer1=200)/每層樓電梯運行 1stimer1=0;floor-;if

24、(floor=aim)stop=1;elsedirect=1;if(timer1=200)timer1=0;floor+;if(floor=aim)stop=1; 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)15if(floor1&stop=1&timer2=1000) /無人呼叫，5s 返回 1 層aim=1;/*定時器 T0 中斷函數(shù)*/void time0() interrupt 1TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;if(stop=0)timer1+;elsetimer2+;皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）164 電路仿真及調

25、試Proteus 軟件是由英國(U.K)Lab Center Electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件,它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還可以仿真單片機及外圍器件。Proteus 是現(xiàn)如今比較好用的仿真單片機及外圍器件的軟件。在 Proteus 中繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在Proteus 的原理圖中看到模擬的實物運行過程和狀態(tài)。圖 10 電梯默認停在一樓解析：如上圖 10 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。此時各內外按鍵接地的一側全部為低電平，一旦按鈕按下，凡是按鍵所接的引腳全部為低電平，此時定時器 0 中斷

26、低電平有效，定時器 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)送信號，經(jīng)驅動器驅動后，電動機就會牽引電梯做上升或者下降動作，LED 數(shù)碼管收到單片機的信號后就會顯示當前樓層數(shù)，對應的上升、下降指示燈會有所動作。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)17圖 11 電梯處于上行中，經(jīng)過三樓，上行指示燈亮解析：如上圖 11 所示，電梯在四樓或五樓有響應，經(jīng)過三樓時，電動機正轉，電梯上升，上升指示燈亮。呼叫按鍵按下后，定時器 0 中斷立即響應，當定時器 T0 開始計數(shù)時，并向電動機發(fā)送信號，經(jīng)驅動器驅動后，此時電機正轉，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

27、3 樓，上升指示燈亮，下降指示燈滅。皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計（論文）18圖 12 電梯處于下行中，經(jīng)過四樓，下行指示燈亮解析：如上圖 12 所示，電梯可能沒有響應，在四樓以上停了 5s 就返回一樓，或者是在四樓以下有響應，執(zhí)行定時器 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)送信號，經(jīng)驅動器驅動后，此時電機反轉，就會牽引電梯做下降運動，電梯下行，經(jīng)過四樓，數(shù)碼管同步顯示 4 樓，上升指示燈滅，下降指示燈亮。5 心得及體會在本次畢業(yè)設計中，運用單片機編程控制電梯，使我對單片機的知識又有了進一步的認識、理解和掌握。要想成功的做好畢業(yè)設計，必須有一定統(tǒng)籌規(guī)劃的能力，把各個

28、模塊化的部分研究好以后，再把它們構建在一起協(xié)同工作，其中可能會出現(xiàn)沖突和不匹配，需要細心地調試才能出來結果。在使用 Keil 編程時，必須耐心細致，有一個符號不正確都會導致仿真失敗，所以要在編程時養(yǎng)成良好習慣，方便查找錯誤。 皖西學院 2014 屆本科畢業(yè)設計(論文)19參考文獻：1 李朝青.單片機原理及接口技術M.北京航空航天大學出版社,19982 李勛等.單片機實用教程M.北京航空航天大學出版社,20003 何為民.低功耗單片微機系統(tǒng)設計M.北京航空航天大學出版社,19944 唐介.電機與拖動（第二版）M.高等教育出版社,20095 何立民.單片機高級教程M.北京航空航天大學出版社,19956 李海發(fā).電機學M.科學出版社,20017 陳志強,胡輝.單片機應用系統(tǒng)設計實踐指南J.科學出版社,20058 李廣弟,朱月秀,冷祖祁.單片機基礎（第 3 版）M.北京航空航天大學出版,20079 肖婧.單片機系統(tǒng)設計與仿真基于 proteusM.北京航空航天大學出版社,201010 彭偉.單片機 C 語言程序設計實訓 100 例基于 8051+Proteus 仿真M.電子工業(yè)出版社,200911 彭鴻才.電機原理及拖動M.機械工業(yè)出版社,200112 李朝青單片機通訊技術與工程實踐北京：