单片机电梯控制系统设计设计6469299.doc
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1、沧州师范学院 毕业设计(论文) 单片机电梯控制系统设计单片机电梯控制系统设计 2 毕业设计(论文)评语及成绩毕业设计(论文)评语及成绩 学生姓名专业电气自动化 毕业设计 (论文)题 目 单片机电梯控制系统设计 指导教师指导教师 指导教师评语: 答辩小组意见: 答辩小组组长签字: 年 月 日 3 成绩: 系主任签字: 年 月 日 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 题目基于 51 单片机控制电梯系统设计 专业电气自动化学生姓名王新 所在系机电工程系导师姜荣东导师 崔茂齐 4 一、设计(论文)内容 基于 51 单片机控制电梯系统设计,楼层为 8 层。 二、基本要求 用 51 单片机来实现
2、电梯控制系统,使其具备电梯基本升、降功能,并当多层对 电梯呼叫时,能安排电梯停靠,从而实现电梯的基本运行情况的模拟。论文的第 2 章进行方案的提出与论证,分析本次设计所采用方案的可行性 三、主要技术指标(或研究方法) 采用可编程控制器(PLC) 的响应、按键后的电路显示等等。用 PLC 编程较简单,电路也不 复杂,但此方案的各个模块的费用都比较高,硬件设计不灵活,故不采用本方案。 四、应收集的资料及参考文献 51 单片机应用设计,单片机轻松入门,模拟电子技术,数字电子技术。 五、进度计划 第 1-2 周查找相关资料和整理所需资料设备技术参数,分析任务的具体要求制 定总体方案。完成开题课题报告。
3、第 3-4 周设计框图和电路原理图完成设计电路的 连接电路完成电梯控制的程序设计及调试。完成对系统的改进和再次调试直至系统 能够圆满完成任务的具体要求。撰写论文。 指导教师签字时间2013 年 11 月 29 日 目目 录录 摘 要: .5 关 键 词: 5 引言: .6 一、系统功能介绍及方案论证系统功能介绍及方案论证.6 11电梯的组成电梯的组成6 5 12电梯控制系统组成框图及工作原理电梯控制系统组成框图及工作原理.6 1. 3单元电路的设计与论证单元电路的设计与论证. .7 131 单片机最小系 统.7 132 电机驱动电路模块. 7 133 报警模块. 7 134 电梯内部电路、电梯
4、间电路及控制台电路模块的设计. 7 二 、基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计. 8 2 21 1单片机最小系统单片机最小系统 9 211 各楼层电梯间电路(三级标题 黑体小四号).9 2 21 12 2 电梯内电路.9 2 21 13 3 控制台电路.9 2 21 14 4 楼层检 测.10 215 电动机驱 动.10 2 21 16 6 报警部分.11 三、软件设计. 11 3 31 1 按键查询部分按键查询部分.11 3 31 11 1 电机控制部电机控制部 分分.12 3 31 12 2 楼层检测及显示部分楼层检测及显示部分. 12 致谢 .12 参考 文献1 错误!未定义书签。错误
5、!未定义书签。 附图图纸.14 程序清单 15 摘摘 要:要: 伴随着我国现代化程度的提高,电梯成为高层建筑中的重 要交通工具,它是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工 具,对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。同时也 给人们的生活带来了便利,为我国现代化建设的加速发展提供 了强大的保障。电梯的应用范围很广,可用于宾馆、饭店、办 公大楼、商场、娱乐场所,仓库以及居民住宅大楼等。因此, 在现代社会中电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。 利用单片机控制电梯有成本低,通用性强,灵活性大以及易于 实现复杂控制等优点。 基于单片机的分设计,介绍了以 AT89C51 系列单片机为 核心,并结
6、合 74LS245 和 LED 等芯片以及与之相配套的汇编 语言软件等进行电梯模拟的具体实现方法,该方法不仅可以实 现电梯的基本功能,而且可以设置电梯直达、急停、停电检修 等功能,从而可实现电梯的智能控制及相应的最佳路线选择,提 高电梯的有效利用率。 关关 键键 词:词: 单片机;电梯;系统;控制 2 单片机电梯控制系统设计单片机电梯控制系统设计 11 级电气自动化专业学生 王新 指导教师 姜荣东 引言: 随着现代高科技的发展,住房和办公用楼都已经逐渐向高层发展。电梯是 高层宾馆、商店、住宅、多层仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输 工具。 当然单片机并不像 PLC 那么有针对性,所以由
7、单片机设计的控制系统可以 随着设备的更新而不断修改完善,更完美的实现设备的升级。在科技的不断发 展下,单片机控制系统很快可以解决抗扰性,成为方便有效的电梯控制系统。 一、一、系统功能介绍及方案论证系统功能介绍及方案论证 1 11 1 电梯的组成电梯的组成 电梯主要由以下两大部分组成: (1)机械部分:包括曳引系统,导向系统,娇厢,门系统等 (2)电路部分: 包括重量平衡系统,电力拖动系统,电梯控制系统,安 全保护系统等。 本文主要是针对电梯控制系统所作的研究,设计一种基于 MCU 的电梯控制 系统,实现电梯运行的模拟。 1 12 2 电梯控制系统组成框图及工作原理电梯控制系统组成框图及工作原理
8、 该系统主要由 MCU 控制模块、电梯间电路模块、电梯内电路模块、控制台 电路、楼层检测模块、电动机驱动模块、报警模块等 7 部分组成 控制模块 电梯内电路电梯间电路 报警电路 电动机控制模块楼层检测 控制台电路 3 1 13 3 单元电路的设计与论证单元电路的设计与论证 通过对系统总框图的分析,此系统的各个模块方案设计如下: 1 13 31 1 单片机最小系统单片机最小系统 此处选用最常用的 AT89C51,它是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读 存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的 低电压,高性能 CM
9、OS8 位微处理器。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制 造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制 器,AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供 了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如下图所示 主要特性:主要特性: 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器,寿命:1000 写/擦,循环数据 保留时间:10 年,全静态工作:0Hz-24Hz,三级程序存储器锁定,128*8 位内 部 RAM,32 可编
10、程 I/O 线,两个 16 位定时器/计数器,5 个中断源 ,可编程串 行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路 1 13 32 2 电机驱动电路模块电机驱动电路模块 采用 L298N 芯片驱动,根据单片机系统程序设定 PWM 信号,在输出端接入 直流电机,根据不同按键的不同信号就可以实现电梯上升与下降。以及电梯门 的开关。 1 13 33 3 报警模块报警模块 直接采用单片机控制输出口电平的高低来控制蜂鸣器的发声与否。这样做 的优点是电路比较简单,控制也较简单。 134 电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计电梯内部电路、电梯间电路及控制台电路模块的设计 电梯控制系统由各
11、楼层的电梯间电路、电梯内电路和控制台电路三部分组 成。各楼层的电梯间:电路二、三楼的电梯间均有“上升“和“下降”选择按键, 一楼只有“上升“按键,四楼只有“下降“按键,每个按键配一只发光二极管, 作为指示灯。电梯内部电路:目标楼层号 1-4 选择按键。每个按键配有相应指 示灯。控制台电路:两个按键用于手动控制。控制电梯的“开始运行“和“停止 运行“。两个指示灯,分别指示电梯当前的升降情况。 楼层显示部分用一只数码管,显示电梯当前所在的楼层。采用 74HC164 共 阴极数码管显示,公共端接地。 显示数字0123456789 代码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH 4
12、二二 、基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计基于单片机的电梯控制系统单元电路的设计 2 21 1 单片机最小系统单片机最小系统 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 2
13、9 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U1 AT89C51 X1 C1 30P C2 30P C3 22u RESET VCC P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 STOP START P1.0 P1.0 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P3.0 P3.1 P3.3 P3.2 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 VCC 单片机最小系统电路如图所示,单片机采用 ATMEL 公司的 AT89C51,晶体 振荡器选 12MHz,C1、C2 为 30p 瓷
14、片电容,与晶体振荡器构成时钟电路。电容 C3 按键 RESET 构成上电复位和手动复位电路。 5 2 21 11 1 各楼层电梯间电路各楼层电梯间电路 如上图所示,此部分电路是提供给处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼 请求。按键与单片机的 P1.0-P1.5 分别相连,指示灯通过 P0.0-P0.5 来控制。 其中 R52、R55、R56、R59、R60 和 R62 是上拉电阻,其作用是保证按键未按下 时,端口 P1.0P1.5 为高电位。当按键按下时,端口 P1.0P1.5 通过按键接 地,使得.0P1.5 变为低电平。各楼层电梯的升降选择按键均与单片机 P1 口 连接,上升按键与 P1 口
15、的 P1.0P1.2 连接,下降按键与 P1 口的 P1.3P1.5 连 接。即由 P1 口可以读到电梯间升、降按键的状态。每个上升、下降按键均有一 只发光二极管作为指示灯与之配合,发光二极管与 PO 口的 P0.0P0.5 连接。 每个发光二极管通过一只阻值为 470 的限流电阻接电源(VCC),这样流经发光 二极管的电流约为 75 mA,有适当的亮度,同时单片机的端口在不加驱动的 情况下可以承受 2 21 12 2 电梯内电路电梯内电路 电梯内电路如图 3-3 所示,提供给电梯内的乘客用户使用,四个目标楼层 选择按键 F1、F2、F3、F4 和 4 个与之配合的发光二极管作为指示灯,即 F
16、S1、FS2、FS3 和 FS4。按键与 P3 口的 P3.2P3.5 连接,指示灯与 P2 口的 P2.0P2.3 相连。上拉电阻 R11R14 的作用同上。 2 21 13 3 控控 制台电路制台电路 控制台电路如下图所示。发光二极管 Power 是电源指示灯,用以显示供电 是否正常。采用共阴极数码管来显示当前楼层,采用 74HC164 数码管,CLK 接 6 单片机的 RXD,A、B 接单片机的 TXD,CLR 接 5V 电压,Q0 到 Q7 接共阴极数码 管,数码管公共端接地。STOP 键和 START 键分别接单片机的 P1.6 和 P1.7,上 下指示灯分别接单片机的 P0.7 和
17、 P0.6 2 21 14 4 楼层检测楼层检测 在本设计当中,光电传感器电路连接图如下所示:如图所示,D1,T1 组成红外发射- 接受对管,D1 通电后发出红外信号,光槽若未挡住,T1 将导通,比较器 LM339 输出低电 平,光槽光线若被挡,T1 截止,LM339 输出高电平。利用电梯行至楼层标志处光槽光线 被电梯遮挡所带来的电平变化发送到单片机 P3.6 计数即可实现楼层检测。 2 21 15 5 电动机驱动电动机驱动 直流电动机驱动电路主要是用来控制直流电动机的转动方向,通过改变直 流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。采用 L298N 驱动,可根据 PWM 调节脉宽进行电机调速
18、和正反转。由 L298N 内部电路无续流二极管对三极 管进行保护,所以必须在外部接线 OUT1,OOUT2,OUT3,OUT4 加入续流二极管 7 保护电路。L298N 的输出电流为 2A,最高电流为 4A,最高工作电压为 50V.一台 用于电梯上升和下降,另台电机用于带动电梯门的开关。 2 21 16 6 报警部分报警部分 如图 3-8 所示,此处利用两个常用三极管 CS9013,连接成达林顿管 结构,此电路与单片机 P3.7 相连。其中 R 为限流电阻,当电梯运行过程中出现 故障停止, P3.7 输出高电平,蜂鸣器报警,另外用户在电梯中如果遇到紧急 情况也可按“HELP”直接报警求救。 三
19、三 、软件设计 3 31 1 按键查询部分按键查询部分 在本设计当中,键盘采用独立式按键,按键由 P1 口和 P3.0-P3.3 控制, 采用定时器 T1 中断查询按键状态,当有键按下时,即转入相应功能程序。键盘 程序流程图如图 4-2 所示: 8 3 31 11 1 电机控制部分电机控制部分 本设计只是对电梯运行状况的简单模拟,对电机驱动这部分要求不是很严 格,只需要实现电机的正反转就可以了,所以选择直流电机和 L289N 芯片驱动, 可根据 PWM 调节脉宽进行电机调速和正反转。由 L298N 内部电路无续流二极管 对三极管进行保护,所以必须在外部接线 OUT1,OOUT2,OUT3,OU
20、T4 加入续流 二极管保护电路。L298N 的输出电流为 2A,最高电流为 4A,最高工作电压为 50V。 3 31 12 2 楼层检测及显示部分楼层检测及显示部分 利用光电传感器检测楼层,电梯行至楼层标志处(装有光电传感器)时, 光槽光线被遮挡,引其电平变化,通过 P3.6 发送到单片机中 R4 计数,可实现 楼层检测。并实时的,通过 RXD 和 TXD,送到 74HC164 数码管显示当前楼层数。 程序详见附录主程序清单。 报警部分报警部分 当电梯运行中发生故障停止时,P3.7 置 1,发出报警,另外还可以通过手 动按“HELP”实现报警求救。程序详见附录主程序清单 致谢致谢: 毕业论文暂
21、告收尾,这也意味着我在沧州师院的学习中,学习上和思 9 想上都受益匪浅。这除了自身努力外,与各位老师、各位同学和各位朋友 的关心支持和鼓励是分不开的。在此,我非常感谢江荣东老师在我大学的 最后学习阶段给自己的指导。从最初的定题,到硬件的制作再到软件的调 试,每个方面都离不开杨老师热情耐心的帮助和教导。每当遇到比较棘手 的问题,江老师都会耐心的亲自给我解答,直到解决问题。江老师认真的 工作态度,诚信宽厚的为人处世态度,都给我留下了难以磨灭的印象,也 为我今后的工作树立了优秀的榜样。 参考文献:参考文献: 1 王宜怀编著 单片机原理及其嵌入式应用教程 北京希望电 子出版社 2002 年 2 冯涛
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