基于单片机的智能电梯控制系统设计

基于单片机的智能电梯控制系统设计摘要本文介绍了一种采用单片机STC89C52芯片进行电梯控制系统的设计方法，主要阐述如何使用单片机进行编程来实现四层电梯的智能控制，利用单片机编程简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时使电梯控制系统体积更小功能更强大。本设计实现了电梯控制系统所需的一些基本功能，能通过电梯内按键或者电梯外上升、下降按键选择楼层，数码管显示实时楼层数，LED显示实时电梯运行状态。原理图和PCB部分采用protel99se专业软件来设计，实现将设计产品化。本次设计更注重了把一些新的思路加入到设计中。主要包括采用了STC89C52芯片，使用C语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品升级。关键词：STC89C52；电梯控制系统；protel99se；C语言AbstractThispaperintroducesadesignmethodofusingSTC89C52chipforelevatorcontrolsystem,mainlydescribeshowtousemicrocontrollerprogrammingtoachievetheintelligentfourstoreyelevatorcontrol,thedesignmethodofmicrocontrollerprogrammingsimpleandvariable,shortensthedevelopmentcycle,atthesametimethattheelevatorcontrolsystemsmallerandmorepowerful.Someofthebasicfunctionsofthedesignandimplementationofelevatorcontrolsystemrequiredbytheelevator,elevatorbuttonsorrise,declinethekeytoselectthefloor,digitaltubedisplayreal-timenumberoffloors,LEDdisplayreal-timeoperatingstateofelevator.SchematicandPCBdesignusingProtel99SEsoftware,thedesignofproducts.Thisdesignpaysmoreattentiontosomenewideasintothedesign.IncludingtheuseoftheSTC89C52chip,theuseofClanguageprogramming,whichhasportabilitystronger,moreconducivetotheupgradingofproducts.Keywords:STC89C52;elevatorcontrolsystem;Protel99SE;Clanguage第一章绪论随着人类社会已经逐步进入信息化的时代，信息社会的快速发展更是离不开电子产品的进步。单片机的出现使人类可以利用编程来代替复杂的硬件电路搭建，单片机的可靠程序运行，修改程序的灵活多样是普通的硬件电路不可比拟的。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。单片机应用的主要领域非常广，智能化家用电器、办公自动化设备商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。电路的集成化不仅对硬件电路的设计相关，与电路的布局同样相关。印刷版的出现使得电路产品更加规范，体积更小。Protel99se是一款专业的绘制电路及印刷版的软件，近年来的不断升级使得其功能更加完善，出现了altiumdesigner、proteldxp等升级版本。第二章硬件设计1.设计目标本设计的主要任务是对各楼层用户按钮信号的检测和处理，按预定的运行规则和程序，发出控制信号对电机进行调节，从而控制电梯的启停、速度；电梯运行所在楼层指示、设有电梯所处位置指示装置以及电梯运行模式（上升或下降）指示装置、关门延时设置、电梯到达有停站请求楼层，电梯门打开，开门延时一定时间后，电梯门关闭（开门指示灯熄灭），电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前楼层、每一层电梯入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关、报警系统等。2.设计原理控制方式分为开环系统与闭环系统。2.1、开环控制系统开环控制系统(open-loopcontrolsystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。2.2、闭环控制系统闭环控制系统(closed-loopcontrolsystem)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈(NegativeFeedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。我们这里设计通过拨码开关控制电梯到达某个位置，来实现系统总的闭环控制。设计原理图及PCB使用Protel99se绘制，原理图如图2.1所示。MCU选用STC89C52单片机，关于此单片机在本设计中的管脚分配如表2.1所示。图2.1电梯智能控制原理图表2.1单片机STC89C52管脚分配表管脚序号管脚能用途管脚1P1.0数码管共阳极管脚2P1.1数码管a管脚3P1.2数码管b管脚4P1.3数码管c管脚5P1.4数码管d管脚6P1.5数码管e管脚7P1.6数码管f管脚8P1.7数码管g管脚9RST复位管脚10R3.0RX管脚11R3.1TX管脚12R3.2备用管脚13R3.3备用管脚14R3.41层内按键管脚15R3.52层内按键管脚16R3.63层内按键管脚17R3.74层内按键管脚18XTAL2晶振管脚19XTAL1晶振管脚20VSSGND管脚21P2.01层上升按键管脚22P2.12层上升按键管脚23P2.22层下降按键管脚24P2.33层上升按键管脚25P2.43层下降按键管脚26P2.54层下降按键管脚27P2.6开门按键管脚28P2.7关门按键管脚29PSEN管脚30PROG管脚31EA管脚32P0.7报警输出管脚33P0.6上升输出管脚34P0.5下降输出管脚35P0.4开/关门输出管脚36P0.3电梯4层检测管脚37P0.2电梯3层检测管脚38P0.1电梯2层检测管脚39P0.0电梯1层检测管脚40VCC5V3.单元模块设计3.1单片机最小系统模块单片机最小系统包括主芯片，复位电路和晶振脉冲产生电路。晶振为12MHz晶振，与30Pf电容并联，产生1us的脉冲信号作为单片机的“心脏”部分。复位电路是开关与10uf电容并联组成的上电自动复位电路，在RST端为高电平时单片机清零，也即开关按下会产生清零信号。管脚10、管脚11为数据输入/输出端口，通过电脑编程能将程序通过此接口烧录入单片机中。3.2按键控制模块采用独立按键方式，这样可以在编程时很方便操作。此按键模块当按下时端口电平为0，松开后为1。3.3输出部分电机输出部分采用P0.5、P0.6的组合控制LED灯的方式来代表电梯的运行状态。当P0.5、P0.6组合为01时代表上升，当为10时代表下降，当为常态时为11。3.4显示部分电梯运行位置显示采用7段数码管来显示，因为此单片机端口输出能力不强，所以使用一个三极管来扩流达到驱动数码管发光的效果，其中单片机的管脚P2.0对应数码管共阳极，其余P2.1-P2.7方分别对应数码管的a-g7段。3.5报警部分报警采用8550三极管驱动蜂鸣器。当P0.7口送高电平时，三极管处于截止状态，三极管Vce电压约为VCC，蜂鸣器只有很少电流流过，没法驱动其发声。当PO口送低电平时，三极管处于饱和导通状态，三极管Vce约为0.3V，蜂鸣器有较大电流流过，能驱动其报警发声。4.主MCU单片机（STC89C52）硬件资源介绍4.1单片机的外部结构拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。1、电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。2、振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图2.1接上即可。3、复位引脚：按图2.1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。4、EA引脚：EA引脚接到正电源端。至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制，有四个并行I/O口，分别是P0、P1、P2、P3，有ROM，用来存放程序，有RAM，用来存放中间结果，此外还有定时/计数器，串行I/O口，中断系统，以及一个内部的时钟电路。在一个51单片机的内部包含了这么多的东西。我们已知，对并行I/O口的读写只要将数据送入到相应I/O口的锁存器就可以了，那么对于定时/计数器，串行I/O口等怎么用呢？在单片机中有一些独立的存储单元是用来控制这些器件的，被称之为特殊功能寄存器（SFR）。事实上，我们已接触过P1这个特殊功能寄存器了，还有哪些呢？看表2.2符号地址功能介绍BF0HB寄存器ACCE0H累加器PSWD0H程序状态字IPB8H中断优先级控制寄存器P3B0HP3口锁存器IEA8H中断允许控制寄存器P2A0HP2口锁存器SBUF99H串行口锁存器SCON98H串行口控制寄存器P190HP1口锁存器TH18DH定时器/计数器1（高8位）TH08CH定时器/计数器1（低8位）TL18BH定时器/计数器0（高8位）TL08AH定时器/计数器0（低8位）TMOD89A定时器/计数器方式控制寄存器TCON88H定时器/计数器控制寄存器DPH83H数据地址指针（高8位）DPL82H数据地址指针（低8位）SP81H堆栈指针P080HP0口锁存器PCON87H电源控制寄存器表2.2STC89C52单片机内部寄存