基于单片机电梯控制系统设计与实现

摘要: 介绍了电梯控制系统架构，指出了该系统的硬件设计和控制系统的软件设计以及系统调试，使系统可根据按键要求完成载客任务，为电梯控制系统的优化提供了参考。

关键词 : 电梯控制 ; 单片机 ; 系统设计

0 引言

在高层建筑中发挥着不可或缺作用的电梯，在当今社会经济活动与生活中已经成为了一种重要运输工具。电梯控制系统现阶段主要包括继电器控制、可编程控制器控制、具有重量检测精度高、成本低、功能与显示多样等优势的单片机 ( 微机 )控制 3 种控制方式。本文基于使系统可根据按键要求合理地做出判断的单片机 AT89C52 进行了电梯控制系统智能控制模块的设计，保证高效、正确地完成载客任务。

1 系统架构

首先是微控制器 AT89C52 用作电梯控制系统模块核心的系统架构。在本设计中，行列式键盘矩阵用于外部， LED 显示器则使用 4511 进行驱动，电梯的楼层显示器采用 LVled 静态显示器，使用 I/0 接口和外围电路进行协调控制，呼叫内部选择电路。 2 个 LED 用于显示电梯的状态。建筑物楼层为 5 层，矩阵键盘为 4 × 4 。每个楼层的 LV 外部呼叫键以及开始键，当电梯向上行驶时，左灯点亮，紧急停止键和电梯演示密钥共有16 个键，其中包括当电梯向下行驶时右灯点亮的 5 个内部电梯楼层选择键。另外，设置了一个由有机玻璃制成、无盖板六面体、高度为 1． 2 m 的电梯轿厢井道指示灯，由皮带轮悬挂并由电动机拉动，以显示开 / 关门的状态。轿厢在井道空间中上下移动。

① 系统功能。首先响应每层的要求确定每层的位置和高度，并稳定速度。 ② 准确定位运行位置，正确显示电梯上下运行状态，送至单片机进行过载判断和信号，将其转换成数字信号，显示准确检测重量。 ③ 调平层的开启和关闭动作带有相应的指示灯，实时显示电梯所在楼层的位置及在调平层的末端给出相应的信号。按照 “ 方向优先，距离第二 ” 的原则，系统可以要求每层的平均工作时间，找平层的位置误差应小于 10 mm ，并及时接收各层的呼叫信息。 ④ 具有 “ 不能逆向响应功能 ” 的该系统对外部呼叫信号进行判断和自动响应，即在电梯的上行过程中，自行选择操作路径。在下行链路过程中，仅对上行呼叫进行相位响应并且反向调用无效。

2 硬件设计

1 ) 需要将多种类型的电源隔离以增强电梯控制系统抗干扰能力的电源控制。系统可以根据实际需要使用系统中某些输出电压相同的模块。选择单片机逻辑电路的电源为 5 V ，可以选择放大电路的电源为 15 V ，上述电源必须在同一地线，作为 + 3． 3 V 电源可以选择 + 15 V 和 + 5 V 电压应隔离的单片机的电源，并且应使用隔离的－ 5 V 和 + 24 V 电压分别提供开关传感器和开关信号的电源以及电梯设备电机的电源。

2 ) 在电梯控制系统中，非常重要的组件模块是高精度检测电梯重量的重量检测模块。价格便宜、检测精度高的重量检测用于基于单片机的电梯控制系统的重量检测模块中。可以在0 ～ 1 kg 的压力下输出 0 ～ 20 mv 的电压信号的功能，使得该重量传感器可以通过与传感器输出端相连的仪器或测量放大器传输到将其转换为/D 数字信号以进行过载判断和显示的单片机。

3 ) 为了提高系统在地板上的定位精度，电梯控制系统关键内容的位置显示，使用了非接触式光电反射传感器。有 2 种位置检测方法: 传感器具有抗干扰性能强的接触式和轿厢位置显示之一的非接触式。在此设计中，可靠性高，响应速度快，传感距离长的传感器在设计中，将传感器信号处理为高 / 低电平，精度高，发散角小，并在转换和隔离后将其发送到单片机。电梯控制系统电源电压为 15 V ，安装在每个楼层和电梯的极限位置。

4 ) 基于单片机 AT89C52 根据系统设定速度值的电机控制。电梯控制系统的电机控制模块单片机输出不同占空比的 PWM，电机速度控制可以实现硬件平滑滤波后对运行速度的控制; 确定电梯上下线或停止位置的电机运行方向的控制 : 一个引脚控制电梯设备继电器的接通状态的单片机，根据控制系统的输入信号进行逻辑分析，然后实现电机的升降。处理电梯到达地面时的电梯轿厢比率: 可以在系统设计系统中使用反向电压控制，当电梯到达地面时，控制系统直接切断电源的电梯

轿厢会引起地面错误，具有一定提高调平精度的实用性。

5 ) 单片机与上位机之间通过 RS232 串口连接的串行通信。基于 AT89C52 单片机的电梯控制系统在上位计算机接收到单片机发送的呼叫信号后，使用 RS232 串口三线，两端与接收端相连，发送端与 5 个端接地，在 RS232 和 TTL 电平的转换下，将难以控制的控制系统的操作信息通过交叉串口与单片机连接，发送给单片机，实现系统的串行通信。

3 软件设计

电梯控制系统的整个功能实现主要包括控制模块软件的实现和判断子程序。

1 ) 主程序模块。为了可以准确地进行相应的操作，通过判断相应的功能键，系统的主程序主要用于变量和其他组件的初始化，以实现特殊功能。

2 ) 判断子程序。系统判断子程序的实现过程中，通常需要根据当前楼层状态和对应的楼层进行相应的处理，在相应的中断子程序中，对相应楼层进行逻辑判断。例如，在应用了 2 个楼层时，如果第 2 层的应用比第 1 层的应用更接近当前层的状态，首先，在上升状态下举升标志位，响应第 2 个应用，然后响应其他应用程序。如果出现故障，它将以相反的顺序响应，需要进一步的逻辑思考和判断。同时，如果当前楼层下面有 1 个楼层应用程序，则还应该根据升高和降低的标志位来判断。如果它处于上升状态，则应首先响应上层，然后响应第 2 个应用。

4 系统调试

1 ) 硬件测试。根据硬件电路图，检查硬件电路的接线是否与电路原理图一致。从静态检查开始，用万用表测试，检查组件的型号、极性和安装，检查电路组件是否已连接。另外，进行通电检查，调试电源部分，使用示波器检测单片机的复位和晶体振荡器电路中是否存在复位信号和振荡信号。首先，接上 220 VAC 电源，整个电路只需要 + SV 电压，测试变压器的输出端是否与理论计算值一致。

2 ) 软件调试和整体调试。模拟器正常运行后，由仿真器调试。将程序与刻录机一起刻录到 AT89CS1 单片机中，并进行离线调试。

5 结语

系统设计完成后，连接电源进行调试。打开电梯电源，在电梯上升/ 下降队列的响应过程中，选择各层钥匙，相应的上升/ 下降指示灯正常显示，每个模块的功能都可以正常使用，基本实现了运行仿真，电梯运行即可完成。基于单片机的电梯控制系统 AT89C52 包括单片机系统、呼叫信号传输系统、电机控制模块等。系统利用模块设计思想进行了电梯各模块的硬件设计和软件设计，并对电梯进行了总体调试，具有方向优先、距离优先、完成设计指标的功能，得到了基于单片机的电梯控制系统。运行测试表明，基于单片机的电梯控制系统设计具有很多优点，如成本低、功能多样、灵活性强、精度高等，使系统可根据按键要求，合理地做出判断，高效、正确地完成载客任务，为电梯控制系统的优化提供了参考。

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