毕业设计基于单片机的四层楼电梯控制系统设计.doc
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1、目录摘要 1关键词:1引言 2第一章 概述1.1课题背景 21.2课题简介 21.3方案比较 31.4项目原理 3第二章 硬件设计2.1MCS-51系列单片机介绍 32.1.1 AT89C51单片机简介 32.1.2最小系统介绍 52.2 键盘部分设计 62.3显示部分设计 62.4电梯的硬件电路分析72.4.1电梯内部电路 72.4.2楼层间的电梯电路 72.4.3控制台电路 82.4.4电动机驱动 92.4.5报警部分 92.4.6单片机电路102.4.7楼层检测电路10第三章 软件设计3.1简易控制方案 10 3.1.1工作原理 103.1.2设计要点 103.1.3项目程序流程图 11
2、 3.1.4独立按键的查询123.2有请求控制方案 15 3.2.1工作原理 153.2.2编程要点 153.2.3项目程序流程图 16致谢 17参考文献: 17 附录 19参考程序 19摘 要随着科学技术的发展,我国的电梯生产技术得到了迅速发展,一些电梯厂也在不断改进设计、修正工艺、更新换代,生产更新型的电梯。电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学等多学科和技术分支于一体的机电设备。目前电梯控制系统主要有三种控制方式:继电器控制系统、单片机控制系统、微机控制系统。本论文采用51单片机为核心控制元件,设计了一个四层电梯系统,使用单片机汇编语言进行编程,实现运送乘客到任意楼
3、层,并且显示电梯的楼层和上下行。利用单片机控制电梯有成本低通用行强、灵活性大及易于实现复杂控制等优点。关键词:电梯、单片机、系统、控制基于单片机的电梯控制系统 引 言随着国内经济的发展及人口向都市集中,使都市的建筑物普遍朝高层化发展。电梯在我们的生活中起着举足轻重的作用。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备,更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。交流电梯是采用交流继电接触器控制的最普通.最大量的一种电梯控制类型,这种控制使用继电器数量大, 保护连锁触点多。电气线路复杂.维护工作量大,可靠性稍差。随着微电子技术的发展,采用无触点控制来代替有触点控制已势在必行。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率
4、较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点,所以需要开发一种安全、高效的控制方式。采用单片机构成控制系统,不但可以大大降低成本,而且做成专用控制系统,程序被固化,加强了保密性,提高了可靠性。第一章 概述1.1 课题背景电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具,是机电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、电力拖动系统和土木建设工程等多个科学领域。目前电梯的生产情况和使用数量已成为一个国家现代化程度的标志之一。随着现代化城市的高速发展,每天都有大量人流及物流需要输送。为节约用地和适应经贸事业的发展,一幢幢高楼拔地而起,这些高层建筑的垂直运输是一个突出问题,与人们的工作
5、和生活紧密相关。电梯给人们的生活带来了便利,也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。生活在继续,科技在发展,电梯也在进步。电梯的使用越来越普遍,已从原来只在商业大厦、宾馆使用,过渡到在办公室、居民楼等场所使用,并且对电梯功能的要求也不断提高,相应的控制方式也在不停地发生变化。对于电梯的控制,电梯控制器的实现有多种方式,诸如PLC、单片机等等。在以前的电梯控制器设计中,大部分都采用PLC来实现,但是PLC是基于外围的硬件实现电梯的控制,这样的设计很难实现电梯的智能化, 而单片机的性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、通用性强,能实现其智能化。因此我们采用了硬单片机来完成电梯控制器的设计
6、。 1.2 课题简介 本次设计主要介绍的是电梯手动控制器,硬件部分我们使用的是单片机及外围电路组成高度为四层楼的电梯控制系统。单片机采用AT89C51,晶体振荡器选6NHZ,C1、C2为30PF瓷片电容与晶体振荡器形成时钟电路。电容C3,电阻R2,R1和按键Reset构成上电复位和手动复位电路。软件部分采用两种控制方案,简易控制方案只是简单的控制电梯上升下降。在各楼层短暂停留。而进一步控制方案则考虑各楼层的信号请求,以完成各楼层的升降控制。该系统具有工作稳定、操作简单等优点。1.3 方案比较方案一:采用可编程控制器(PLC)作为主要器件来控制电机的运动、内外按键的响应、按键后的电路显示等等。用
7、PLC编程较简单,电路也不复杂,但此方案的各个模块的费用都比较高,硬件设计不灵活,故不采用本方案。方案二:随着大规模集成电路的发展,单片机的功能也在日益的壮大,单片机的应用也越来越广泛,单片机正在让人们的生活逐渐走向智能化。单片机技术目前较为成熟,自身资源丰富,硬件设计简单,成本低,可靠性高,功能强,速度高,功耗低,结合软件完全可以实现电梯运行状况的简单模拟。故采用本方案。1.4 项目原理电梯控制器由各楼层的电梯间电路、电梯内电路和控制台电路三部分组成。电梯在各楼层的定位本应采用程序开关,考虑到模型的操作,采用延时控制。相邻楼层间升降设定为2s。第二章 硬件设计2.1 MCS51系列单片机简介
8、单片机是把中央处理器(CPU),存储器,定时器和I/O端口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块电路芯片上的微型计算机。单片机的应用是非常的广泛,主要是基于其控制功能,由于单片机具有集成度高,体积小,可靠性高,价格低和易实现产品化等特点,特别适合应用于测量和控制领域,可分为单片机应用和多机应用。MCS51系列单片机事是目前最广泛的一种单片机系列,是Intel公司于1976年推出的一种单片机系列产品的名称。MCS51是一种高性能8位单片微型计算机,它把构成计算机的中央处理器CPU,存储器,寄存器组,I/O接口制作在一块集成电路芯片中,从而构成较为完整的计算机.另外,在其内部还集成有定时器/记数
9、器,串行通信接口等部件,因此可以方便地用于定时控制和远程数据传送.常见的MCS51系列的单片机有8051/8031/8751/80C51等型号。其中8051有4KB的ROM,8751有4KB的EPROM,80C51有4KB的Flash存储器,而8031内部没有程序存储器,必须由外部配置。2.1.1 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储
10、器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1主要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通
11、道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2管脚说明:VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于
12、锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /E
13、A/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。3振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无
14、任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4芯片擦除: 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。 2.1.2最小系统介绍单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的,故应首
15、先熟悉最小应用系统的结构。实际上内部带有程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系统,许多实际应用系统就是这种成本和体积小的单片机结构实现了高性能的控制。对于目前国内较多的内部无程序存储器的芯片8031来说,则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。内带程序存储器的最小应用系统片内带程序存储器的8051、8751本身即可构成一片最小系统,只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可,同时/EA接高电平,ALE、/PSEN信号不用,系统就可以工作。该系统的特点如下:a)系统有大量的I/O线可供用户使用P0、P1、P2、P3四个口都可以作为I/O口使用。b)内部存储器的
16、容量有限,只有128B的RAM和4KB的程序存储器。c)应用系统的开发具有先特殊性,由于应用系统的P0口、P2口在开发时需要作为数据、地址总线,故这两个口上的硬件调试只能用模拟的方法进行。8051的应用软件须依靠厂家用掩膜技术置入,故一般只适用于可作大批量生产的应用系统。片内无程序存储器的最小应用系统片内无程序的芯片构成最小应用系统时,必须在片外扩展程序存储器。由于一般用作程序存储器的EPROM芯片不能锁存地址,故扩展时还应加上1个锁存器,构成一个3片最小系统,。其中74LS373为地址锁存器,用于锁存低8位地址。2764为EPROM芯片,容量为8K*8。时钟电路和复位电路与的接法相同,所以不
17、同的的/EA端必须接低电平,/PSEN与EPROM的输出允许端/OE连接,ALE信号与地址锁存器的锁存控制端G连接。当ALE处于下降沿时,锁存从P0口输出的低8位地址,而在/PSEN低电平期间,EPROM把数据送到P0口以便8031读入。由于系统中只含一片EPROM芯片,故其片选端/CE可直接接地。系统工作时,P0口分时地用作地址总线或数据总线,地址锁存器的输出作为地址总线的低8位,P2口作为地址的高8位。这样,P0口和P2口就不能作为一般的I/O口使用,而只能将P1和P3作为I/O使用(P3还是两功能口)。由于8031和EPROM芯片价格非常低廉,且8031的运行和开发的环境相同,故3片最小
18、系统是目前最常用的基本系统。2.2 键盘部分设计 为了能实现改变电梯的方向和速度,必须使用键盘接口电路。根据按键的识别方法分类 可分为编码式键盘和非编码式键盘两大类。通过硬件识别的键盘称编码键盘,通过软件识别 的键盘称非编码键盘。非编码键盘有两种接口方式。在单片机系统中,若所需按键数量少,采用独立式键盘,本设计中就用这种键盘结构。键盘可分为独立式和行列式两类,在本设计中,可采用独立式按键结构。2.3 显示部分设计1 LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件,它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点,顾通常称为7段(也有称作8段)发光二极管数码
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