1、课 题 基于 51 单片机的模拟电梯控制系统 所属教学单位 专 业 年 级 学 号 姓 名 指导教师 2011 年 11 月 22 日摘要本文介绍了基于单片机的电梯控制系统，硬件部分主要由单片机最小系统模块、电梯内外电路按键模拟检测模块、电梯外请求发光管显示模块、楼层显示数码管模块、电梯上下行模块及模拟传感器模块等 5 部分组成。该系统采用单片机（AT89C51）作为控制核心，内外均使用按键按下与否引起的单片机相应端口电平变化的原理，作为用户请求信息发送到单片机，单片机根据判断的结果最终驱动步进电机做相应的运动，在运动的过程中，单片机依照请求信息通过模拟的传感器使步进电机停止运动，并利用彩灯作
2、为上升和下降的状况显示，七段数码管实时显示当前楼层，完成整个请求和响应的过程。软件部分使用汇编语言实现，利用查询方式来检测用户请求的按键信息。根据电梯运行到相应楼层时，模拟按键引起的电平变化，进行判断和执行实现电梯的控制，并且将程序模块化，方便了修改和调用。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了四层电梯的模拟运行。关键词：单片机，AT89C51，电梯控制，步进电机I目录摘要 .I目录 .II第 1 章 绪论 .11.1 电梯的研究背景及意义 .11.2 电梯的国内外发展状况 .1第 2 章 电梯设计任务与要求 .22.1 设计任务 .22.2 设计要求 .3第 3 章 总体设计方案 .33.1
3、 设计思路 .33.2 总体设计框图 .3第 4 章 电梯控制系统 .44.1 电梯控制系统 .44.2 主要硬件设计器件介绍 .64.3 软件设计 .10第 5 章 个人心得体会 .13参考文献 .14致谢 .15附录 I： .16附录 II： .19基于 51 单片机的电梯控制系统 0 0第 1 章 绪论1.1 电梯的研究背景及意义电梯是高层宾馆、商城、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的可靠性、舒适感和美学等方面的要求也有了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，而对
4、现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上， 电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全 5 倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 8
5、0 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。1.2 电梯的国内外发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪 80 年代以来，随
6、着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004 年总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减速的迹象。从 1949 年建国以来全国共生产安装了 6l 万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有 l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用电梯将达到 130 万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。到 2005 年，中国电梯的年产量达到 135 万台，与 1980 年相比，25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 178。2005 年安装验收电梯 124465 台，截至 05
7、 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达 l 万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几
8、家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的 51。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分，将为人们的生活带来更大的方便。基于 51 单片机的电梯控制系统 1 1第 2 章 电梯设计任务与要求2.1 设计任务设计并制作一个电梯控制模型，并可以通过程序控制步进电机，实现电梯的运行控制。电梯模型示意图如下图所示2B CA D34F GE H DJ1M图 2-1 电梯控制模型示意图2.2 设计要求（1）
9、用 AT89C51 单片机，实现用步进电机带动电梯的 4 层楼电梯运行控制系统。基于 51 单片机的电梯控制系统 2 2（2）每层楼都具有显示和请求的功能。（3）显示电梯的运行状态并实时显示电梯所在楼层位置。第 3 章 总体设计方案3.1 设计思路本次设计的总思想是，用开关作为电梯内外的请求按键，按键和单片机的口相连，按键按下为低电平，将信号传送到单片机，单片机根据各口的信号进行判断处理，处理完毕后控制步进电机运动，实现电梯的上下运动，采用传感器确定电梯所在的楼层数及电梯准确停止的位置，用七段数码管显示电梯所在楼层，用 LED 灯显示电梯的运行上下运行状态。3.2 总体设计框图单 片 机延时电
10、路外部显示数码显示内部显示传感器电机正反转复位电路时钟电路基于 51 单片机的电梯控制系统 3 3图 3-1 电梯单片机控制系统结构框图第 4 章 电梯控制系统4.1 电梯控制系统电梯运行的基本过程是:由外部的呼叫信号给出呼叫，控制系统判断电梯目前所处的位置和显示当前电梯所在的楼层，并与呼叫楼层进行对照确定电梯的运行方向。若反方向，则改变方向到呼叫层，若同方向直接运行到呼叫层。整个设计由两块 51 单片机分别控制：图 4-1 是电梯控制系统的外部请求电路和内部显示电路及电机驱动的原理图，图 4-2 是电梯控制系统的电梯所在位置的外部显示电路和当前电梯所在楼层索定电路原理图。具体分析如下：图 4
11、-1 电梯外部请求电路和内部显示电路及电机驱动原理图基于 51 单片机的电梯控制系统 4 4图 4-1 为电梯控制系统的外部请求电路和内部显示电路及电机驱动的原理图，整个设计清晰明了，连接说明如下：P0 口：接七段数码管,显示下一目标楼层。P1 口：接步进电机。P1.0-P1.3 接电机的驱动模块 IN1-IN4。P2-P3 口：P2.0-P2.3 接电梯内部的 1-4 的楼层请求按键。P2.4 接四楼下的请求键，P2.5 和P2.6 接三楼外部的上下请求按键，P2.7、P3.0 接二楼的上下请求按键，P3.1 接一楼上的请求按键。图 4-2 电梯控制系统的电梯所在位置的外部显示电路和当前电梯
12、所在楼层索定电路原理图基于 51 单片机的电梯控制系统 5 5图 4-2 电梯控制系统的电梯所在位置的外部显示电路和当前电梯所在楼层索定电路原理图，具体分析如下： P0 口接电梯所在位置显示的七段数码管。P1.0 接指示电梯上行的显示灯，P1.1 接指示电梯下行的显示灯。P2.0-P2.4 分别接索定电梯所在位置的 1-4 楼的电刷模拟传感器。4.2 主要硬件设计器件介绍 电梯控制系统的软件在硬件支持下运行，指挥系统进行相应的控制。软件均采用 MCS51 汇编语言写成，约占内存 35K 左右.由于电梯控制系统实时采集数据量少，没有在系统中扩展随机RAM，只使用了 8031 片内 RAM 来安排
13、呼叫信号的记录，判断输出状态，满足了程序调用的需要。在整个的设计过程中，主要有两大硬件：51 单片机和六线四相步进电机，51 单片机作为电梯的大脑起控制作用，步进电机作为电梯的动力之源，在 51 单片机的控制下带动电梯运动。两者结合再加上附加电路组成了完整的电梯系统。基于 51 单片机的电梯控制系统 6 651 单片机的主要功能和各引脚功能如下所示：图 4-3 51 单片机的引脚分布图51 单片机的主要特性：与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器 5
14、个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年51 单片机的管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TT
15、L 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：P3 口管脚备选功能：
