控监系统课程设计基于单片机的电梯控制-学位论文.doc
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1、课程名称:监控系统课程设计设计题目: 基于单片机的电梯控制 院 系: 电气工程系 专 业: 电子信息工程 西南交通大学峨眉校区课 程 设 计 任 务 书专 业 电子信息工程 姓 名 学 号 开题日期: 年 月 日 完成日期: 2010年 12月 3日题 目 基于单片机的电梯控制 一、设计的目的现在的电梯控制系统主要还是由可编程控制器控制。但是由于PLC的针对性较强,每一台PLC都是根据一个设备而设计的,所以价格较昂贵。而单片机价格相当便宜,如果在抗干扰功能上有所提高的话完全可以代替PLC实现对工控设备的控制。当然单片机并不象PLC那么有针对性,所以由单片机设计的控制系统可以随着设备的更新而不断
2、修改完善,更完美的实现设备的升级。 二、设计的内容及要求 本文主要是用51单片机来实现电梯控制系统,使其具备电梯基本升、降功能,并当多层对电梯呼叫时,能安排电梯停靠,从而实现电梯的基本运行情况的模拟。给出电梯控制系统的各个模块电路的设计和所需主要器件的主要参 数,并介绍硬件实现的详细方案,给出本次设计的 硬件原理电路图,并分点描述各模块功能;并给出软件实现的程序流程图,并介绍各模块所要实现的功能。第5章系统的仿真方法。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日一 电梯控制系统组成框图及工作原理该系统主要由MCU控制模块、电梯间电路模块、电梯内电路模块、控制台电路、楼层检测模
3、块、电动机驱动模块、报警模块等7部分组成。如图1所示: 控制模块电梯内电路电梯间电路报警电路电动机控制模块楼层检测控制台电路图 1 系统总原理图该系统以MCU控制模块核心,控制台电路主要是完成电梯的启动、停止以及楼层数的显示,电梯内电路是用来让电梯内用户选择目标楼层(作为内招信号),电梯间电路是同来让电梯外用户选择目标楼层(作为外招信号),内外招使用按键按下与否而引起的电平的改变作为用户请求信息发送到MCU,MCU控制电动机转动,到达目标楼层。楼层检测模块一般采用传感器,实时检测反馈给MCU,来确定的电机的转停。报警模块作为电梯的求救系统。二 硬件设计2.1单片机最小系统 图2.1 单片机最小
4、系统单片机最小系统电路如图2.1所示,单片机采用ATMEL公司的AT89C51,晶体振荡器选12MHz,C1、C2为30p瓷片电容,与晶体振荡器构成时钟电路。电容C3按键RESET构成上电复位和手动复位电路。2.2各楼层电梯间电路如下图所示,此部分电路是提供给处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼请求。按键与单片机的P1.0P1.5分别相连,指示灯通过P0.0P0.5来控制。其中R52、R55、R56、R59、R60和R62是上拉电阻,其作用是保证按键未按下时,端口P1.0P1.5为高电位。当按键按下时,端口P1.0P1.5通过按键接地,使得P1.0P1.5变为低电平。电容C51C56的作用是消除
5、抖动和抗干扰。各楼层电梯间的升降选择按键均与单片机P1口连接,上升按键与P1口的P1.0P1.2连接,下降按键与P1口的P1.3P1.5连接。即由P1口可以读到电梯间升、降按键的状态。每个上升、下降按键均有一只发光二极管作为指示灯与之配合,发光二极管与PO口的P0.0P0.5连接。每个发光二极管通过一只阻值为470的限流电阻接电源(VCC),这样流经发光二极管的电流约为7.5 mA,有适当的亮度,同时单片机的端口在不加驱动的情况下可以承受。图2.2.1一层按键电路图2.2.2二层按键电路图2.2.4四层按键电路图2.2.3三层按键电路2.3 电梯内电路 电梯内电路如图2.3所示,提供给电梯内的
6、乘客用户使用,四个目标楼层选择按键F1、F2、F3、F4和4个与之配合的发光二极管作为指示灯,即FS1、FS2、FS3和FS4。按键与P3口的P3.0P3.3连接,指示灯与P2口的P2.0P2.3相连。上拉电阻R11R14和电容C41C14的作用同上。图2.3电梯内电路2.4 控制台电路 控制台电路如图2.4.1所示。发光二极管Power是电源指示灯,用以显示供电是否正常。采用共阴极数码管来显示当前楼层,采用CD4511作译码器,LE接VCC,译码器处于锁存状态。经R31R37(阻值为470)对数码管限流。UP、DOWN两只发光管用来显示电梯运行的方向。START与STOP分别与单片机的P1.
7、6、P1.7连接,用来控制电梯的起停。如图2.4.2所示,CD4511的A0-A3分别与P3.4P3.7相连,R31R37为限流电阻。图2.4.1电梯控制台电路图2.4.2电梯控制台显示电路2.5 楼层检测在本设计中,光电传感器电路连接图如所2.5示。D1,T1组成红外发射-接受对管,D1通电后发出红外信号,光槽若未挡住,T1将导通,比较器LM339输出低电平,光槽光线若被挡,T1截止,LM339输出高电平。利用电梯行至楼层标志处光槽光线被电梯遮挡所带来的电平变化发送到单片机P2.6计数即可实现楼层检测。图3.12 楼层检测电路2.6 电动机驱动直流电动机驱动电路主要是用来控制直流电动机的转动
8、方向,通过改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。电路采用功率三级管8050和8550,以满足电动机启动的瞬间的大电流要求。 如图2.6所示输入端分别与单片机P2.4和P2.5相连,电梯上升时, P2.4输出为低电平,P2.5输出为高电平,晶体管功率放大器VT3,VT2导通,VT1,VT4截止。VT3,VT2与直流电动机一起形成回路,驱动电机正转。电梯下降时,P2.4输出为高电平,P2.5输出为低电平,晶体管功率放大器VT3,VT2截止,VT1,VT4导通,VT1,VT4与直流电动机形成回路,驱动电动机反转。4个二极管起到保护晶体管的作用。功率晶体管采用TP521光耦器驱动,将控制部
9、分与电动机驱动部分隔离。光耦器的电源为+5V,H型驱动电路中的晶体管功率放大器VT3,VT1的发射极所加的电源为12V。图2.6电动机驱动电路2.7 报警部分如图3.14所示,此处利用两个常用三极管CS9013,连接成达林顿管结构,此电路与单片机P2.7相连。其中R为限流电阻,当电梯运行过程中出现故障停止, P2.7输出高电平,蜂鸣器报警,另外用户在电梯中如果遇到紧急情况也可按“HELP”直接报警求救。图2.7 报警电路2.8电源部分 如图2.8所示图2.8电源驱动电路2.9 总电路图 如图2.9所示图2.9总电路图三 软件设计由于本设计采用单片机实现控制,所以软件设计部份的程序编写用汇编语言
10、来完成。其中主程序部分主要完成系统的初始化,如中断方式的设置,开中断,存储单元的清零等。在中断子程序中完成,按键查询等,其它的如数码管的显示,键盘的响应,转动电机的控制,延时等均由相应的子程序来完成。软件编程是实现多功能、智能化、操作方便的关键。在本设计中,可以把程序的各部分相互结合起来,达到完成各项设计的功能。软件设计思想:采用模块化的分层次设计方法,将软件系统功能由多个实现单一功能的子程序实现。通过调用不同的子程序,实现了复杂功能控制。这样便于调试、修改。主流程图如图3所示.初始化调用按键子程序控制电动机转动楼层检测到达后显示目标楼层开始按键查询返回YN图 3 系统主流程图 3.1 按键查
11、询部分 在本设计当中,键盘采用独立式按键,按键由P1口和P3.0-P3.3控制,采用定时器T1中断查询按键状态,当有键按下时,即转入相应功能程序。键盘程序流程图如图3.1所示: 开 始读取所有按键键Stop按下取得电梯上升请求,并刷新指示灯标志R3非0数清除全部电梯上升请求清除全部电梯下降请求清除全部电梯内目标楼层请求修改读入的按键状态使之为仅有电梯内目标为一楼开关闭T1,不在读取按键取得电梯下降请求,并刷新指示灯返回图 3.1 键盘查询程序流程图程序清单如下:定时器T1中断服务程序:按键状态检查TIME1: MOV TH1,#0ECH ;每10s检查一次按键 MOV TL1,#78H MOV
12、 6EH,A MOV 30H,P1 ;读入所有按键状态 MOV 31H,P3 JB P1.6,TIME11 ;若Stop键未按下,则正常运行 MOV R3,#0FFH ;Stop键按下,标志R3置非0数 MOV 20H, #0 ;清除全部电梯间上升请求 MOV 21H,#0 ;清除全部电梯间下降请求 MOV 22H,#0 ;清除全部电梯内目标楼层请求 MOV 30H,#0FFH ;修改读入的按键状态,使之为 电梯内目标为一楼 MOV 31H,#0FEH ; CLR TR1 ;并关闭T1,不再读取按键TIME11:MOV A,30H CPL A ANL A,#07H ;取得电梯间上升请求 ORL
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