山东科技大学2012届本科毕业论文基于单片机的电梯制作论文作者姓名：张强所学专业：自动化目录前言第一章绪论 (1)1.1课题来源 (1)1.2课题背景 (1)1.3国内外在该方向的研究现状及分析 (2)1.4使用的开发平台 (2)第二章控制方案的选取 (3)2.1控制芯片的选取 (3)2.2楼层检测装置的选取 (3)2.3楼层显示装置的选取 (4)2.4紧急报警装置的选取 (5)2.5电动机的选取 (5)2.6电机驱动电路的选取 (5)第三章硬件设计 (7)3.1硬件模块设计框图 (7)3.2电梯模型搭建图 (7)3.3单片机最小系统介绍 (8)3.4各模块的设计 (9)3.4.1 键盘模块 (9)3.4.2 电源模块 (10)3.4.3 位置检测模块 (10)3.4.4 电机驱动模块 (11)3.4.5 按键显示模块 (13)3.4.6 电梯紧急报警模块............................................................... 错误!未定义书签。

3.4.7 数码管显示模块 (14)第四章软件设计 (15)4.1电梯程序流程图 (15)4.2电梯主程序 (16)4.3键盘扫描请求指令 (16)4.4电梯应答中断服务 (16)4.5紧急报警和演示 (16)结论 (17)参考文献 (18)附录一管脚说明 (19)附录二程序代码 (20)附录三系统PCB图 (31)前言电梯在高层建筑中几乎是必不可少的，它将大楼的各层连接在一起，极大的方便了人们的出行，可以说电梯已经是现代物质文明的一个象征，它使得我们的出行更加方便。

但是实际了解电梯构造特别是控制构造方面的人却少之又少。

本设计研究了电梯控制的过程，详细了阐述了元器件的选取、搭建和软件设计过程。

本文以STC89S52芯片为核心，结合一些外围电路如：红外线收发电路、按键扫描电路、电机驱动电路等。

每一层都被安置了一对红外收发装置，它可以被用来检测电梯是否到达这一层。

按键扫描电路为4x4样式，为了节约IO端口并使得操作方便，我们将楼梯内的呼叫按键和楼外的呼叫按键都结合在一起，再配上开启、紧急停止、一键演示按键。

电机驱动电路采用L298N驱动模块，关于该驱动模块在本文中有详细介绍。

5层电梯的控制过程基本可以被模拟出来。

关键词：STC89S52；电机驱动电路；4x4键盘；红外线收装置；第一章绪论电梯在当今社会已经是司空见惯，但是如果了解电梯的发展史，我们可以看到电梯也是在不断发展的，人们对电梯控制的研究从来没有间断过，对电梯功能的集成从来没有停止过。

可见电梯的控制研究始终是个很好的前景，所以我们用微型计算机来模拟电梯控制是符合时代发展要求的，可以让我们对电梯有更深入的了解，激发我们来探究电梯的运行过程，为电梯的发展提供宝贵意见。

1.1 课题来源选题来源于自选课题。

1.2 课题背景随着社会和科技的进步，微型计算控制领域也会不断的发展，未来电梯的形状和功能也会发生翻天覆地的变化，比如电梯结构更加轻盈，采用更好的功能材料来搭建，集成的功能和人性化体现会越来越强，另外控制理论的研究也不会停滞，更好的电梯控制方法会被采用，更加安全、可靠和有效的电梯控制技术会诞生。

在电路集成度越来越高的今天，集成电路的运用会更密集的集成到电梯中，电梯会越来越智能化。

本次设计采用微机控制方法，即应用一片单片机作为控制核心，然后结合一些外围电路。

电梯系统本是一个相对复杂的系统，要完全实现所有现实中的功能对于单片机而言无法实现，但我们是要模拟电梯的运行过程即可，所以只需要实现了一些基本的功能例如：楼层呼叫、自动停层并开关门、电梯对呼叫的逻辑判断、楼层数的实时显示、电梯运行状态的实时显示等。

控制单片机输出电压改变还是比较容易的，各个模块与单片机链接，在程序驱动下就可以实现电梯按要求的运转。

本文设计了五层电梯，选用的是51单片机（具体的是STC89S52芯片）作为控制中心，系统的研究了微型计算机控制电梯运行的方法，使我们对电梯的发展前景，电梯的控制本质有了更深入的了解，所以我们研究了如何实现对电梯的控制以及控制的硬件组成并解决了遇到的各种问题。

1.3 国内外在该方向的研究现状及分析电梯作为高层建筑的运输工具，与高层建筑的发展是一脉相承的。

在高楼大厦到处拔地而起的今天，如果没有电梯这样的垂直运输工具，很难想象人们如何从底层爬到最高层，所以电梯是现代文明的象征之一。

电梯是一种非常快捷轻便的运输工具，它占地面积小，使用简单方便，而且可靠性高，又有专人负责维护。

对于人和货物的运输其作用显而易见。

所以才能得到了越来越大的重视，在电梯发展至今的150年里，电梯经历了数次较大的改变，但是时代是发展的，今天电梯的发展也要与时俱进的。

电梯是高层运输间的枢纽，可以看作是城市大楼的连接通道，阿联酋迪拜塔，简称迪拜塔，为当前世界第一高楼与人工构造物，大厦内设有56部升降机，速度最高达17.4米/秒，另外还有双层的观光升降机，每次最多可载42人，在此之前没有一座建筑能修那么高[9]。

因此人们不得不开发能适应这种高度的新型电梯。

由此可见电梯的发展也是需要跟上时代的。

电梯的的材质在最开始的电梯还是木质的，现如今高楼大厦里面都是金属电梯。

颜色最早以前是黑白，现如今装饰得璀璨夺目。

发明初期，电梯还是人工和半自动的控制，现在与计算机整合在一起，只需要在监控室之内即可操纵电梯，并实时检测电梯运行状态。

一些新的控制方法，例如电梯群控，智能化感应控制也相继诞生。

现在电梯控制已经和一些高新设备相结合，越来越先进和方便。

电梯控制会向着高集成度、智能化、无线传输控制的方向发展，人们对电梯的研究是永无止境的，电梯会不断发展向前。

1.4 使用的开发平台开发工具Altium Designer、Proteus。

第二章控制方案的选取电梯根据据用途、使用条件、使用环境的不同可以分为很多种，每种又可以有不同的控制方法，虽然系统有多种不同的控制方案，但是控制效果基本类似，实现起来的成本与维护管理的便捷性却不一样，因此研究出一套适合本系统的控制方案是很有必要的，这使我们可以对系统的整体做一个全局性的掌握，使得系统设计起来有条有理，更加的科学合理。

而且只有控制方案选定好了才可以进行下一步的硬件和软件设计，考虑到实际因素，并结合一些相关资料，在软硬件的设计前先进行了系统控制方案的设计和研究。

2.1 控制芯片的选取本设计采用一片单片机加外围电路的控制方案。

本设计采用一片单片机控制按键的响应，楼层数码管显示、红外对管信号传输、电动机的启转与否等，并对所有信号进行统一处理，并完成各自设定的功能。

其他的控制方案例如：CPLD控制、多片单片机控制。

对于CPLD控制，需要有较强的专业知识，且需要的设备我们无法满足，并且也不符合经济适当原则。

对于多片单片机控制，就是各个模块都有自己的控制芯片，最后让各个单片机之间进行通信，从而实现控制，但是都采用通信会造成信号不稳定，控制效果没理想的好。

综上所述，本设计采用一片单片机控制方案，虽然此方案只适用于较简单的电梯控制系统，但由于本设计为5层电梯模型，所以采用此方案是非常适宜的。

单片机技术目前比较成熟，自身I/0接口也较为丰富，对其硬件设计相对简单，同时成本较低，可靠性较高。

2.2 楼层检测装置的选取楼层检测就是检测电梯当前到达的楼层数。

此处有2中方案，一种是红外线收发装置，另一种是超声波检测装置。

对于超声波检测装置，其一般用在对距离的检测，距离不同接受信号的强度不同而不是直接使电平置1或置0。

对于红外线收发装置，其体积小、安装方便，可以检测有无障碍物，并相应的改变电平。

综上所述，本设计采用红外线收发装置。

我们可以在电梯井的各个楼层都安置红外线收发装置。

根据红外发射对管对有无障碍物时其输出电平的改变，作为检测轿厢是否经过。

红外对管中发射管发射的红外线，一旦碰到轿厢，接收管就有反馈信号，信号可以引起电平变化，就可以作为轿厢运行位置的标志。

2.3 楼层显示装置的选取要显示楼层可以采用传统的LED数码管显示，也有其它的显示方式例如：段式液晶显示。

对于LED数码管，其一般由8段发光二极管组成而成，其呈“8”字形。

LE D数码管内部接线已经完成，并且分为共阴极和共阳极，有公共接地端。

通过控制各端口的电平，可以点亮对应的二极管，从而得到想要的数字或字母。

对于段式液晶，其采用交流驱动，液晶中每一位上的电压在正负电场间是不断变化的。

一旦采用直流供电，液晶屏轻则老化，重则损坏死。

综上所述，本设计由于是直流供电，所以采用LED数码管显示。

并且为了节省端口，采用了CD4511芯片驱动共阴极数码管。

图2-1 4511引脚其中LT是灯测试，LE是数据锁定，BI是输出消隐，其他为电源端、接地端、输入输出端。

正常使用时，置LT和BI为高电平，置LE为低电平。

2.4 紧急报警装置的选取可以选取的发声器件很多，由于模型较小，考虑到空间和经济等因素，直接选用蜂鸣器。

其响度足够，完全满足本设计的要求。

一般情况下蜂鸣器可以作为电梯开门的信号，表示呼叫的楼层已经到达。

特殊情况下作为紧急报警信号，其软件驱动简单，硬件电路调试方便，作为紧急报警装置非常适宜。

2.5 电动机的选取作为电梯运行的执行器件，有交流电机和直流电机，由于是小型系统本设计直接选用直流电机。

直流电机中有步进电动机或普通直流电动机，本设计要求带动较大负载，有较高的起动转矩，对电梯没有精确定位的要求，所以采用直流电机。

2.6 电机驱动电路的选取常见的H桥驱动电路即可满足要求，其驱动电路如下：图2-2 H桥开关电路要使电机转动，H桥对角线上的一对三极管必须导通，另一对三极管必须截止。

想改变转向，则导通与截止的三极管反转。

例如A和D导通正转，那么B和C导通反转。

实际硬件将采用L298N驱动模板，该驱动模板包含了2个H桥驱动电路，我们使用其中一个。

端口A，B可以通过输入PWM脉冲实现调速控制，不需要调速就将A,B接+5V，这样可以直接控制电机正反转。

L298N芯片端口如下：图2-3 L298N端口其控制过程如下：（1）只用到一个电机控制，所以用到IN1，IN2，ISENA控制端口。

（2）ISENA是使能端，要想电机转动，需接高电平。

(3) IN1，IN2中必须一个为高电平，另一个低电平，此时电机才会向一边转动。

第三章硬件设计本设计采用STC89C52作为控制核心，通过红外线收发装置检测轿厢位置，并用数码管显示楼层。

采用4X4的键盘作为用户呼叫和其他功能，通过按键是否按下，进行响应的应答，并控制动机完成相应运转，从而到达设定楼层，并且灯亮，表示开门，并延迟几秒，然后等灭，表示关门。

3.1 硬件模块设计框图图3-1 总体框图整个电梯模型分为电机驱动模块、LED数码管显示模块、紧急报警模块、稳压电源模块、键盘输入模块。