基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉寰

摘要：本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電梯樓層顯示、運(yùn)行方向顯示以及電梯內(nèi)外樓層選擇功能。同時(shí)對(duì)電梯控制系統(tǒng)運(yùn)行的精度和穩(wěn)定性方面起到了很大的改善作用，有效縮短了電梯的運(yùn)行時(shí)間，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠且易于升級(jí)維護(hù)。

關(guān)鍵詞：電氣控制器；單片機(jī)；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0172-03

隨著高層建筑的飛速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，電梯已經(jīng)成為日常生活中重要的代步工具。在電梯的運(yùn)行中最核心的部件就是控制器，通過控制器的合理選擇可以大大提高電梯的運(yùn)行效率以及舒適度。目前的電梯控制器大多采用繼電器或者PLC的控制方式，普遍存在成本較高以及維護(hù)困難的問題[1]。因此設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的電梯控制器，在擁有體積小、成本低等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還具有易升級(jí)維護(hù)等特點(diǎn)，具有良好的推廣價(jià)值。

1 電梯控制器硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以6層電梯為例，選用了MCS-51單片機(jī)中的AT89C51作為系統(tǒng)的核心部件，配以適當(dāng)?shù)慕涌谧鳛檩斎胼敵鐾ǖ?，?shí)現(xiàn)了對(duì)電梯的運(yùn)行控制[2]。系統(tǒng)整體電路的設(shè)置有4大部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)電路、樓層選擇模塊、LED樓層顯示電路以及延時(shí)電路等。單片機(jī)最小系統(tǒng)又主要包括兩部分，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。當(dāng)電路復(fù)位以后，會(huì)在 LED顯示電路中顯示數(shù)字“1”，表示電梯此時(shí)的狀態(tài)，?？吭谝粯?。通過AT89C51來控制8位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示，來完成顯示電路，通過延時(shí)電路控制的電梯的?？课恢谩Ｒ?yàn)榭紤]到高層建筑的應(yīng)用，所以延時(shí)電路包括2秒延時(shí)和5秒延時(shí)，表示電梯每上升或下降一層將會(huì)經(jīng)歷2秒的時(shí)間，在保證電梯的運(yùn)行速度的同時(shí)，確保電梯的安全性。5秒延時(shí)表示電梯的開門時(shí)間，當(dāng)電梯開門后，會(huì)持續(xù)5秒時(shí)間，然后關(guān)門繼續(xù)運(yùn)行。通過3個(gè)發(fā)光二極管來表示電梯的運(yùn)行狀態(tài)。其中L1亮表示電器停止，L2亮則表示電梯正在向上運(yùn)行，L3亮則表示電梯正在向下運(yùn)行。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 樓層選擇模塊

樓層選擇模塊由4×4鍵盤矩陣電路組成，共16個(gè)按鍵。S1～S6依次代表電梯內(nèi)部的樓層選擇按鍵，S7～S16分別表示每個(gè)樓層內(nèi)部的上下選擇按鍵。矩陣電路接在主控芯片的P1.0～P1.3口上。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的引腳將會(huì)檢測(cè)到低電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼叫樓層的判斷以及電梯內(nèi)部的開關(guān)判斷。鍵盤矩陣電路如圖2所示。

1.2 樓層顯示模塊

樓層顯示電路采用一個(gè)8位數(shù)碼管，電梯所達(dá)到的樓層數(shù)以及電梯的運(yùn)行狀態(tài)是由單片機(jī)的P2.0—P2.7來控制8位數(shù)碼管所完成的。其中如果數(shù)碼管中的8腳（dp）被點(diǎn)亮?xí)r，則表示此時(shí)電梯是向上運(yùn)行，如果數(shù)碼管中的8腳不亮?xí)r，則表示電梯在此時(shí)是向下運(yùn)行，樓層顯示電路如圖3所示。

2 電梯控制器軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、調(diào)試與維護(hù)過程，同時(shí)也對(duì)程序代碼的優(yōu)化提供了極大的便利[3]。以控制器的功能為單位，分別進(jìn)行編寫和調(diào)試，保證各個(gè)子模塊程序的獨(dú)立性，在完成所有子模塊的程序調(diào)試之后，再將各個(gè)模塊進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，最后將所有的子程序模塊進(jìn)行鏈接從而構(gòu)成單片機(jī)軟件系統(tǒng)[4]。整個(gè)軟件系統(tǒng)由兩部分組成：系統(tǒng)主程序和任務(wù)子程序。分別具有不同的作用，系統(tǒng)主程序主要用來分配各個(gè)任務(wù)，以及協(xié)調(diào)任務(wù)的執(zhí)行順序，而任務(wù)子程序通過一系列的函數(shù)語句，來完成系統(tǒng)各個(gè)相互獨(dú)立子模塊的功能。主程序在完成系統(tǒng)初始化后，按照系統(tǒng)要求，執(zhí)行各子模塊的程序，最終任務(wù)結(jié)束。

本設(shè)計(jì)電梯控制器的子程序模塊主要由以下三部分組成：初始化子程序、鍵盤掃描子程序、樓層顯示子程序。軟件主要實(shí)現(xiàn)功能：（1）對(duì)程序的初始化從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子程序的調(diào)用；（2）鍵盤讀取數(shù)據(jù)功能；（3）用數(shù)碼管對(duì)電梯的運(yùn)行和所在的樓層進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，直觀易見。

2.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它的正確與否對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)都會(huì)產(chǎn)生重要影響，是整個(gè)程序的核心部分。通過調(diào)用相對(duì)獨(dú)立的子程序，來完成各項(xiàng)控制命令，從而滿足整個(gè)系統(tǒng)的功能。包括軟件控制語句的調(diào)用、函數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及全局變量的控制設(shè)定等。通過以上過程，將所設(shè)計(jì)的子程序鏈接起來，支撐起了整個(gè)軟件框架。主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）當(dāng)乘客進(jìn)入電梯后按下樓層選擇鍵之后，根據(jù)輸出的信號(hào)進(jìn)行樓層判斷，從而控制電梯的運(yùn)行方向；（2）通過進(jìn)行不斷的鍵盤掃描，來確保在電梯的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無誤的捕捉到各個(gè)樓層的呼叫請(qǐng)求；（3）電梯在運(yùn)行的過程中優(yōu)先同方向的呼叫請(qǐng)求，確保順序原則；（4）通過LED屏幕，同步顯示任意時(shí)刻電梯所處樓層的位置；（5）通過一定的延時(shí)來保證乘客有充分的時(shí)間進(jìn)出電梯；主程序流程圖如圖4所示。

2.2 鍵盤掃描子程序

識(shí)別鍵盤的按鍵是否按下主要依靠軟件的方法來實(shí)現(xiàn)，通過滿足系統(tǒng)對(duì)應(yīng)功能的鍵盤掃描程序來完成。采用了編程掃描工作的方式來判斷按鍵是否按下[5]。當(dāng)主程序開始運(yùn)行，就會(huì)對(duì)按鍵的使用情況進(jìn)行判斷，看是否滿足相應(yīng)的條件，每循環(huán)一次就會(huì)進(jìn)行一次判斷，當(dāng)查詢到有按鍵按下時(shí)，程序?qū)凑找韵路椒ㄟM(jìn)行處理：首先在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)先執(zhí)行一段延時(shí)子程序，延時(shí)時(shí)間設(shè)定為5ms，之后重新讀取鍵值。如果和第一次結(jié)果一致，那么則判斷有按鍵按下，否則將會(huì)放棄此鍵值。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下時(shí)，通過掃描方式讀取鍵值，然后根椐不同的鍵值轉(zhuǎn)向不同功能的按鍵處理程序，按鍵每閉合一次就進(jìn)行一次按鍵功能操作。如果已經(jīng)有按鍵按下，那么則引發(fā)了相應(yīng)的按鍵程序。鍵盤掃描程序流程圖如圖5所示。

2.3 樓層顯示子程序

樓層顯示子程序主要完成顯示電梯當(dāng)前所在的樓層。顯示電路采用的是七段數(shù)碼管顯示。采用了動(dòng)態(tài)掃描的方法來完成數(shù)碼管功能的實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)子程序的調(diào)用來完成數(shù)碼管的顯示。樓層顯示程序流程圖如圖6所示。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的6層電器控制器，根據(jù)電梯運(yùn)行提出系統(tǒng)控制要求，將控制器的控制功能分為若干模塊，結(jié)合了外圍的鍵盤輸入、LED顯示電路、延時(shí)電路等電路模塊，對(duì)電梯控制器的工作原理進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，可升級(jí)性強(qiáng)，滿足不同建筑對(duì)電梯要求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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