毕业设计论文 基于51单片机的四层楼电梯控制系统设计.doc

1、 2014 届毕业设计题 目 基于 51 单片机的四层楼电梯控制系统设计 学 院 自动化与电气工程学院 专 业 自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2014 年 5 月 24 日 二一四年 五 月浙 江 科 技 学 院本 科 毕 业 设 计(2014 届)题 目 基于 51 单片机的四层楼电梯控制系统设计 学 院 自动化与电气工程学院 专 业 自动化 班 级 自动化 103 学 号 110031068 学生姓名 朱圣军 指导教师 陈剑萍 完成日期 2014 年 5 月 24 日 浙江科技学院毕业设计、学位论文版权使用授权书本人 朱圣军 学号 110031068 声明所呈交的毕

2、业设计、学位论文基于 51 单片机的四层楼电梯控制系统设计，是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本毕业设计、学位论文作者愿意遵守 浙江科技学院 关于保留、使用学位论文的管理办法及规定，允许毕业设计、学位论文被查阅。本人授权 浙江科技学院 可以将毕业设计、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库在校园网内传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计、学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）论文作者签名： 导师

3、签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 浙江科技学院本科毕业设计I摘 要随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到迅捷的发展，人们的生活水平也显著提高，对电梯的安装也有了更高的要求。基于单片机控制的电梯可以大大的降低成本而且运行也较可靠，所以现在电梯控制中大多数采用单片机控制，已成为电梯运行中的关键技术。以单片机为核心控制器件的电梯模拟自动控制系统，包括课题概述、硬件设计、软件设计、系统调试等几个部分。通过相关的设计，对单片机在电梯应用领域有了更加深入的了解，该系统采用单片机作为控制核心，通过扫描内外按键按下与否引起的电平的改变，作为用户请求信息发送到单片机，

4、控制电动机转动，单片机根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。设计成果在降低电梯成本方面具有重要意义。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了四层楼电梯系统的运行。设计内容能够充分体现出单片机在电梯行业中广泛应用的原因和特点。关键词：单片机；电梯；控制浙江科技学院本科毕业设计IIAbstractWith the fast development of economy, microelectronics technology, computer technology and automatic control technology also get fast development. Peoples

5、 living standards improve significantly. As a result, the requirements of the elevator installation become higher. Because elevator which is controlled by the single chip processor can greatly reduce the costs and the operation is more reliable, most of the elevators are controlled by the single chi

6、p processor now. Control of the single chip processor has become the key technology of elevator operation. Elevator analog automatic control system, which regards the single chip processor as the core control device, includes an overview of subject, hardware design, software design, system debugging

7、 and so on. Through the related design, people have more in-depth understanding of the single chip processor in the area of elevator applications. This system uses the single chip processor as the core of control. It sends the requesting information of users to single chip processor through scanning

8、 the change of electrical level caused by whether inside and outside buttons be pressed or not. Then it controls the twirl of electromotor, and the single chip processor controls the target floor where electromotor stays according to the testing result of floor.Design results have great significance

9、 in reducing the costs of the elevator. Hardware design is simple and reliable, combining software, it basically achieves the running of four floors elevator system. The design content can fully reflect the reasons and characteristics that the single chip processor is widely applied in the elevator

10、industry.Keywords: MCU；elevator；control浙江科技学院本科毕业设计目录摘 要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 电梯的定义 .11.2 选题目的背景及意义 .11.3 国内外电梯发展状况及发展趋势 .21.4 本文主要研究内容 .32 方案论证.42.1 总体设计方案 .52.2 主控芯片选择 .62.3 楼层显示模块选择 .62.4 电动机模块选择 .63 硬件设计.83.1 AT89S52 功能简介 .83.2 单片机最小系统 .93.3 按键电路 .103.4 显示电路 .123.5 电源模块 .133.6 步进电机模块 .134 软件

11、设计.154.1 软件设计思想 .154.2 电梯主程序 .154.3 电梯逻辑运行控制 .164.4 按键方式 .174.5 显示系统 .184.6 电机演示系统 .185 软件调试及系统测试 .195.1 软件编译调试 .195.2 实物制作及系统测试 .206 小结 .21致谢.22参考文献.23附录 1 C 语言程序代码 .24附录 2 电路板图及焊接图 .33附录 3 材料 .34附录 4 实物图 .35浙江科技学院本科毕业设计第 1 页1 绪论1.1 电梯的定义电梯是一种利用制动力驱动，沿刚导轨运行的箱体或者固定线路运行的梯级进行升降或者平行运送人、货物的机电设备，包括载人和载货电

12、梯、自动扶梯、自动人行道等。1.2 选题目的背景及意义电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理技术、系统工程学等多科学和技术分支于一体的机电设备，它是建筑中永久垂直交通工具。电梯作为生产生活的典型运载工具使用已十分普及，其控制信号类型多，关系复杂，要求的控制性能特别高。很久之前，人们就开始使用一些原始的升降工具来运送人和货物。公元前 1100 年的前后，我国的古人发明了辘轳，它采用了卷筒的回转运动来完成升降动作，因此增加了所能提升物品的高度。公元前的 236 年，希腊数学家 Archimedes 设计和制作了由绞车还有滑轮组构成的起重装置。这些是由人力或畜力作为升降工具的驱动力。在十九世纪初

13、，欧洲和美国开始提供电源由蒸汽机起重工具。1845 年，威廉汤姆逊研制1 由液压升降台，水驱动的液压介质。尽管起重工具提高了一代又一代的创新工程师不断，但是可以解除公认的行业并没有出现，直到 1852 年，世界第一部电梯的诞生。1889 年，电梯就开始用它来驱动电梯，真正的电力。电梯通过下面的阶段，在驱动控制技术，直流电动机驱动控制的发展去了，控制驱动交流单速电机，控制驱动交流双速电机，直流无齿轮，无齿轮驱动系统，交流调压调速驱动控制，变频调速驱动控制，交流永磁同步电机驱动控制阶段。在 19 世纪由Ward 伦纳德年底，直流电梯驱动系统控制时，使电梯的性能有明显的提高。20 世纪初，开始出现了

14、电梯驱动交流异步电机，电梯和槽轮驱动代替电梯鼓鼓驱动，奠定了现代电梯的长行程，高安全性能的坚实基础。20 世纪上半叶，直流调速系统的系统中占有较大的比例，高速电梯。1967 年，晶闸管开始为电梯驱动，交流变频调压调速电梯变频器的控制出现了。1983 年，电梯因其良好的性能，舒适和节能的尘世 VVVF 控制，迅速成为主流产品电梯。1996 年，无机房电梯曳引机驱动齿轮交流永磁同步，电梯技术，并再次进入创新。曳引机和控制柜在轴上，没有独立的房间，节约建设成本，提高建筑物的有效面积，提高了建筑美学的设计自由度。这种电梯浙江科技学院本科毕业设计第 2 页具有节能，无油无污染，免维护，高安全性的特点。电

15、梯控制模式的发展经历了手柄开关控制，按钮控制，信号控制，并集体选择性的控制过程，为电梯并联控制，智能群控。如今，随着经济的发展，越来越的运行速度和控制电梯的性能更高楼大厦也提出了更高的要求。现在，世界各地的电梯公司都在不断的进行电梯产品研发，维修及保养服务体系，满足现代建筑交通和人日益并迅速增长的需求。 常用的微机控制主要的有两种技术：基于 PLC 控制和基于单片机控制两大技术。可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境，所

16、以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，也不像 PLC 那么有针对性，可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。基于单片机控制的电梯可以大大的降低成本而且运行也较可靠，采用单片机来实现老式电梯控制系统的改造无疑是最佳方案。由于单片机具有体积小、线路简单、无噪音、可靠性高、维护方便,是一种少投入、高回报的方案 2。为了了解电梯的结构和控制技术，有必要将这些大集的机械，电气，传感器产品在一个仿真，应用软件开发多功能的 PLC，单片机，微电脑，频率转换器控制装置，将

17、是提高学生的综合应用设计能力是非常有用和有效的。所以设计了一组电梯控制系统，该系统可连接作为下位机的任何自动调节装置，也可以作为一般的控制系统，以验证各个电梯调度算法。通过本次对单片机控制电梯运行的设计开发，了解随着时代进步该领域的进步发展，在实践中自我尝试创新，展现自我。1.3 国内外电梯发展状况及发展趋势电梯进入人们的生活已经 150 年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。电梯的存在，使得每幢大型高楼都可以成为一座垂直的城市。在纽约的前世界贸易中心大楼里，除每天有 5 万人上班外，还有 8 万人次的来访和旅游，因此 250 台电梯和 7

18、5 台自动扶梯的设置和正常运行，才使得合理调运人员、充分发挥大楼的功能成为现实。中国第一高楼、坐落在上海浦东的金茂大厦，高度 420.5m，主楼地上 88层，建筑面积 220000，集金融、商业、办公和旅游为一体，其中 60 台电梯、18 台扶梯的作用是显而易见的。 浙江科技学院本科毕业设计第 3 页1889 年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界上第一部用电动机来提供动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功，标志着电梯的诞生。1915 年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933 年美国制造出 6m/s 的高速电梯。1949 年研制出 4-6 台电梯群控系统。1955 年出现真空电子管小型计

19、算机控制电梯。1962 年在美国已出现 8.5m/s 的超高速电梯。1967 年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。电梯使用的驱动由最初的直流电机到单速交流感应电机，后来的交流双速电机的发明，才基本满足了电梯的运行要求。1976 年将微处理器应用于电梯。1977 年日本三菱电机开发出 10m/s 的超高速电梯。至今，电梯的控制技术已有了很大的发展。中国在上海的第一个电梯，被美国奥的斯安装在 1901 年，1932 年美国奥的斯电梯安装在天津顺德酒店仍然安全运行。1951 年，党中央提出要安装在天安门是一个电梯由我们自己制造完成后，天津从生日电机厂荣仁，经过近四个月已成功地执行一项任务，顺利完成了任务

20、。经过11 的十七届三中全会，沐浴着改革开放的春风，中国的电梯行业已经进入了一个高速发展的时期。目前，在我国每一个城市，电梯都在广泛使用。电梯带来的方便了人们的生活，而且还提供了有力保证我国现代化建设。电梯发展到今天，在使用需求和新技术的应用进入了全面发展时期。随着智能化，信息化建设的发展，提高电梯的要求，不仅只能进行垂直运输的基本功能，也应以人为本，改善其舒适性，特别是从控制的智能电梯，电梯的角度考虑服务不再是“时间”的问题，而是采用模糊理论，神经网络，专家系统等方法，实现了电梯群控管理和最佳模式，合理配置和安全使用，远程监控和故障诊断，节约能源和减少环境污染。1.4 主要研究内容随着科技的

21、发展，微型计算机领域的不断进步，将使得将来电梯的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此微型计算机控制技术将会成为电梯运行中的关键技术。本设计的研究题目是“ 基于 51 单片机的四层楼电梯控制系统设计” 。系统采用单片机（AT89S52）作为控制核心，通过 C 语言编程，内外均使用按键按下与否引起的单片机相应端口电平变化的原理，作为用户请求信息发送到单片机，单片机根据判断的结果最终驱动步进电机做相应的运动，在运动的过程中，单片机依照请求信息通过模拟的传感器使步进电机停止运动，浙江科技学院本科毕业设计第 4 页并利用彩灯指示和电机正反转作为上升和下降的状况显示，数码管显示当前楼层，红绿 LED 灯表示电梯开关门，来完成整个请求和响应的过程。其中利用电机的正反转来更直观的表达电梯的升降。根据问题的提出、意义和文献综述，本设计研究的具体内容包括以下四个方面：（1）对电梯系统常用的控制方法的研究（2）电梯控制系统硬件组成及其原理（3）电梯的单片机系统软件设计（4）电梯的软件编译调试及系统测试