基于單片機電梯控制系統設計與實現

(六安職業技術學院，安徽 六安 237158)

0 引言

在高層建筑中發揮著不可或缺作用的電梯，在當今社會經濟活動與生活中已經成為了一種重要運輸工具。電梯控制系統現階段主要包括繼電器控制、可編程控制器控制、具有重量檢測精度高、成本低、功能與顯示多樣等優勢的單片機(微機)控制3種控制方式。本文基于使系統可根據按鍵要求合理地做出判斷的單片機AT89C52進行了電梯控制系統智能控制模塊的設計，保證高效、正確地完成載客任務。

1 系統架構

首先是微控制器AT89C52用作電梯控制系統模塊核心的系統架構。在本設計中，行列式鍵盤矩陣用于外部，LED顯示器則使用4511進行驅動，電梯的樓層顯示器采用LVled靜態顯示器，使用I/0接口和外圍電路進行協調控制，呼叫內部選擇電路。2個LED用于顯示電梯的狀態。建筑物樓層為5層，矩陣鍵盤為4×4。每個樓層的LV外部呼叫鍵以及開始鍵，當電梯向上行駛時，左燈點亮，緊急停止鍵和電梯演示密鑰共有16個鍵，其中包括當電梯向下行駛時右燈點亮的5個內部電梯樓層選擇鍵[1]。另外，設置了一個由有機玻璃制成、無蓋板六面體、高度為1.2 m的電梯轎廂井道指示燈，由皮帶輪懸掛并由電動機拉動，以顯示開/關門的狀態。轎廂在井道空間中上下移動。

①系統功能。首先響應每層的要求確定每層的位置和高度，并穩定速度。②準確定位運行位置，正確顯示電梯上下運行狀態，送至單片機進行過載判斷和信號，將其轉換成數字信號，顯示準確檢測重量。③調平層的開啟和關閉動作帶有相應的指示燈，實時顯示電梯所在樓層的位置及在調平層的末端給出相應的信號。按照“方向優先，距離第二”的原則，系統可以要求每層的平均工作時間，找平層的位置誤差應小于10 mm，并及時接收各層的呼叫信息。④具有“不能逆向響應功能”的該系統對外部呼叫信號進行判斷和自動響應，即在電梯的上行過程中，自行選擇操作路徑。在下行鏈路過程中，僅對上行呼叫進行相位響應并且反向調用無效。

2 硬件設計

1)需要將多種類型的電源隔離以增強電梯控制系統抗干擾能力的電源控制。系統可以根據實際需要使用系統中某些輸出電壓相同的模塊。選擇單片機邏輯電路的電源為5 V，可以選擇放大電路的電源為15 V，上述電源必須在同一地線，作為+3.3 V電源可以選擇+15 V和+5 V電壓應隔離的單片機的電源，并且應使用隔離的-5 V和+24 V電壓分別提供開關傳感器和開關信號的電源以及電梯設備電機的電源[2]。

2)在電梯控制系統中，非常重要的組件模塊是高精度檢測電梯重量的重量檢測模塊。價格便宜、檢測精度高的重量檢測用于基于單片機的電梯控制系統的重量檢測模塊中。可以在0～1 kg的壓力下輸出0～20 mv的電壓信號的功能，使得該重量傳感器可以通過與傳感器輸出端相連的儀器或測量放大器傳輸到將其轉換為/D數字信號以進行過載判斷和顯示的單片機。

3)為了提高系統在地板上的定位精度，電梯控制系統關鍵內容的位置顯示，使用了非接觸式光電反射傳感器。有2種位置檢測方法：傳感器具有抗干擾性能強的接觸式和轎廂位置顯示之一的非接觸式。在此設計中，可靠性高，響應速度快，傳感距離長的傳感器在設計中，將傳感器信號處理為高/低電平，精度高，發散角小，并在轉換和隔離后將其發送到單片機。電梯控制系統電源電壓為15 V，安裝在每個樓層和電梯的極限位置。

4)基于單片機AT89C52根據系統設定速度值的電機控制。電梯控制系統的電機控制模塊單片機輸出不同占空比的PWM，電機速度控制可以實現硬件平滑濾波后對運行速度的控制；確定電梯上下線或停止位置的電機運行方向的控制：一個引腳控制電梯設備繼電器的接通狀態的單片機，根據控制系統的輸入信號進行邏輯分析，然后實現電機的升降。處理電梯到達地面時的電梯轎廂比率：可以在系統設計系統中使用反向電壓控制，當電梯到達地面時，控制系統直接切斷電源的電梯轎廂會引起地面錯誤，具有一定提高調平精度的實用性[3]。

5)單片機與上位機之間通過RS232串口連接的串行通信。基于AT89C52單片機的電梯控制系統在上位計算機接收到單片機發送的呼叫信號后，使用RS232串口三線，兩端與接收端相連，發送端與5個端接地，在RS232和TTL電平的轉換下，將難以控制的控制系統的操作信息通過交叉串口與單片機連接，發送給單片機，實現系統的串行通信。

3 軟件設計

電梯控制系統的整個功能實現主要包括控制模塊軟件的實現和判斷子程序。

1)主程序模塊。為了可以準確地進行相應的操作，通過判斷相應的功能鍵，系統的主程序主要用于變量和其他組件的初始化，以實現特殊功能。

2)判斷子程序。系統判斷子程序的實現過程中，通常需要根據當前樓層狀態和對應的樓層進行相應的處理，在相應的中斷子程序中，對相應樓層進行邏輯判斷。例如，在應用了2個樓層時，如果第2層的應用比第1層的應用更接近當前層的狀態，首先，在上升狀態下舉升標志位，響應第2個應用，然后響應其他應用程序。如果出現故障，它將以相反的順序響應，需要進一步的邏輯思考和判斷。同時，如果當前樓層下面有1個樓層應用程序，則還應該根據升高和降低的標志位來判斷。如果它處于上升狀態，則應首先響應上層，然后響應第2個應用[4]。

4 系統調試

1)硬件測試。根據硬件電路圖，檢查硬件電路的接線是否與電路原理圖一致。從靜態檢查開始，用萬用表測試，檢查組件的型號、極性和安裝，檢查電路組件是否已連接。另外，進行通電檢查，調試電源部分，使用示波器檢測單片機的復位和晶體振蕩器電路中是否存在復位信號和振蕩信號[5]。首先，接上220 VAC電源，整個電路只需要+SV電壓，測試變壓器的輸出端是否與理論計算值一致。

2)軟件調試和整體調試。模擬器正常運行后，由仿真器調試。將程序與刻錄機一起刻錄到AT89CS1單片機中，并進行離線調試。

5 結語

系統設計完成后，連接電源進行調試。打開電梯電源，在電梯上升/下降隊列的響應過程中，選擇各層鑰匙，相應的上升/下降指示燈正常顯示，每個模塊的功能都可以正常使用，基本實現了運行仿真，電梯運行即可完成。基于單片機的電梯控制系統AT89C52包括單片機系統、呼叫信號傳輸系統、電機控制模塊等。系統利用模塊設計思想進行了電梯各模塊的硬件設計和軟件設計，并對電梯進行了總體調試，具有方向優先、距離優先、完成設計指標的功能，得到了基于單片機的電梯控制系統。運行測試表明，基于單片機的電梯控制系統設計具有很多優點，如成本低、功能多樣、靈活性強、精度高等，使系統可根據按鍵要求，合理地做出判斷，高效、正確地完成載客任務，為電梯控制系統的優化提供了參考。