單片機在電梯自動控制中的應用研究

邵 瑩

（甘肅建筑職業技術學院，蘭州 730050）

單片機自身體積較小，系統處理速度快，整體成本消耗低，設備功能也比較完善，在電梯的選層、換速以及啟動等工序中應用比較普遍。與常見的電器控制模式相比，單片機應用在選層和中間繼電器的配置上，可以簡化設備、便于維修以及降低成本。此外，在微機系統中使用單片機還可以提升電梯運行安全性。要實現單片機在電梯自動控制中的有效應用，需要掌握電梯運行原理，做好單片機在電梯自動控制中的相應技術優化工作，確保單片機的優勢能夠充分發揮，以提升電梯的自動控制效益[1-3]。

1 電梯運行原理

電梯使用中，需要通過按鈕向電梯發送信號。電梯最高層及最低層信號按鈕都是一個，最高層按鈕向下傳遞信號，最底層按鈕向上傳遞信號。處于這之間的樓層按鈕需要傳遞上下兩個方向的信號。乘客在進入到電梯后，選擇他們要到的樓層，這個操作屬于內選信號。電梯轎廂的門和其他大廳的門都需要在電梯啟動的情況下及時關閉，這個關閉指令通過轎廂中的關門按鈕和定時關門指令控制。在高層建筑中，電梯在兩層樓之間有加速或者減速控制位置輸入信號。電梯在下樓層的情況下，裝置需要執行減速控制程序，確保電梯速度不減速通過這一樓層[4]。

電梯在運行時，乘客在大廳中對電梯下達指令。電梯通過順向截梯和反向記憶方式執行指令。在電梯到達最高層或者是最底層的情況下，系統會自主調整電梯運行方向，并在電梯的運行過程中處理相關樓層信息，針對不同的指令信息保持基本的運行方向。在遇到緊急情況時，電梯需要急停進行事故故障處理，必要時需要立刻執行停車命令。因此，系統中需要設定固定應急處理方式，有效應對電梯突發狀況，最大限度地保障用戶的電梯使用安全，提升自動控制效果。

2 電梯控制中的單片機工作原理

2.1 速度控制方面

電梯具體運行過程需要經歷3個重要環節，即加速啟動環節、勻速運行環節以及減速制動環節。用戶在乘梯中按下關門按鈕或者是系統自動關門后，電梯加速啟動。上升過程中，電梯勻速進行，最后達到指定樓層，減速制動，完成一個電梯運行過程。詳細過程如圖1所示。

在電梯運行中，如果用戶較多，可能需要頻繁制動，因此需要電梯調速器做好配合，這對調速器提出了較高的要求。要確保電梯的安全、穩定運行，需要控制好速度。以往的電梯設計中，多使用積分器式速度給定電路[5]。設備啟動一級制動需要結合時間來進行調整和控制，要確保相應速度曲線能夠在減速期間進行短距離爬行，會影響電梯的運行效率。單片機可以確保電梯在給定程序上工作，保證電梯順利實現相應性能指標。電梯在具體操作和運營中，采取理想曲線作為運行參考。電梯減速段需要廣電編碼盤提供的信號來確定電梯在相應階段的位置。

2.2 操控系統層面

傳統的電梯運行系統的控制功能需要依賴單片機來實現。這一過程需要選擇性能可靠的單片機。隨著設備的不斷優化，單片機的體積不斷減小，功能也更加全面，且新一代單片機能耗小，成本更低，廣泛應用于相關領域。單片機可以實現軟硬件資源的保留，使整體操作和應用更加理想。單片機中設置的波形發生器能夠有效傳遞目標信號，為各類電機提供可靠的驅動支持，尤其是變頻調速控制。將單片機作為電梯傳輸系統可以在縮小設備體積的情況下，提升設備的靈活性[6]。

圖1 基于單片機的電梯控制工作原理示意圖

3 單片機在電梯自動控制中的應用

3.1 總線技術

目前，國內電梯控制系統采用的總線技術為CAN總線技術，通過在控制器之間構建兩個雙絞線，實現其和控制器的連接。技術系統通過拓撲結構連接，操作更加便利，系統可靠性更強。在電梯實際運行中，相關參數和指標能夠及時反饋到控制中心的處理器，實現相關數據信息的整理，如圖2所示。將CAN控制器和引腳關聯，使其在輸出端口位置通過低電平信號接地和輸出保持高電平信號復位，以實現系統高速模式轉換，保證控制效果。

3.2 硬件資源提供

電梯最高層上部是設備房間，其中安裝著操控電梯的核心動力設備即拽動電動機，是實現電梯轎廂上下移動的核心動力基礎，還可以實現不同樓層門廳控制器的信號控制。通過主題控制器和相關媒介接收，確保轎廂精準運行，達到指定位置。單片機的應用需要做好主機控制器的選擇，以確保電梯的自動控制效果。主機控制器是電梯的主控制器，屬于電梯自動控制系統的核心組成部分，對電梯運行操作具有直接影響。這類控制器和電梯最頂部設備房間之間還包含動力設備，構成電梯動力控制的關鍵結構。轎廂控制器也是單片機在電梯自動控制中應用的關鍵設備，通過鍵盤和顯示屏的連接，可以建立和用戶之間的聯系，實現人機交互。曳引機可以通過鋼絲來牽引轎廂運動[7]。此外，在轎廂頂部還設置有門機控制設備，主要用于電梯門的控制，在電梯門長時間敞開的情況下關閉電梯門。門廳控制器是大內樓層之間的重要聯系裝備，可以在相應樓層進行呼叫的情況下，識別電梯的具體位置和運行狀態。

3.3 優化軟件設計

利用單片機進行電梯自動控制系統設計包含主體和子程序兩部分。具體設計中，需要對各類硬件進行初始化設計，做好相應程序的調節工作。第一，做好單片機在系統中的初始化設計，確保單片機各個端口基礎性輸入輸出功能，同時需做好PSEN管腳的高電平介入[8]。使用單片機，則可以使用不適用外界程序的儲存設備。第二，系統控制器的主要工作是讀取相應端口的工作狀態信息，結合具體的子程序，在確定信號后，通過PWN程序優化具體的控制器，傳輸電動機驅動信號。電梯電動機在啟動動作開始前，需要獲取精確的關門信號。電梯門關閉后進行驅動脈沖的傳輸，以避免電動機的異常轉動。此外，控制器需要抱閘信號傳輸，啟動抱閘裝置后，實現電動機啟動功能。第三，具體的軟件設計包含子程序初始化設計、子程序組成顯示設計以及子程序樓層控制設計。在電梯位于復位樓的情況下，子程序通過鍵盤矩陣掃描的方式，確定哪些按鍵被按下。如果沒有按鍵按下，需要進行重復掃描，判斷是否存在輸出值，借助子程序識別來實現電梯運行方向的控制。電梯運行還需要借助子程序完成鍵盤矩陣和電梯位置子程序的結合，處理按鍵信號。在電梯上行狀態下可以優先處理相應的信號，在完成全部按鍵信號指令后或者是電梯直接到達頂層后，子程序再對下行信號進行處理。

圖2 CAN總線技術在電梯自動控制中的應用示意圖

4 結語

單片機在電梯自動控制中的應用，屬于電梯自動控制技術研究的新領域。單片機能夠優化電梯操作，提升電梯運行的效率和穩定性。單片機還具備良好的檢測功能，能夠減少電梯故障，提升自動控制的安全性。因此，單片機可廣泛應用于電梯自動控制系統。