單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的實(shí)踐應(yīng)用分析

羅誠(chéng)

（沈陽藍(lán)光新一代技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽 110003）

單片機(jī)本身體積相對(duì)較小、處理速度較快、且它的價(jià)格低廉、功能表現(xiàn)強(qiáng)大，是目前最為重要的工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)。在電梯自動(dòng)控制技術(shù)體系中，主要結(jié)合啟動(dòng)、選層、平層、換速、停車等諸多控制環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，確保單片機(jī)系統(tǒng)檢修運(yùn)行與維護(hù)工作到位。就整體而言，要結(jié)合單片機(jī)控制機(jī)制，避免因外圍設(shè)備故障導(dǎo)致芯片損壞，增強(qiáng)單片機(jī)及相關(guān)設(shè)備的可靠性。

一、單片機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用概述

電梯自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)于電梯的安全屬性升級(jí)是具有重要促進(jìn)作用的，目前比較常用的電梯自動(dòng)控制設(shè)備不但造價(jià)較高，且其檢修、維護(hù)相對(duì)困難。為此，單片機(jī)若有效應(yīng)用于電梯自動(dòng)控制過程中，能有效改善上述問題，不斷提高電梯自動(dòng)控制技術(shù)的安全可靠性。單片機(jī)內(nèi)配有能夠高速處理數(shù)據(jù)的CPU 內(nèi)核，同時(shí)集成有I/O 口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、A/D 某塊等外設(shè)，配合外圍電路可以建立一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。實(shí)際上，單片機(jī)是非常適合于當(dāng)前電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的，它在系統(tǒng)中可替代PLC、時(shí)間繼電器等多種器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備種類與數(shù)量的有效精簡(jiǎn)。結(jié)合電梯自動(dòng)控制原理，優(yōu)化單片機(jī)外圍設(shè)備接口芯片，充分發(fā)揮單片機(jī)的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[1]。

二、電梯自動(dòng)控制運(yùn)行原理闡述

在電梯自動(dòng)控制運(yùn)行過程中，需要利用外呼按鈕向電梯傳遞呼梯信號(hào)，使電梯能夠前往產(chǎn)生外呼信號(hào)的樓層，電梯運(yùn)行的另一信號(hào)來源為轎廂內(nèi)選信號(hào)，電梯將前往內(nèi)選信號(hào)樓層，電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)將通過以上兩種指令信號(hào)建立加速與減速控制機(jī)制。當(dāng)電梯處在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要通過特殊邏輯處理外呼信號(hào)：當(dāng)前運(yùn)行方向下，電梯順向截梯，此時(shí)需要結(jié)合運(yùn)行方向、運(yùn)行速度、所處樓層等信息顯示分析電梯緊急停車過程，并執(zhí)行停車命令，系統(tǒng)進(jìn)入語音播放邏輯，播放當(dāng)前樓層等信息。單片機(jī)控制新型智能電梯語音原理圖，如圖1[2]。

圖1 單片機(jī)控制新型智能電梯原理示意圖

三、單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)中的硬件電路與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)中的硬件電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的硬件電路設(shè)計(jì)，主要結(jié)合電梯內(nèi)選信號(hào)電路與電梯樓層信息顯示電路兩點(diǎn)來看[3]。

電梯內(nèi)選信號(hào)硬件電路，是圍繞單片機(jī)輸入口設(shè)計(jì)，采用輸入端口外接下拉電阻建立并行輸入的技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)。一般來說，其電路中可以采用4x4 矩陣鍵盤，通過8 個(gè)IO 口，實(shí)現(xiàn)16 路按鍵輸入。通過掃描技術(shù)獲取按鍵鍵值，為確保獲取鍵值準(zhǔn)確，要做好以下兩點(diǎn)設(shè)計(jì)：

其一，要判斷鍵盤按鍵按下時(shí)的電平狀況，電路中的全部行線通過下拉電阻置于低電平狀態(tài)，并接入單片機(jī)輸入口，縱線接入單片機(jī)輸出口，在縱線的輸出口上按固定時(shí)序循環(huán)產(chǎn)生高電平。鍵盤中按鍵按下時(shí)，需要確保行線與縱線相互交叉，此時(shí)按下按鍵的行線輸入口上可以識(shí)別到，其所在縱線循環(huán)產(chǎn)生的高電平，從而確定按下的按鍵所在行。進(jìn)而通過當(dāng)前縱線產(chǎn)生高電平的線號(hào)確定縱線，通過行線和縱線就能定位按下的按鍵。根據(jù)掃描按鍵的工作原理可知，為了獲取準(zhǔn)確鍵值縱線高電平的循環(huán)時(shí)間要足夠快，且行線掃描到高電平時(shí)要及時(shí)確定縱線位置；其二，按鍵按下的過程中存在抖動(dòng)的情況，為保證按鍵鍵值準(zhǔn)確輸入信號(hào)要進(jìn)行去抖動(dòng)和抗干擾處理，防止錯(cuò)誤信號(hào)被單片機(jī)識(shí)別。

電梯樓層信息顯示電路，通過全雙工串行通信，配合外圍芯片組合成串并口輸入與輸出電路。采用發(fā)光二極管直接驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)低電平點(diǎn)亮二極管，作為電梯運(yùn)行方向指示燈[4]。通過IIC通訊配合LED專用驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)七段碼數(shù)碼塊顯示當(dāng)前樓層。

（二）單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，有效提高電梯整體運(yùn)行效率。在軟件設(shè)計(jì)中，需要反復(fù)調(diào)用電梯參數(shù)，為避免多次調(diào)用地址難以判斷問題，可將參數(shù)發(fā)送至外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，保存于固定地址內(nèi)。在電梯開關(guān)門條件判斷過程中，需要分析當(dāng)前電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合電梯開關(guān)門邏輯，將電梯停靠在指定樓層后，并確保轎廂平層完成后，方可執(zhí)行開關(guān)門操作。在轎廂實(shí)際運(yùn)行過程中，要結(jié)合當(dāng)前梯速，轎廂當(dāng)前所在樓層，轎廂目標(biāo)樓層，分析電梯加速與減速曲線，確保單片機(jī)輸出相應(yīng)加速與減速信號(hào)。與此同時(shí)，要對(duì)電梯內(nèi)外部請(qǐng)求數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理電梯運(yùn)行相關(guān)控制數(shù)據(jù)，確保電梯控制系統(tǒng)優(yōu)化流程順利推進(jìn)[5]。

四、單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的設(shè)計(jì)方案應(yīng)用

對(duì)單片機(jī)在電控自動(dòng)控制中的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，要優(yōu)化程序設(shè)計(jì)原理，優(yōu)化硬件電路，下文具體來談：

（一）設(shè)計(jì)原理的優(yōu)化

利用單片機(jī)的電梯自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案中，為保證電梯高效運(yùn)行，需要反復(fù)調(diào)用電梯位置ASK1 以及呼梯請(qǐng)求ASK2，以了解電梯狀況與外呼請(qǐng)求。通過采用DPTR 指針自加功能，結(jié)合外部存儲(chǔ)器變址尋址方式建立多次調(diào)用機(jī)制。結(jié)合判斷使用地址，保證單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制過程中參數(shù)獲取正確。在關(guān)門條件判斷過程中，則需要確保程序運(yùn)行邏輯正確，條件達(dá)標(biāo)，保證電梯開關(guān)門執(zhí)行到位。在結(jié)合樓層信息分析加速與減速位置時(shí)，同時(shí)處理高速與低速信息，并做好轉(zhuǎn)換低速后停車準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)原理優(yōu)化過程中，還需要結(jié)合電梯自動(dòng)控制技術(shù)體系中的其他模塊分析單片機(jī)應(yīng)用效果，確保單片機(jī)應(yīng)用到位，體現(xiàn)一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)[6]。

（二）優(yōu)化硬件電路

針對(duì)直流調(diào)速控制系統(tǒng)中額定電壓進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，確保電路設(shè)計(jì)留有足夠余量，電梯直流調(diào)速系統(tǒng)額定電壓大約為230V。為了保證供電質(zhì)量，通常需要結(jié)合三相降壓變壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓的有效降低，同時(shí)能夠規(guī)避網(wǎng)側(cè)3 次諧波所帶來的諸多不良影響。在這里，大多采用△/Y 聯(lián)結(jié)提高變壓器轉(zhuǎn)換效率[7]。

另一方面，需要判斷鍵盤中閉合鍵位置內(nèi)容，對(duì)鍵盤中的按鍵狀況進(jìn)行確認(rèn)分析，了解確定鍵盤中形成閉合鍵內(nèi)容，明確鍵位位置。結(jié)合某根行線調(diào)整低電平，確保行線始終保持低電平位置。在對(duì)各個(gè)列線的電平狀況狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)過程中，需要對(duì)某一列電平建立有效高電平輸出。在與低電平行線交叉位置按鍵按下時(shí)所在行線電平由低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

在針對(duì)電梯樓層信息顯示電路進(jìn)行分析過程中，需要保證其數(shù)碼管顯示信息完全一致，例如要設(shè)計(jì)一個(gè)LED 數(shù)碼管顯示器用來顯示電梯樓層等信息，配合串行口TXD以及RXD進(jìn)行全雙工串行通信，結(jié)合同步移位寄存器，通過解析RXD 數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)，同時(shí)配置TXD 端的串行輸出同步移位，有效調(diào)整串行口配合外圍芯片建立一套完整的多個(gè)串行并口輸入與輸出電路。這一輸入與輸出電路可以用來顯示電梯運(yùn)行方向與電梯門開關(guān)電路。采用發(fā)光二極管配合上拉電阻，對(duì)電源直接驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保低電平應(yīng)用有效到位。通過配置DK 開門燈配合DG 關(guān)門燈，設(shè)置Dcup 電梯上行燈以及Ddown 電梯下行燈。同時(shí)設(shè)置上行燈與下行燈過程中，要建立多路并聯(lián)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，確保電梯樓層信息顯示電路信號(hào)內(nèi)容明顯顯示，整個(gè)過程中必須確保高低電平設(shè)計(jì)到位防止二極管虛亮情況，提高電路并聯(lián)聯(lián)動(dòng)機(jī)制運(yùn)行效率。在優(yōu)化硬件電路過程中，也希望為接下來優(yōu)化軟件打好基礎(chǔ)。

（三）優(yōu)化軟件電路

在優(yōu)化軟件電路過程中，需要結(jié)合電梯運(yùn)行效率進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)過程中要做到對(duì)ASK1 電梯位置狀況與ASK2 電梯請(qǐng)求的反復(fù)調(diào)用，確保在程序中采用外部存儲(chǔ)器變址尋址方式，有效規(guī)避程序中多次調(diào)用所產(chǎn)生的地址難以判斷現(xiàn)象狀況，它可能會(huì)導(dǎo)致軟件程序無法有效執(zhí)行。在針對(duì)電梯關(guān)門條件進(jìn)行判斷過程中，需要首先減去狀態(tài)數(shù)據(jù)內(nèi)容，分析其邏輯運(yùn)算內(nèi)容，確保電梯開門樓層與開門請(qǐng)求優(yōu)化到位，有效執(zhí)行開門程序。例如在電梯所處樓層狀況進(jìn)行分析，可以將這一狀況設(shè)置為0，配合請(qǐng)求0 設(shè)置PT1、PT2、PT3 等相關(guān)內(nèi)容，做到對(duì)樓層中間控制點(diǎn)的有效安排設(shè)計(jì)，結(jié)合設(shè)計(jì)需要進(jìn)行分析，確保電梯在經(jīng)過過程中控制點(diǎn)時(shí)控制到位。具體來說，主要是對(duì)轎廂進(jìn)行控制，確保臨近樓層停留判斷到位。在電梯轎廂加速與減速過程中，則要保證程序設(shè)置到位，結(jié)合單片機(jī)輸出加速與減速信號(hào)進(jìn)行針對(duì)性操作，優(yōu)化軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)全過程。最后要對(duì)程序內(nèi)容進(jìn)行說明，選擇在電梯內(nèi)外部同時(shí)請(qǐng)求控制數(shù)據(jù)內(nèi)容，并在外部RAM 位置選擇相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，建立內(nèi)部RAM 電梯運(yùn)行控制數(shù)據(jù)，其具體程序流程應(yīng)該參考如下：

首先啟動(dòng)程序，初始化使用到的相關(guān)外設(shè)，此時(shí)電梯在一層位置，查詢信號(hào)到上層呼梯信號(hào)，輸出關(guān)門信號(hào)，待電梯門完全關(guān)閉后，向上啟動(dòng)電梯運(yùn)行。快要達(dá)到目標(biāo)時(shí)，設(shè)置減速點(diǎn)，并在目標(biāo)層內(nèi)繼續(xù)選擇向上呼叫，輸出減速控制信號(hào)。最后達(dá)到目標(biāo)層停車，并進(jìn)行目標(biāo)層信號(hào)處理。在整個(gè)過程中，要合理充分利用單片機(jī)的集成電路芯片，借助單片機(jī)電梯自動(dòng)控制應(yīng)用功能，基于不同模式對(duì)電梯所在建筑的不同樓層發(fā)出不同請(qǐng)求，如此就能提高電梯運(yùn)行進(jìn)程中的整體效率。再者，利用單片機(jī)對(duì)電梯進(jìn)行自動(dòng)控制，確保電梯自動(dòng)控制中不同功能的有效切換，確保單片機(jī)精確測(cè)量電機(jī)工作狀態(tài)，對(duì)電梯安全穩(wěn)定運(yùn)行也是相當(dāng)有利的。

總結(jié)

就目前看來，通過單片機(jī)建立的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在電梯控制應(yīng)用中，能夠保證在不同呼梯或內(nèi)選方式下，能夠獲取正確的運(yùn)行信號(hào)，有效提高電梯運(yùn)行進(jìn)程效率。在分析單片機(jī)對(duì)電梯的控制過程時(shí)，了解不同模式之間的切換方式，結(jié)合不同模式下電梯在不同樓層接收請(qǐng)求時(shí)的處理機(jī)制，確保單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制技術(shù)體系中得到有效深入應(yīng)用，并提高應(yīng)用水平。