片機課程設計--基于單片機的電梯控制系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 由電阻與電源 VCC 接通而實現，當按鍵按下時， RST 端為高電平復位。當時鐘頻率選用 12MHz 時， C1取 10uF， R1取 10KΩ 時，電容 C1 充放電時間 τ=R1*C1=2us （ 2個機器周期）。 由于本電路所需按鍵較 多，為了節省單片機的 I/O口，故選用行列式鍵盤矩陣（但是使用了矩陣鍵盤就與真實電梯有明顯的區別了）。本電路采用的是 4 4鍵盤矩陣，分為外部按鈕跟內部按鈕兩部分。電路如圖 2 所示， 0 7是接單片機的 P3 端口，單片機采用行和列掃描法來判別這 16個按鍵中哪個鍵按下，并將其信號進行儲存，然后可根據每個按鍵的功能來通過單片機控制電梯的運行。下面將每個按鍵的功能說明一下： 1L 上 : 一樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示一樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 2L 上 : 二樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示二樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 3L 上 : 三樓向上呼叫按鍵，此鍵按下表示三樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 4L 上 : 四樓向上呼叫按鍵，此按鍵按下表示四樓有人要乘坐電梯上樓，并且單片機將 9 此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 2L 下：二樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示二樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此信號存入 固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 3L 下：三樓向下呼叫按鍵，此鍵按下表示三樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 4L 下：四樓向下呼叫按鍵，此按鍵按下表示四樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 5L 下：五樓向下呼叫按鍵，此按鍵按下表示五樓有人要乘坐電梯下樓，并且單片機將此信號存入固定單元，等到電梯運行到此樓層時判斷是否該響應此呼叫； 1L：電梯內部選擇去一樓按鍵，此 按鍵按下表示電梯里的乘客要去一樓，單片機根據此信號控制電梯的運行； 2L：電梯內部選擇去二樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去二樓，單片機根據此信號控制電梯運行； 3L：電梯內部選擇去三樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去三樓，單片機根據此信號控制電梯運行； 4L：電梯內部選擇去四樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去四樓，單片機根據此信號控制電梯運行； 5L：電梯內部選擇去五樓按鍵，此按鍵按下表示電梯里的乘客要去五樓，單片機根據此信號控制電梯運行； ALARM：警報按鈕，此按鈕按下表示電梯有突發情況，單片機根據此信號會將電梯停止運行，點亮警報指示燈并發出警報； 鍵盤電路如圖 3 所示： 圖 3 鍵盤矩陣電路 顯示電路設計 本電路采用數碼管顯示電梯所到達的樓層數，數碼管采用共陰極由單片機的 P0口控制，當電梯運行到兩樓層之間時，數碼管顯示為前一樓樓層。 電路如圖 5 所示： 10 圖 5 樓層顯示電路 電機正反轉控制 本電路中用兩個發光二極管來表示電機正反轉，如圖 6所示：用單片機的 口做輸出口來驅動發光二極管，其中上 行燈亮表示電機正轉，下行燈亮表示電機反轉、兩燈都不亮表示電機停轉。本設計使用兩二極管反向并聯再與電機串聯，有效的節約了單片機端口的使用，又能準確的顯示電機的運行狀態。 由于單片機的 IO口電壓過低，不能驅動電機，故電機驅動部分采用常用的 H橋電路，如圖 6所示： 圖 6 直流電機 H 橋驅動電路 目的樓層顯示電路 本電路中用五個發光二極管顯示電梯的目的樓層，置于電梯內部，分別由單片機的 到 控制，當對應的目標按鍵被按下時，向相應的控制口輸入低電平，點亮二極管，其中亮的表示有人想前往該層樓，當電梯到達該樓層時，對應的二極管熄滅。每個二極管均用1K的電阻進行限流。 目的樓層顯示電路如圖 7所示： 11 圖 7 目的樓層顯示電路 警報電路 本電路由蜂鳴器和發光二極管兩部分組成，其中蜂鳴器由單片機的 ，二極管由單片機的 ，由于 P0口無內部電壓，故在外部上拉電壓。當有突發情況發生時，按下 ALARM按鈕，蜂鳴器會發出警報，二極管將點亮。 警報電路如圖 8所示： 圖 8 警報電路 軟件設計是智能化系統進行數據采集、處理、控制等工作的基礎。系統的軟件設計直接影響整個系統的運轉和硬件作用的發揮。 本設計由于采用鍵盤矩陣來代替外呼內選按鈕，而電梯的運行方向是根據這些呼叫按鍵和選擇按鍵來決定的，所以單片機要不斷的掃描鍵盤來獲取各層呼叫狀態。從而來控制電梯 12 的運行。故鍵盤矩陣掃描是本系統軟件設計的重要一部分，另外要把鍵盤掃描到的各層的按鍵信息存儲起來，然后和電梯的運行狀態比較，判斷是否響應各層呼叫（電梯只響應同方向呼叫），最后就是樓層顯示部分和警報部分了。整個軟件設計包括一下幾部分： ⑴ 初始化程序使數碼管顯示“ 1”表示電梯處在一樓。 ⑵ 主程序主要包括： ① 判斷乘客進入電梯后選擇去哪一層，根據判斷情況來控制電梯運行； ② 電梯在運行過程中要不斷的掃描鍵盤，從而來判斷各樓層有無呼叫請求，； ③ 電梯在運行過程中只響應同方向的呼叫請求； ④ 實時顯示電梯所在位置及運行狀態 （上行 /下行）； ⑤開關門有一定的延時來保證乘客走出 /進入電梯； 軟件流程圖如圖 9 所示： 13 圖 9 軟件流程圖 分析鍵值設計 單片機在讀取到鍵值后，自然會分析該鍵值來自于哪一層樓的哪個按鍵。然后才可以把該按鍵對應的 儲存單位置 1，點亮相應的二極管 （實際中的電梯也是如此）。 在本設計中， 按鍵是按照行與列均勻分布的，特定的行與特定的列處的每個按鍵，均對應有特定的鍵值。首先可以人為地規定每個按鍵在電梯中所處的位置。例如規定位 第一行按鍵為 上行呼叫的按鍵等等（具體可參照電路圖）。它有自己固定的鍵值。那么在 返回 鍵值后，只需用一個 switchcase語句 對相應存儲數據 進行 置 1即可 。 14 在程序中，我們定義了 shang[]、 xia[]、 nei[]三個數組對相應的按鍵狀況進行存儲，這一步是整個程序得以正常運行的前提與基礎。在程序開始之前，我們設置了這樣一些狀態變量，它們分別對應于各個按鍵，當某個按鍵按下時，其對應的狀態變量就會被置位。這樣做的好處是使電梯在執行判決操作時，有據可循。因為判決函數就是依靠當前都有哪些鍵按下以及電梯此刻所處的上下行狀態來判斷 下一個需要停留的目標樓層的。 分析完鍵值的來源后，就要點亮相應的二極管。由于二極管是由單片機控制且是低電平使發光二極管點亮，故一般來說，要點亮哪個二極管，只需在單片機向相應端口輸入 0即可。當電梯到達該層后，我們再向該層對應的端口輸入 1即可熄滅該二極管。 這是整個程序成功運行的核心保證。在電梯經過一個樓層時，就會自動調用該函數，它的作用是基于短時間、高效率、人性化的基礎上，合理智能的對電梯的運行進行調度，結合實際情況，最終得出電梯下一個目標停留樓層。 其流程如圖 10所示： 開 始按 鍵 標 識全 為 0 ？電 梯 不再 運 行電 梯 向上 運 行電 梯 向下 運 行電 梯 上樓 接 人電 梯 上樓 送 人電 梯 下樓 接 人電 梯 下樓 送 人相 關 處 理 1 相 關 處 理 2 相 關 處 理 3 相 關 處 理 4是否 圖 10 電梯判決流程圖 由圖可知，程序中將實際情況分為四種情況來判斷：電梯上行且是去送人（即電梯此時位于底層，而高層有人呼叫要上樓）、電梯上行且是去接人（即電梯此時位于底層，而高層有人呼叫要下樓）、電梯下行且是去送人（即電梯此時位于高層，而低層有人呼叫要下樓）、電梯下行且是去接人（即電梯此時位于高層，而低層有人呼叫要上樓）。 在實際應用中，最簡單的情況莫過于電梯當前為閑置狀態，然后有一人按下按鍵呼叫， 15 然后電梯便響應呼叫。但是，實際情況往往比這復雜的多，在第一個人按下按鍵電梯運行的過程中，還很有可能會有 其他不同樓層的人按下不同的按鍵（上行或者下行）的情況發生。那么就必須得為電梯規定好一個特定的優先級規則，讓其依據這個規則來運行，以免亂作一團。那么這個規則就必須要高效且人性化，在此，我們規定，當電梯上行時，均不理會那些按下行按鍵的顧客。并且，若在上行過程中，也有人在某層按的是上行按鍵，但是電梯此時已經走過了該層，那么電梯也絕對不會再選擇先下行接他。當然，當將高層上行的顧客送完后（此時一般來說電梯已經處于高層了），電梯便會檢測下行按鍵，若更高層有人呼叫下行，則電梯會選擇先去響應他們，然后再下行的過程中依次響應 按了下行處于等待中的顧客，最后這些顧客都送完后，再去相應那些電梯上