基于單片機的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計

劉寰

摘要：本文設(shè)計了基于單片機的電梯控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯樓層顯示、運行方向顯示以及電梯內(nèi)外樓層選擇功能。同時對電梯控制系統(tǒng)運行的精度和穩(wěn)定性方面起到了很大的改善作用，有效縮短了電梯的運行時間，該系統(tǒng)簡單可靠且易于升級維護。

關(guān)鍵詞：電氣控制器；單片機；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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困難的問題[1]。因此設(shè)計了一個基于單片機的電梯控制器，在擁有體積小、成本低等優(yōu)勢的同時，還具有易升級維護等特點，具有良好的推廣價值。

1 電梯控制器硬件設(shè)計

本設(shè)計以6層電梯為例，選用了MCS-51單片機中的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溃瑢崿F(xiàn)了對電梯的運行控制[2]。系統(tǒng)整體電路的設(shè)置有4大部分組成：單片機最小系統(tǒng)電路、樓層選擇模塊、LED樓層顯示電路以及延時電路等。單片機最小系統(tǒng)又主要包括兩部分，復(fù)位電路和時鐘電路。當(dāng)電路復(fù)位以后，會在 LED顯示電路中顯示數(shù)字“1”，表示電梯此時的狀態(tài)，停靠在一樓。通過AT89C51來控制8位數(shù)碼管實時顯示，來完成顯示電路，通過延時電路控制的電梯的停靠位置。因為考慮到高層建筑的應(yīng)用，所以延時電路包括2秒延時和5秒延時，表示電梯每上升或下降一層將會經(jīng)歷2秒的時間，在保證電梯的運行速度的同時，確保電梯的安全性。5秒延時表示電梯的開門時間，當(dāng)電梯開門后，會持續(xù)5秒時間，然后關(guān)門繼續(xù)運行。通過3個發(fā)光二極管來表示電梯的運行狀態(tài)。其中L1亮表示電器停止，L2亮則表示電梯正在向上運行，L3亮則表示電梯正在向下運行。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，對應(yīng)的引腳將會檢測到低電平，實現(xiàn)對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8位數(shù)碼管，電梯所達到的樓層數(shù)以及電梯的運行狀態(tài)是由單片機的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）被點亮?xí)r，則表示此時電梯是向上運行，如果數(shù)碼管中的8腳不亮?xí)r，則表示電梯在此時是向下運行，樓層顯示電路如圖3所示。

2 電梯控制器軟件設(shè)計

本設(shè)計采用了模塊化設(shè)計方法，大大簡化了設(shè)計、調(diào)試與維護過程，同時也對程序代碼的優(yōu)化提供了極大的便利[3]。以控制器的功能為單位，分別進行編寫和調(diào)試，保證各個子模塊程序的獨立性，在完成所有子模塊的程序調(diào)試之后，再將各個模塊進行聯(lián)合調(diào)試，最后將所有的子程序模塊進行鏈接從而構(gòu)成單片機軟件系統(tǒng)[4]。整個軟件系統(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)各個相互獨立子模塊的功能。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。軟件主要實現(xiàn)功能：（1）對程序的初始化從而實現(xiàn)對各個子程序的調(diào)用；（2）鍵盤讀取數(shù)據(jù)功能；（3）用數(shù)碼管對電梯的運行和所在的樓層進行實時顯示，直觀易見。

2.1 主程序設(shè)計

主程序的設(shè)計至關(guān)重要，它的正確與否對整個設(shè)計都會產(chǎn)生重要影響，是整個程序的核心部分。通過調(diào)用相對獨立的子程序，來完成各項控制命令，從而滿足整個系統(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)計的子程序鏈接起來，支撐起了整個軟件框架。主要實現(xiàn)的功能有：

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

2.2 鍵盤掃描子程序

識別鍵盤的按鍵是否按下主要依靠軟件的方法來實現(xiàn)，通過滿足系統(tǒng)對應(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)主程序開始運行，就會對按鍵的使用情況進行判斷，看是否滿足相應(yīng)的條件，每循環(huán)一次就會進行一次判斷，當(dāng)查詢到有按鍵按下時，程序?qū)凑找韵路椒ㄟM行處理：首先在第一次檢測到有鍵按下時先執(zhí)行一段延時子程序，延時時間設(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，否則將會放棄此鍵值。當(dāng)確認有按鍵按下時，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。采用了動態(tài)掃描的方法來完成數(shù)碼管功能的實現(xiàn)，通過對子程序的調(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)計的6層電器控制器，根據(jù)電梯運行提出系統(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、延時電路等電路模塊，對電梯控制器的工作原理進行研究和設(shè)計。電路結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，可升級性強，滿足不同建筑對電梯要求，具有良好的應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]徐正坤.基于AT89C52單片機的電梯控制系統(tǒng)[J].電子制作，2014，（18）：4-5.

[2]梁曉明.簡易4層電梯控制電路[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2013，（3）：32-33.

[3]朱曉鋒.基于STM32的污水處理pH值控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].上海：東華大學(xué)，2012.

[4]張澤根，周洪，夏明曄.基于單片機的油量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息，2011，（1）：11-12.

[5]閆飛.基于CAN總線的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)[D].西安：西安科技大學(xué)，2009.endprint