(六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 六安 237158)

0 引言

在高層建筑中發(fā)揮著不可或缺作用的電梯，在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與生活中已經(jīng)成為了一種重要運(yùn)輸工具。電梯控制系統(tǒng)現(xiàn)階段主要包括繼電器控制、可編程控制器控制、具有重量檢測(cè)精度高、成本低、功能與顯示多樣等優(yōu)勢(shì)的單片機(jī)(微機(jī))控制3種控制方式。本文基于使系統(tǒng)可根據(jù)按鍵要求合理地做出判斷的單片機(jī)AT89C52進(jìn)行了電梯控制系統(tǒng)智能控制模塊的設(shè)計(jì)，保證高效、正確地完成載客任務(wù)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

首先是微控制器AT89C52用作電梯控制系統(tǒng)模塊核心的系統(tǒng)架構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，行列式鍵盤(pán)矩陣用于外部，LED顯示器則使用4511進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電梯的樓層顯示器采用LVled靜態(tài)顯示器，使用I/0接口和外圍電路進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，呼叫內(nèi)部選擇電路。2個(gè)LED用于顯示電梯的狀態(tài)。建筑物樓層為5層，矩陣鍵盤(pán)為4×4。每個(gè)樓層的LV外部呼叫鍵以及開(kāi)始鍵，當(dāng)電梯向上行駛時(shí)，左燈點(diǎn)亮，緊急停止鍵和電梯演示密鑰共有16個(gè)鍵，其中包括當(dāng)電梯向下行駛時(shí)右燈點(diǎn)亮的5個(gè)內(nèi)部電梯樓層選擇鍵[1]。另外，設(shè)置了一個(gè)由有機(jī)玻璃制成、無(wú)蓋板六面體、高度為1.2 m的電梯轎廂井道指示燈，由皮帶輪懸掛并由電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)，以顯示開(kāi)/關(guān)門(mén)的狀態(tài)。轎廂在井道空間中上下移動(dòng)。

①系統(tǒng)功能。首先響應(yīng)每層的要求確定每層的位置和高度，并穩(wěn)定速度。②準(zhǔn)確定位運(yùn)行位置，正確顯示電梯上下運(yùn)行狀態(tài)，送至單片機(jī)進(jìn)行過(guò)載判斷和信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，顯示準(zhǔn)確檢測(cè)重量。③調(diào)平層的開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作帶有相應(yīng)的指示燈，實(shí)時(shí)顯示電梯所在樓層的位置及在調(diào)平層的末端給出相應(yīng)的信號(hào)。按照“方向優(yōu)先，距離第二”的原則，系統(tǒng)可以要求每層的平均工作時(shí)間，找平層的位置誤差應(yīng)小于10 mm，并及時(shí)接收各層的呼叫信息。④具有“不能逆向響應(yīng)功能”的該系統(tǒng)對(duì)外部呼叫信號(hào)進(jìn)行判斷和自動(dòng)響應(yīng)，即在電梯的上行過(guò)程中，自行選擇操作路徑。在下行鏈路過(guò)程中，僅對(duì)上行呼叫進(jìn)行相位響應(yīng)并且反向調(diào)用無(wú)效。

2 硬件設(shè)計(jì)

1)需要將多種類型的電源隔離以增強(qiáng)電梯控制系統(tǒng)抗干擾能力的電源控制。系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要使用系統(tǒng)中某些輸出電壓相同的模塊。選擇單片機(jī)邏輯電路的電源為5 V，可以選擇放大電路的電源為15 V，上述電源必須在同一地線，作為+3.3 V電源可以選擇+15 V和+5 V電壓應(yīng)隔離的單片機(jī)的電源，并且應(yīng)使用隔離的-5 V和+24 V電壓分別提供開(kāi)關(guān)傳感器和開(kāi)關(guān)信號(hào)的電源以及電梯設(shè)備電機(jī)的電源[2]。

2)在電梯控制系統(tǒng)中，非常重要的組件模塊是高精度檢測(cè)電梯重量的重量檢測(cè)模塊。價(jià)格便宜、檢測(cè)精度高的重量檢測(cè)用于基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的重量檢測(cè)模塊中?？梢栽?～1 kg的壓力下輸出0～20 mv的電壓信號(hào)的功能，使得該重量傳感器可以通過(guò)與傳感器輸出端相連的儀器或測(cè)量放大器傳輸?shù)綄⑵滢D(zhuǎn)換為/D數(shù)字信號(hào)以進(jìn)行過(guò)載判斷和顯示的單片機(jī)。

3)為了提高系統(tǒng)在地板上的定位精度，電梯控制系統(tǒng)關(guān)鍵內(nèi)容的位置顯示，使用了非接觸式光電反射傳感器。有2種位置檢測(cè)方法：傳感器具有抗干擾性能強(qiáng)的接觸式和轎廂位置顯示之一的非接觸式。在此設(shè)計(jì)中，可靠性高，響應(yīng)速度快，傳感距離長(zhǎng)的傳感器在設(shè)計(jì)中，將傳感器信號(hào)處理為高/低電平，精度高，發(fā)散角小，并在轉(zhuǎn)換和隔離后將其發(fā)送到單片機(jī)。電梯控制系統(tǒng)電源電壓為15 V，安裝在每個(gè)樓層和電梯的極限位置。

4)基于單片機(jī)AT89C52根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定速度值的電機(jī)控制。電梯控制系統(tǒng)的電機(jī)控制模塊單片機(jī)輸出不同占空比的PWM，電機(jī)速度控制可以實(shí)現(xiàn)硬件平滑濾波后對(duì)運(yùn)行速度的控制；確定電梯上下線或停止位置的電機(jī)運(yùn)行方向的控制：一個(gè)引腳控制電梯設(shè)備繼電器的接通狀態(tài)的單片機(jī)，根據(jù)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯分析，然后實(shí)現(xiàn)電機(jī)的升降。處理電梯到達(dá)地面時(shí)的電梯轎廂比率：可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用反向電壓控制，當(dāng)電梯到達(dá)地面時(shí)，控制系統(tǒng)直接切斷電源的電梯轎廂會(huì)引起地面錯(cuò)誤，具有一定提高調(diào)平精度的實(shí)用性[3]。

5)單片機(jī)與上位機(jī)之間通過(guò)RS232串口連接的串行通信。基于AT89C52單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)在上位計(jì)算機(jī)接收到單片機(jī)發(fā)送的呼叫信號(hào)后，使用RS232串口三線，兩端與接收端相連，發(fā)送端與5個(gè)端接地，在RS232和TTL電平的轉(zhuǎn)換下，將難以控制的控制系統(tǒng)的操作信息通過(guò)交叉串口與單片機(jī)連接，發(fā)送給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的串行通信。

3 軟件設(shè)計(jì)

電梯控制系統(tǒng)的整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)主要包括控制模塊軟件的實(shí)現(xiàn)和判斷子程序。

1)主程序模塊。為了可以準(zhǔn)確地進(jìn)行相應(yīng)的操作，通過(guò)判斷相應(yīng)的功能鍵，系統(tǒng)的主程序主要用于變量和其他組件的初始化，以實(shí)現(xiàn)特殊功能。

2)判斷子程序。系統(tǒng)判斷子程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通常需要根據(jù)當(dāng)前樓層狀態(tài)和對(duì)應(yīng)的樓層進(jìn)行相應(yīng)的處理，在相應(yīng)的中斷子程序中，對(duì)相應(yīng)樓層進(jìn)行邏輯判斷。例如，在應(yīng)用了2個(gè)樓層時(shí)，如果第2層的應(yīng)用比第1層的應(yīng)用更接近當(dāng)前層的狀態(tài)，首先，在上升狀態(tài)下舉升標(biāo)志位，響應(yīng)第2個(gè)應(yīng)用，然后響應(yīng)其他應(yīng)用程序。如果出現(xiàn)故障，它將以相反的順序響應(yīng)，需要進(jìn)一步的邏輯思考和判斷。同時(shí)，如果當(dāng)前樓層下面有1個(gè)樓層應(yīng)用程序，則還應(yīng)該根據(jù)升高和降低的標(biāo)志位來(lái)判斷。如果它處于上升狀態(tài)，則應(yīng)首先響應(yīng)上層，然后響應(yīng)第2個(gè)應(yīng)用[4]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

1)硬件測(cè)試。根據(jù)硬件電路圖，檢查硬件電路的接線是否與電路原理圖一致。從靜態(tài)檢查開(kāi)始，用萬(wàn)用表測(cè)試，檢查組件的型號(hào)、極性和安裝，檢查電路組件是否已連接。另外，進(jìn)行通電檢查，調(diào)試電源部分，使用示波器檢測(cè)單片機(jī)的復(fù)位和晶體振蕩器電路中是否存在復(fù)位信號(hào)和振蕩信號(hào)[5]。首先，接上220 VAC電源，整個(gè)電路只需要+SV電壓，測(cè)試變壓器的輸出端是否與理論計(jì)算值一致。

2)軟件調(diào)試和整體調(diào)試。模擬器正常運(yùn)行后，由仿真器調(diào)試。將程序與刻錄機(jī)一起刻錄到AT89CS1單片機(jī)中，并進(jìn)行離線調(diào)試。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，連接電源進(jìn)行調(diào)試。打開(kāi)電梯電源，在電梯上升/下降隊(duì)列的響應(yīng)過(guò)程中，選擇各層鑰匙，相應(yīng)的上升/下降指示燈正常顯示，每個(gè)模塊的功能都可以正常使用，基本實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行仿真，電梯運(yùn)行即可完成。基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)AT89C52包括單片機(jī)系統(tǒng)、呼叫信號(hào)傳輸系統(tǒng)、電機(jī)控制模塊等。系統(tǒng)利用模塊設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了電梯各模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)電梯進(jìn)行了總體調(diào)試，具有方向優(yōu)先、距離優(yōu)先、完成設(shè)計(jì)指標(biāo)的功能，得到了基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)。運(yùn)行測(cè)試表明，基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如成本低、功能多樣、靈活性強(qiáng)、精度高等，使系統(tǒng)可根據(jù)按鍵要求，合理地做出判斷，高效、正確地完成載客任務(wù)，為電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供了參考。