基于單片機(jī)的電梯運(yùn)行自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)分析

劉傳軍

摘 ? ?要：電梯作為樓宇垂直運(yùn)輸工具，在樓房建筑中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。隨著超高層建筑的增多，對(duì)電梯的安全性、低能耗、舒適性以及快捷性有了更高的要求。本文以單片機(jī)自動(dòng)電梯作研究對(duì)象，詳細(xì)的介紹了單片機(jī)電梯自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文所涉及的單片機(jī)電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方人工智能技術(shù)，對(duì)以往的電梯自控系統(tǒng)進(jìn)行了一定的優(yōu)化升級(jí)，旨在能夠有效提升電梯控制水平，改善電梯運(yùn)行舒適度。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)電梯 自動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)

1 ?前言

隨著高層和超高層建筑增多，為了能夠滿足人們提倡生活和工作，樓宇垂直運(yùn)輸?shù)母咝浴踩院褪孢m性等有待提升。因此，樓房建筑的電系統(tǒng)自控系統(tǒng)非常重要。基于單片機(jī)電梯自控系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其中最為關(guān)鍵技術(shù)就是單片機(jī)的應(yīng)用。單片機(jī)電梯自控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就在于其適應(yīng)性非常強(qiáng)，可以嵌入到各種儀器設(shè)備中，可以徹底的改變電梯操作工的工作模式，極大的提升電梯工作效率。

2 ?系統(tǒng)框架與功能設(shè)計(jì)

2.1 ? 系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的是AT89S53單片機(jī)作為核心，電自控系統(tǒng)的基本框架：在電梯井的頂部設(shè)置拽動(dòng)機(jī)帶來帶動(dòng)電梯轎廂的上下運(yùn)行，電梯的自控系統(tǒng)通過RS485接收各門廳的控制召喚信號(hào)，從自動(dòng)控制轎廂運(yùn)行。本系統(tǒng)框架的核心內(nèi)容：主控制器、轎廂控制器、曳引裝置以及門廳控制器。主控制器就是電梯控制器，在單片機(jī)電梯自控系統(tǒng)的主要部分，與電梯井頂端的電梯曳引裝置共同負(fù)責(zé)電梯的運(yùn)行控制，是電梯自控系統(tǒng)的核心。轎廂控制器是電梯系統(tǒng)的運(yùn)載裝置，通過轎廂中的樓層指示鍵盤、顯示屏將乘客與電梯建立聯(lián)系。曳引裝置通過鋼絲來牽引電梯的上線運(yùn)行。門廳控制器是每個(gè)樓層的電梯召喚裝置，發(fā)出每層電梯的呼叫信號(hào)，顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 ?系統(tǒng)功能

可以識(shí)別出樓層的高度、各樓層的高度位置，立即響應(yīng)各個(gè)樓層的信號(hào)召喚;電梯運(yùn)行穩(wěn)定、噪音小、定位準(zhǔn)，運(yùn)行過程中有指示燈提醒，電梯的上下運(yùn)行狀態(tài)，并且可實(shí)時(shí)顯示電梯所在的樓層位置;平層時(shí)開門或者關(guān)門到電梯繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間不超過5s，平層結(jié)束會(huì)各處指示信號(hào)，平層誤差在10mm之內(nèi);及時(shí)接受各樓層的召喚信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的算法選擇最佳運(yùn)行方案，可以大大提升電梯的運(yùn)行效率;單向響應(yīng)功能，即電梯上升過程中只響應(yīng)上行呼叫，電梯下降過程中只響應(yīng)下行呼叫，任何逆向呼叫均無效。

3 ?硬件部分的設(shè)計(jì)

3.1 ? 樓層顯示模塊

單片機(jī)電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電梯轎廂運(yùn)行的樓層位置自動(dòng)顯示樓層編號(hào)，所采用的是數(shù)碼管顯示技術(shù)。在每一層樓層中和轎廂內(nèi)分別甚至數(shù)碼顯示管在電梯內(nèi)等待出電梯的乘客可清楚的知道電梯運(yùn)行位置和即將到達(dá)的樓層位置。實(shí)現(xiàn)方式是通過一根數(shù)碼管，與若干根數(shù)據(jù)相連，當(dāng)電梯達(dá)到時(shí)會(huì)顯示當(dāng)前樓層編碼。

3.2 ?電梯按鍵模塊

單片機(jī)電梯的按鍵較多，為了能夠滿足單片機(jī)I/O接口的數(shù)量，所以在大型建筑物的電梯中可以選用行列式鍵盤矩陣。例如文章中的單片機(jī)電梯實(shí)例所采用的是4鍵盤矩陣，4個(gè)按鍵從上到下依次豎向排列，P2.0-P2.3是接單片機(jī)的P2端口，按鍵識(shí)別方法采用的是行列掃描法來進(jìn)行判斷，根據(jù)設(shè)定的按鍵功能，通過單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制。

3.3 ?門廳指示模塊

門廳指示功能通以AT89S52單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)了電梯上行和下行召喚信號(hào)的輸入和存儲(chǔ)，門廳外設(shè)置液晶顯示屏，用來指示電梯的運(yùn)行方向、電梯轎廂當(dāng)前所處的樓層位置以及電梯門的打開與關(guān)閉狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)方式，采用RS-485總線接入的通信方式來實(shí)現(xiàn)。

3.4 ?語音提示模塊

本系統(tǒng)中所采用的是智能模擬人聲發(fā)音來提示電梯轎廂即將到達(dá)的樓層、已經(jīng)達(dá)到的樓層、電梯運(yùn)行方向等，另外當(dāng)出現(xiàn)緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電梯的語音提示模塊設(shè)計(jì)非常簡單，只需設(shè)置軟件驅(qū)動(dòng)與硬件電路即可實(shí)現(xiàn)電梯的語音提示功能，基本上能夠滿足電梯運(yùn)行自控系統(tǒng)對(duì)語音提示的要求。實(shí)現(xiàn)場景：當(dāng)電梯到達(dá)樓層時(shí)，會(huì)有語音提示，同時(shí)電梯門會(huì)打開，綠燈亮起;3s之后再次語音提示，同時(shí)電梯門關(guān)閉，紅燈亮起。

3.5 ?升降指示燈模塊

當(dāng)電梯上升時(shí)，指示燈依次從低層到高層亮燈，直到到達(dá)信號(hào)呼叫的最高層。當(dāng)電梯下降時(shí)，指示燈燈依次從高層到低層亮燈，直到到達(dá)所選樓層。

4 ?自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

軟件系統(tǒng)程序主要實(shí)現(xiàn)功能，電梯控制器能夠接收到包括外部信號(hào)在內(nèi)的鎖梯信號(hào)、消防信號(hào)、滿載信號(hào)、超時(shí)信號(hào)、超重信號(hào)、關(guān)門到位信號(hào)、直達(dá)信號(hào)等。電梯控制器可以直接控制電梯系統(tǒng)的液晶顯示屏所顯示的電梯運(yùn)行狀態(tài)，能夠直接控制電梯逆變電路來間接的控制電梯電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓以及控制電梯運(yùn)行速度等。最后，控制電梯完成上下行的加速與減速，上下行再平層、檢修上行、檢修下行以及停靠運(yùn)行等過程。軟件采用的是分層次模塊化的設(shè)計(jì)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)控制下，由若干子系統(tǒng)組成，以便實(shí)現(xiàn)多功能、智能化的操作。根據(jù)現(xiàn)實(shí)的要求，單片機(jī)電梯的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件主程序程序應(yīng)該滿足以下要求：（1）系統(tǒng)初始化時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示為“1”，此時(shí)電梯處于一樓，電梯處于等待狀態(tài);（2）電梯控制器讀取端口的狀態(tài)信息，根據(jù)這些信息來分別調(diào)用子系統(tǒng)功能。如果存在呼叫信號(hào)或者選梯信號(hào)時(shí)，控制器可以調(diào)用啟用軟件程序，發(fā)送起啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖。在發(fā)送啟動(dòng)電機(jī)信號(hào)之前，要讀取到電梯關(guān)門到位的信號(hào)，當(dāng)關(guān)門到位之后開始發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，但是此時(shí)電梯轎廂并未開始運(yùn)行，需要電梯控制器發(fā)送開抱關(guān)閘信號(hào)，當(dāng)電梯系統(tǒng)接收到了抱閘信號(hào)時(shí)，電梯才可以根據(jù)請(qǐng)求運(yùn)行。（3）主程序可以通過延時(shí)來對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得電動(dòng)機(jī)速度達(dá)到額度速度，同時(shí)控制器可以再次讀取端口狀態(tài)信息確定電梯是否達(dá)到平層換速點(diǎn)，往復(fù)巡檢，達(dá)到換速點(diǎn)之后減速，同時(shí)讀取平層狀態(tài)，發(fā)送抱閘信號(hào)。（4）在電梯的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)會(huì)不斷的掃描電梯鍵盤，判斷各個(gè)樓層的電梯呼叫請(qǐng)求。（5）實(shí)時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀況（上行、下行、平層、停靠），開門時(shí)會(huì)自動(dòng)延時(shí)給乘客預(yù)留進(jìn)出時(shí)間。

5 ?系統(tǒng)測試

以四層樓建筑作為系統(tǒng)測試案例。電梯在接通電源之后，系統(tǒng)的各個(gè)模塊均能正常運(yùn)行，電梯所有信號(hào)指示燈均正常工作。經(jīng)過測試，電梯在按照某一方向運(yùn)行時(shí)，具有該方向上的優(yōu)先相應(yīng)。當(dāng)電梯在一樓等待時(shí)，分別按下二樓和三樓的上下按鈕以及四樓的線下按鈕，呼叫順序可隨意調(diào)整。

由此可見，當(dāng)電梯在向上運(yùn)行時(shí)，會(huì)優(yōu)先相應(yīng)向上呼叫，注銷向下呼叫，當(dāng)電梯向下運(yùn)行時(shí)則相反。當(dāng)同一方向運(yùn)行時(shí)，如果多個(gè)同方向的呼叫，優(yōu)先響應(yīng)最近樓層的呼叫，在響應(yīng)較遠(yuǎn)樓層的呼叫。

6 ?總結(jié)

本系統(tǒng)是基于AT89S52單片機(jī)的電梯運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，充分利用單片機(jī)的適應(yīng)性，整合電梯系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯自動(dòng)控制，包括呼叫請(qǐng)求、平層識(shí)別、自動(dòng)平層、速度調(diào)試、轎廂命令以及指令顯示等功能。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大提升電梯的運(yùn)行效率，徹底擺脫電梯操作工模式。

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