電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。在焊接刷電路板時(shí)， 單片機(jī)時(shí)鐘電路盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。單片機(jī)晶振的兩個(gè)電容的作用：這兩個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾十皮發(fā)。它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，一般訂購(gòu)晶振時(shí)候供貨方會(huì)問你負(fù)載電容是多少。晶振的負(fù)載電容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg為分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容,Cic（集成電路內(nèi)部電容）+△C（PCB上電容），經(jīng)驗(yàn)值為3至5pf。此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容經(jīng)驗(yàn)值約為22μF。ISP編程接口及電源接口：ISP為單片機(jī)在線編程口，其不需要任何的外圍零件。使用與標(biāo)準(zhǔn)JTAG口兼容的雙排2*5插座，故為了節(jié)省空間，單片機(jī)ISP編程接口與FPGA的JTAG編程連接口使用同一個(gè)插座。其PE0（MOSI）、PE1（MISO）、PB1（SCK）直接與插座上相應(yīng)引腳相連， ISP下載口電路而復(fù)位端（RESET）則通過(guò)跳線與插座引腳相連，使用時(shí)可以通過(guò)跳線選擇是對(duì)FPGA編程或是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。 顯示電路設(shè)計(jì) 樓層顯示電路本電路采用數(shù)碼管顯示電梯所到達(dá)的樓層數(shù)，數(shù)碼管采用共陰極由單片機(jī)的P0口控制。由于AT89S52單片機(jī)的P0口做I/O口使用時(shí)，CPU內(nèi)部發(fā)控制電平0封鎖與門，使與門輸出為0，上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)，因此輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)是漏極開路的開路電路，因此當(dāng)外接數(shù)碼管時(shí)，需要先接上拉電阻，然后才能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。，上接+5V電壓，數(shù)碼管初始化顯示為1，當(dāng)電梯運(yùn)行到某一層時(shí)，電梯顯示該樓層，而當(dāng)電梯運(yùn)行到兩樓層之間時(shí)，數(shù)碼管顯示為前一樓樓層。 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 聲光報(bào)警電路，本電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管兩部分組成。LED外接+5V電壓，通過(guò)1K的電阻進(jìn)行限流。，三極管起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，是蜂鳴器導(dǎo)通發(fā)聲，而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。本設(shè)計(jì)中當(dāng)有突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，按下S16按鍵，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)二極管將點(diǎn)亮。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路， L298驅(qū)動(dòng)電路可直接進(jìn)行點(diǎn)擊控制，無(wú)需隔離電路。通過(guò)單片機(jī)I/O口輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)點(diǎn)擊進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速點(diǎn)擊的大電流要求。芯片的18管腳接地，，11管腳為使能端，本設(shè)計(jì)只控制一個(gè)電機(jī)，因此6管腳直接拉高。電機(jī)的控速可通過(guò)PWM調(diào)節(jié)脈寬實(shí)現(xiàn)。由L298內(nèi)部電路無(wú)續(xù)流二極管對(duì)三極管進(jìn)行保護(hù)，所以必須在外部接線OUT1，OUT2加入續(xù)流二極管保護(hù)電路。同時(shí)，在本設(shè)計(jì)中放置兩個(gè)接線相反的LED燈，用來(lái)指示電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。 目的樓層指示電路設(shè)計(jì) 目的樓層指示電路，本設(shè)計(jì)中用五個(gè)發(fā)光二極管顯示電梯的目的樓層，置于電梯內(nèi)部，當(dāng)電梯內(nèi)的乘客按下目標(biāo)按鍵時(shí)，相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)控制口輸入低電平，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，其中亮的表示乘客想前往該層樓，當(dāng)電梯運(yùn)行到該樓層時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管熄滅。每個(gè)發(fā)光二極管正極接+5V電壓，同時(shí)每個(gè)發(fā)光二極管用1K的電阻進(jìn)行限流，防止電流過(guò)大，損壞發(fā)光二級(jí)管。 串口通訊電路設(shè)計(jì)MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路使用+5v單電源供電。其主要作用是用來(lái)將普通5V的TTL電平轉(zhuǎn)為10V串口通信電平。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。RS232 接口是制定用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25 個(gè)腳的 DB25 連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。DB25 的串口一般只用到的管腳只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）這三個(gè)，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在DB25 針很少看到了，代替他的是DB9 的接口，DB9 所用到的管腳比DB25 有所變化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）這三個(gè)。因此現(xiàn)在都把RS232 接口叫做DB9。MAX232芯片使用+5V供電，其主要作用是用來(lái)將普通5V的TTL電平轉(zhuǎn)為10V串口通信電平。本設(shè)計(jì)通過(guò)此串口與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在PC機(jī)上通過(guò)LABVIEW對(duì)電梯的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 串口通信電路4 系統(tǒng)軟件主流程 軟件整體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)由于采用4x4矩陣鍵盤來(lái)代替內(nèi)外呼叫按鍵，而電梯的運(yùn)行方向是根據(jù)這些呼叫按鍵和選擇按鍵來(lái)決定的，所以單片機(jī)要不斷的掃描鍵盤來(lái)獲取各層呼叫狀態(tài)。從而來(lái)控制控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制電梯的運(yùn)行。故鍵盤矩陣掃描是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(chǔ)起來(lái)，然后和電梯的運(yùn)行狀態(tài)比較，判斷是否響應(yīng)各層呼叫（電梯只響應(yīng)同方向呼叫），同時(shí)在電梯運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)通過(guò)串口實(shí)時(shí)發(fā)送樓層數(shù)據(jù)到PC機(jī)上，通過(guò)LABVIEW軟件所制作的界面實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，最后就是聲光意外報(bào)警警報(bào)部分了，當(dāng)發(fā)生意外時(shí)，報(bào)警按鍵按下，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)包括一下幾部分：：選層至呼叫層開門延時(shí)兩秒且鍵盤掃描關(guān)門鍵盤掃描同向呼叫是否在呼叫顯示樓層發(fā)送樓層標(biāo)志位判斷電梯位置鍵盤掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化是否在呼叫同向呼叫鍵盤掃描顯示樓層發(fā)送樓層標(biāo)志位判斷電梯位置鍵盤掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化顯示樓層發(fā)送樓層標(biāo)志位判斷電梯位置鍵盤掃描選擇去向電梯運(yùn)行啟動(dòng)初始化啟動(dòng)初始化電梯運(yùn)行選擇去向鍵盤掃描判斷電梯位置發(fā)送樓層標(biāo)志位啟動(dòng)初始化電梯運(yùn)行選擇去向鍵盤掃描判斷電梯位置啟動(dòng)初始化電梯運(yùn)行選擇去向鍵盤掃描啟動(dòng)初始化鍵盤掃描選擇去向電梯運(yùn)行判斷電梯位置發(fā)送樓層標(biāo)志位顯示樓層鍵盤掃描同向呼叫是否在呼叫至呼叫層開門延時(shí)兩秒且鍵盤掃描關(guān)門 軟件流程圖⑴初始化程序，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行配置，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)外圍模塊進(jìn)行初始化，對(duì)串口模塊進(jìn)行初始化；⑵主程序主要包括：①判斷乘客進(jìn)入電梯后選擇去哪一層，根據(jù)判斷情況來(lái)控制電梯運(yùn)行；②電梯在運(yùn)行過(guò)程中要不斷的掃描鍵盤，從而來(lái)判斷各樓層有無(wú)呼叫請(qǐng)求；③電梯在運(yùn)行過(guò)程中只響應(yīng)同方向的呼叫請(qǐng)求；④實(shí)時(shí)顯示電梯所在位置及運(yùn)行狀態(tài)（上行/下行）；⑤實(shí)時(shí)發(fā)送樓層標(biāo)志位到PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；⑥開關(guān)門有一定的延時(shí)來(lái)保證乘客走出/進(jìn)入電梯； 分析鍵值設(shè)計(jì)單片機(jī)在讀取到鍵值后，自然會(huì)分析該鍵值來(lái)自于哪一層樓的哪個(gè)按鍵。然后才可以把該按鍵對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存單位置1，點(diǎn)亮相應(yīng)的二極管（實(shí)際中的電梯也是如此）。在本設(shè)計(jì)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(gè)按鍵，均對(duì)應(yīng)有特定的鍵值。首先可以人為地規(guī)定每個(gè)按鍵在電梯中所處的位置。例如規(guī)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(gè)switchcase語(yǔ)句對(duì)相應(yīng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行置1即可。在程序中，我們定義了shang[]、xia[]、nei[]三個(gè)數(shù)組對(duì)相應(yīng)的按鍵狀況進(jìn)行存儲(chǔ)，這一步是整個(gè)程序得以正常運(yùn)行的前提與基礎(chǔ)。在程序開始之前，我們?cè)O(shè)置了這樣一些狀態(tài)變量，它們分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)按鍵，當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量就會(huì)被置位。這樣做的好處是使電梯在執(zhí)行判決操作時(shí)，有據(jù)可循。因?yàn)榕袥Q函數(shù)就是依靠當(dāng)前都有哪些鍵按下以及電梯此刻所處的上下行狀態(tài)來(lái)判斷下一個(gè)需要停留的目標(biāo)樓層的。分析完鍵值的來(lái)源后，就要點(diǎn)亮相應(yīng)的二極管。由于二極管是由單片機(jī)控制且是低電平使發(fā)光二極管點(diǎn)亮，故一般來(lái)說(shuō)，要點(diǎn)亮哪個(gè)二極管，只需在單片機(jī)向相應(yīng)端口輸入0即可。當(dāng)電梯到達(dá)該層后，我們?cè)傧蛟搶訉?duì)應(yīng)的端口輸入1即可熄滅該二極管。 電梯運(yùn)行方向的判決這是整個(gè)程序成功運(yùn)行的核心保證。在電梯經(jīng)過(guò)一個(gè)樓層時(shí)，就會(huì)自動(dòng)調(diào)用該函數(shù)，它的作用是基于短時(shí)間、高效率、人性化的基礎(chǔ)上，合理智能的對(duì)電梯的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度，結(jié)合實(shí)際情況，最終得出電梯下一個(gè)目標(biāo)停留樓層。，程序中將實(shí)際情況分為四種情況來(lái)判斷：電梯上行且是去送人（即電梯此時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)位于高層，而低層有人呼叫要上樓）。在實(shí)際應(yīng)用中，最簡(jiǎn)單的情況莫過(guò)于電梯當(dāng)前為閑置狀態(tài)，然后有一人按下按鍵呼叫，然后電梯便響應(yīng)呼叫。但是，實(shí)際情況往往比這復(fù)雜的多，在第一個(gè)人按下按鍵電梯運(yùn)行的過(guò)程中，還很有可能會(huì)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(fā)生。那么就必須得為電梯規(guī)定好一個(gè)特定的優(yōu)先級(jí)規(guī)則，讓其依據(jù)這個(gè)規(guī)則來(lái)運(yùn)行，以免亂作一團(tuán)。那么這個(gè)規(guī)則就必須要高效且人性化，在此，我們規(guī)定，當(dāng)電梯上行時(shí)，均不理會(huì)那些按下行按鍵的顧客。并且，若在上行過(guò)程中，也有人在某層按的是上行按鍵，但是電梯此時(shí)已經(jīng)走過(guò)了該層，那么電梯也絕對(duì)不會(huì)再選擇先下行接他。當(dāng)然，當(dāng)將高層上行的顧客送完后（此時(shí)一般來(lái)說(shuō)電梯已經(jīng)處于高層了），電梯便會(huì)檢測(cè)下行按鍵，若更高層有人呼叫下行，則電梯會(huì)選擇先去響應(yīng)他們，然后再下行的過(guò)程中依次響應(yīng)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(yīng)那些電梯上行過(guò)程中，處于比電梯低的樓層卻按了上行鍵的顧客。電梯上樓接人相關(guān)處理1電梯上樓送人電梯下樓接人電梯下樓送人相關(guān)處理1相關(guān)處理1相關(guān)處理1開始按鍵標(biāo)識(shí)全為零電梯不再運(yùn)行電梯向上運(yùn)行電梯向下運(yùn)行 電梯判決流程圖簡(jiǎn)單地說(shuō)，若電梯處于上行狀態(tài)，則在該過(guò)程中響應(yīng)不同顧客的優(yōu)先級(jí)（或者電梯響應(yīng)的先后順序）為：高層呼叫上行顧客高層呼叫下行顧客底層呼叫下行顧客底層呼叫上行顧客。那么，當(dāng)電梯通過(guò)程序運(yùn)行得知到相應(yīng)狀態(tài)后，又是如何具體的判斷當(dāng)天所鎖定的目標(biāo)樓層是否要變更呢？現(xiàn)以上行為例，加以詳細(xì)說(shuō)明：若上行，且是送人，比如電梯當(dāng)前在一層，四樓有人呼叫上樓，那么它就要響應(yīng)這一呼叫，從而把自己的目標(biāo)樓層鎖定為四樓并向上運(yùn)行，而在四樓呼叫后不久，三樓也有人呼叫上樓（且電梯此刻還未運(yùn)行到三樓），那么在電梯運(yùn)行中，沒經(jīng)過(guò)一個(gè)樓層，會(huì)做一次判決，因?yàn)槿龢且灿腥撕艚校哉Ｇ闆r下，它應(yīng)該在判決后將目標(biāo)樓層定位三樓。而若三樓的顧客按下的是下行鍵，或者二樓的人按下呼叫鍵，電梯此時(shí)都會(huì)暫時(shí)不予理會(huì)。部分程序代碼見附錄。由程序可以看出，當(dāng)四樓有上行鍵呼叫時(shí)，狀態(tài)變量shang[4]便會(huì)被置位，但電梯依然在判斷按鍵狀況，此時(shí)程序的檢測(cè)依據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：第一，由低層向高層開始檢查；第二，對(duì)于電梯已經(jīng)過(guò)的樓層和按下下行鍵所發(fā)出的請(qǐng)求，電梯暫時(shí)是不予理會(huì)的。這也是很明顯的，因?yàn)樯闲兴腿藸顟B(tài)中，低層的優(yōu)先權(quán)大于高層的。程序就是靠著上面這些if語(yǔ)句的嵌套，來(lái)完成這種優(yōu)先級(jí)設(shè)置的。至于上行接人狀態(tài)時(shí)，所堅(jiān)持的標(biāo)準(zhǔn)是由高層到底層的順序進(jìn)行排查，而對(duì)于上行鍵的呼叫暫時(shí)不予理會(huì)。下行的狀態(tài)，恰好與上行相反，在此不再贅述。同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了flag標(biāo)志位，當(dāng)flag=0表示電梯停止運(yùn)行，當(dāng)flag=1表示電梯向上運(yùn)行，當(dāng)flag=2表示電梯向下運(yùn)行。5 系統(tǒng)調(diào)試和功能測(cè)試 調(diào)試使用儀器1. 微型計(jì)算機(jī) 一臺(tái)2. 直流穩(wěn)壓電源 一套3. 示波器 一臺(tái)4. 萬(wàn)用表 一臺(tái) 調(diào)試過(guò)程系統(tǒng)調(diào)試的步驟為：先進(jìn)行硬件調(diào)試，保證硬件工作良好之后進(jìn)行電梯系統(tǒng)的調(diào)試，主要通過(guò)仿真完成，最后對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行調(diào)試，即完整系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試 硬件仿真硬件仿真使用的是Proteus 7，Proteus 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、AVR，PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC