張群和

（深圳第二高級(jí)技工學(xué)校，廣東 深圳 518000）

一、可行性分析

目前絕大多數(shù)的貨運(yùn)電梯采用PLC為核芯控制器件。貨運(yùn)電梯運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)了，PLC有可能損壞。由于目前市場(chǎng)上的PLC的單價(jià)比較高，造成貨運(yùn)電梯的成本很高。AT89C51單片機(jī)可靠性高并且價(jià)格底廉，是一種可行的、靈活性、價(jià)廉的設(shè)備改造方案。貨運(yùn)電梯控制系統(tǒng)改造本文采用51系列單片機(jī)AT89C51。

二、ATMEL公司的51系列單片機(jī)AT89C51介紹

近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的應(yīng)用系統(tǒng)中，作為一個(gè)核芯部件來(lái)使用。

本系統(tǒng)采用ATMEL公司的51系列單片機(jī)AT89C51作為主控芯片。

AT89C51如圖1所示，具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。（見(jiàn)圖1）

圖1 實(shí)物圖AT89C51

三、貨運(yùn)電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

貨運(yùn)電梯控制系統(tǒng)由七部分組成：控制臺(tái)電路、電梯間電路模塊、電梯內(nèi)電路模塊、樓層檢測(cè)模塊、MCU控制模塊、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警模塊等。貨運(yùn)電梯的控制面板，箱內(nèi)樓層控制面板，箱外樓層控制面板。

3.2 AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)

圖2 AL298N驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物及接線圖

采用ATMEL公司的單片機(jī)芯片AT89C51，電容C3按鍵RESET構(gòu)成上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位電路。晶體振蕩器選12MHz，C1、C2為30p瓷片電容，與晶體振蕩器構(gòu)成時(shí)鐘電路。

3.3 貨運(yùn)電梯系統(tǒng)的硬件電路

按鍵與單片機(jī)的P1.0-P1.5分別相連，指示燈通過(guò)P0.0-P0.5來(lái)控制。其中 上 拉 電 阻 有 R52、R55、R56、R59、R60和R62，用來(lái)保證按鍵未按下時(shí)，端口P1.0～P1.5為高電位。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，端口P1.0～P1.5通過(guò)按鍵接地，使得P1.0～P1.5變?yōu)榈碗娖?。電容C51~C56的作用是消除抖動(dòng)和抗干擾。單片機(jī)P1口均與各樓層電梯間的升降選擇按鍵連接，P1口的P1.0—P1.2連接上升按鍵，P1口的P1.3~P1.5連接下降按鍵。每個(gè)發(fā)光二極管通過(guò)一只阻值為470Ω的限流電阻接電源(VCC)。發(fā)光二極管與PO口的P0.0～P0.5連接，每個(gè)上升、下降按鍵都與對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管配合，作為指示燈。

3.3.2 電梯箱內(nèi)電路

電梯內(nèi)的乘客用戶使用電梯箱內(nèi)電路，四個(gè)目標(biāo)樓層選擇按鍵F1、F2、F3、F4和四個(gè)與之配合的發(fā)光二極管作為指示燈。按鍵與P3口的P3.2～連接，指示燈與P2口的P2.0～P2.3相連。上拉電阻R11~R14和電容C41~C14的作用同上。

3.3.3 控制臺(tái)電路

控制臺(tái)電路的電源指示燈采用發(fā)光二極管，用以顯示供電是否正常。采用共陰極數(shù)碼管來(lái)顯示當(dāng)前樓層，采用CD4511作譯碼器，LE接VCC，譯碼器處于鎖存狀態(tài)。經(jīng)R31～R37(阻值為470Ω)對(duì)數(shù)碼管限流?！癉OWN、UP”兩只發(fā)光管用來(lái)顯示電梯運(yùn)行的方向。上下指示燈分別接單片機(jī)的P0.7和P0.6。START和STOP鍵鍵分別接單片機(jī)的P1.6和P1.7，

3.3.4 樓層檢測(cè)

光電傳感器電路中，D1，T1組成紅外發(fā)射-接受對(duì)管，D1通電后發(fā)出紅外信號(hào)，光槽若未擋住，T1將導(dǎo)通，比較器LM339輸出低電平，光槽光線若被擋，T1截止，LM339輸出高電平。電梯行至樓層標(biāo)志處光槽光線被電梯遮擋，所帶來(lái)的電平變化發(fā)送到單片機(jī)P3.6計(jì)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)樓層檢測(cè)。

3.3.5 H型驅(qū)動(dòng)電路

直流電動(dòng)機(jī)H型驅(qū)動(dòng)電路主要是用來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，通過(guò)改變直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。采用L298N驅(qū)動(dòng)，實(shí)物及接線圖，如圖2所示，可根據(jù)PWM調(diào)節(jié)脈寬進(jìn)行電機(jī)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)。電機(jī)M1用于貨運(yùn)電梯帶動(dòng)電梯門的開關(guān)，電機(jī)M2用于貨運(yùn)電梯上升和下降。（見(jiàn)圖2）

3.3.6 電梯報(bào)警電路

當(dāng)電梯運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障停止，P3.0輸出高電平，蜂鳴器報(bào)警。用戶在電梯中如果遇到緊急情況也可按“HELP”（圖中SW-PE按鍵）直接報(bào)警求救。

電梯報(bào)警電路利用兩個(gè)常用三極管CS9013，此電路與單片機(jī)P3.0相連，其中R為限流電阻。

四、貨運(yùn)電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

貨運(yùn)電梯程序編寫用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫，以51單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)控制來(lái)完成。

4.1 軟件設(shè)計(jì)規(guī)化

軟件模塊化設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)用不同功能的子程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能控制。這樣便于調(diào)試、修改。主流程圖如圖3所示。（見(jiàn)圖3）

4.3 電機(jī)控制與樓層檢測(cè)部分

（1）電機(jī)控制

本文設(shè)計(jì)只對(duì)貨運(yùn)電梯運(yùn)行狀況的簡(jiǎn)單模擬，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)這部分要求不是很嚴(yán)格，只需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)就可以了，所以選擇直流電動(dòng)機(jī)H型驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)用戶提出上升要求時(shí)，單片機(jī)P2.7輸出為高電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)上升，反之電機(jī)反轉(zhuǎn)下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)樓層時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。程序詳見(jiàn)附錄主程序清單。

（2）樓層檢測(cè)

圖3 系統(tǒng)主流程圖

樓層檢測(cè)電路利用光電傳感器檢測(cè)樓層，電梯行至樓層標(biāo)志處（裝有光電傳感器）時(shí)，光槽光線被遮擋，引其電平變化，通過(guò)P3.6發(fā)送到單片機(jī)中R4計(jì)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)樓層檢測(cè)。并實(shí)時(shí)的，通過(guò)RXD和TXD，送到74HC164數(shù)碼管顯示當(dāng)前樓層數(shù)。程序詳見(jiàn)附錄主程序清單。

五、系統(tǒng)調(diào)試

5.1 軟件調(diào)試

在軟件調(diào)試中，采用偉福仿真軟件來(lái)調(diào)試。先分別調(diào)試各個(gè)功能程序，再對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，以便修改錯(cuò)誤碼。具體的調(diào)試方法如下：

將各個(gè)功能程序錄入，先檢查程序有無(wú)明顯錯(cuò)誤，保存過(guò)后編譯程序，當(dāng)有錯(cuò)誤時(shí)就根據(jù)提示加以修改，當(dāng)各個(gè)功能程序編譯完成后，再對(duì)整個(gè)程序全速執(zhí)行，查看程序有哪些地方出現(xiàn)錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤提示逐步調(diào)整程序，糾正錯(cuò)誤直到程序正確。

5.2 硬件調(diào)試

貨運(yùn)電梯的硬件仿真，采用的是ProteusPRO6.7SP3，它是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它可以仿真 51系列的單片機(jī)系統(tǒng)。

首先利用Proteus中的器件庫(kù)完成電路的連接。單擊仿真按鈕，按下Start，系統(tǒng)開始運(yùn)行，當(dāng)按下F1—F4及各樓層按鍵，貨運(yùn)電梯都能完成用戶的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)了貨運(yùn)電梯運(yùn)行的模擬運(yùn)行。

[1]周堅(jiān).單片機(jī)輕松入門[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006.