1、合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） 本科毕业论文（设计） (2015 届 ) 模拟电梯控制系统设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 * 指导教师 * 职 称 * 等 级 * 2015 年 5 月 学号： 1108441112 合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） I 摘要 我们所说的 单片机就是单片微型计算机（ Single-Chip Microcomputer ）又可以 称 作 微控制器，是把中央处理器，计数器，存储器，定时器与很多型号的输入输出接口都集中在同一块电路芯片上的微控制器。单片机的型号与种类数不胜数，在这之中， 51 单片机 是
2、最具代表性 ， 最具典型性的单片机， 因此 51 单片机的用途十分广泛，被应用于诸多 领域。在电梯 控制 系统中 包含和 应用了很多学科知识和高级技术，比如：电气自动控制技术，微处理器技术等等。电梯是建筑和设计中 不可缺少 的机械工具。同时，电梯已经已经成为各种新型科技及计算机控制系统很好的应用平台以及教学平台。 本设计是利用 STC89C52 单片机控制的 6 层电梯模 拟控制系统，主要包括硬件系统的设计、软件系统的设计及模拟电路的仿真、调试。 这个设计主要是根据中断电路控制 电梯 响应 的相关知识来实现的 ，是 一种 专门用来提供 楼层快速通行的 控制设计的智能系统。此外，用单片机控制的电
3、梯最大的特点是成本低，在各个领域都能够适用，比较容易将复杂控制简单化，较易操作。 关键词： STC89C52 单片机，仿真调试，电梯，软件，硬件合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） II ABSTRACT What we mean by single-chip Microcomputer is the Single Chip Microcomputer (Single - Chip Microcomputer) and can be referred to as micro controller, is the central processing unit (CPU), count
4、er, memory, timer and many types of input/output interface are concentrated in the same piece of circuit on a Chip microcontroller. SCM model with infinite variety, in this, 51 single-chip microcomputer is the most representative and most typical single-chip microcomputer, thus the purpose of the 51
5、 single-chip microcomputer is very wide, was applied in many fields. In the elevator control system contains and application of a lot of academic knowledge and advanced technology, such as: electrical automatic control technology and microprocessor technology, and so on. The elevator is indispensabl
6、e in the design of buildings and machinery tools. At the same time, the elevator has already become a variety of new technology and computer control system application platform and teaching platform. This design is to use the STC89C52 single-chip microcomputer control of six floors elevator simulati
7、on control system, mainly including the design of the hardware system, software system design and simulation of analog circuit, debugging. This design is mainly based on interrupt circuit control response of relevant knowledge, the elevator is a kind of special used to provide control design of the
8、intelligent building rapid transit systems. In addition, using single-chip microcomputer control of elevator is the biggest characteristic of low cost, in all fields to be able to apply, easy to complex control simple, easy to operate. Key words: STC89C52Microcontroller， Digital tube， Elevator， Soft
9、ware， Hardware.合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） III 目录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 1 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 1.3 研究目的与意义 . 2 1.4 本章小结 . 2 2 系统总体方案 . 3 2.1 设计要求 . 3 2.2 系统设计方案 . 3 2.2.1 显示模块的选择 . 3 2.2.2 单片机的选择 . 4 2.2.3 按键的选择 . 4 2.2.4 电源模块的选择 . 5 2.3 本章小结 . 6 3 系统的硬件设计 . 7 3.1 主控芯片 . 7 3.1.1
10、 各引脚功能 . 7 3.1.3 单片机最小系统 . 8 3.2 显示电路 . 10 3.3 按键电路 . 11 3.4 本章小结 . 12 4 系统软件设计 .12 4.1 主程序 . 12 4.2 系统的主流程图 . 13 4.3 定时器程序流程图 . 15 4.4 本章小结 . 15 5 联调与调试 . 16 5.1 硬件调试 . 16 5.2 软件调试 . 18 5.4 本章小结 . 20 结论与展望 . 21 致谢 . 22 参考文献 . 23 合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） IV 附录 A: 系统原理图 . 23 附录 B: 系统 仿真 图 . 25 附录 C： 系
11、统 PCB 图 . 26 附录 D：系统源程序 . 27 合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） 1 1 绪论 1.1 研究背景 奥的斯电梯公司是 目前 世界上最大的 最有名的 电梯公司。 1854 年，在纽约水晶宫举行 重大 的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明 历史上第一部安全升降梯。 1从此，电梯已被广泛应用于世界，名为 奥的斯 电梯公司开始了她的辉煌历程。在过去的 150 年里，她已经成为电梯公司的全球领导者。 中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的。 1932 年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在
12、安全运转着。 1951 年， 天津从庆生电机厂为天安门安装了一台我国自行制造的电梯。随着时间的流逝，科技在不停的进步和发展，理所应当的电梯也在发展和进步，不管是在材质、款式、颜色、规格等等方面都有了巨大的提升。电梯的载重量发生了很大的改变，随着现代楼层的加高，电梯的适应度也要更加高，加大了电梯的难度，但是先进的技术使得电梯更好的运行和使用。 电梯控制系统是较复杂的一个大型系统，在计算机诞生的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展做了巨大的贡献，但在性能上和 PLC 还是有本质上的差距。在科技的不断发展下，单片机控制系统很快可以解决抗扰性，成为方便有效的电梯控制系统。 1.2 国内外研究现状
13、在需要大量劳动力才能推动发展的以前， 从重物的搬运来说，滑动运行进步到滚动运行，节省了多少劳动力，节省了多少时间，这种进步无疑是一种巨大的突破。 在经过 一个半世纪的光阴 流逝 ， 无论在哪个方面，电梯设计都有了巨大的突破， 从局部到整体， 随着电机的强化，轻盈，快速的电机逐渐问世，电梯从小负荷逐渐发展到大负荷，甚至是大型机型， 电梯一直在发展，一直在进步。 中国的电梯协会预测，在即将到来的几年内，我国的电梯市场，不仅是国内而且包括出口都将是全世界最大的电梯市场，合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） 2 因此对电梯进一步的研究可谓是前景广阔，不可小觑。自从改革开放以来，随着我国城市化
14、进程的日益加快， 房屋楼层的逐渐加高，甚至上百层，如果没有 电梯 ，那么高层建筑必将不可能。电梯 已经融入了我们的生活，电梯被广泛应用于宾馆、饭店、办公大楼、商场 、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。因为电梯的高效、方便、快捷，所以电梯受到了大家的热烈欢迎。 在今日，电梯的设计种类很多，单片机控制， PLC 控制，等等，总之无论是哪种控制，都将为人来带来巨大的收益，是我们的生活简单轻松，方便。 1.3 研究目的与意义 电梯是随高层建筑的兴建而开始发展起来的一种垂直运输的工具， 使平面运动变为垂直运动的一种巨大突破， 多层的厂房和多层的仓库需要有货梯， 使很多重物能够运到合适的高层上进行处理加工
15、，这样节省了占地空间； 高层住宅必须有住宅梯， 是人们的生活更加方便，居住在高层的楼宇中，能 够获得更好空间，阳光，使人们的身心愉悦。为了满足各种需求，电梯控制系统一直在飞越，因此对电梯的控制器的要求也不断提高。 目前的电梯控制系统大多采用继电器或者可编程控制器（ PLC）的控制方式，存在着成本高，需要三相供电等缺点，本设计给出了一种基于单片机的电梯模型控制系统设计。以单片机为核心，通过使用适当的硬件电路和控制程序来检测和控制整个电梯的信号，具有成本低廉、通用性强、灵活性大、扩展容易及易于操作，实现较易控制等优点。2 1.4 本章小结 本设计主要注重基本理论知识与实际情况的紧密结合， 对电梯的
16、历史和以后的发展做出了简单的介绍，在了解电梯背景的前提下去对现代电梯进行理解和设计。 同时对学生 的创新和分析问题 能力进行培养，加深对知识的理解，为以后的工作和学习打下坚实的基础。在了解世界上对电梯系统的研究后，能够深刻的认识到该项目在未来能完成巨大的工作量后，更加努力的去适应社会发展的需要，成为当今社会最能够适应科技的人才。 合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） 3 2 系统总体方案 2.1 设计要求 （ 1）电梯无人控制，完全自动根据梯内或梯外的操作自动运行。 （ 2）电梯系统通电后，如果有呼叫信号，则电梯自动响应召唤，并且自动运行。 （ 3）按梯内外的召唤指令信号自动定向，有
17、优先级的运行路径，减少电梯的运行时间。 （ 4）显示屏有显示电梯运行的方向以及到达的楼层。 2.2 系统设计方案 2.2.1 显示模块的选择 方案一： 1602 液晶模块 1602 液晶又称 1602 字符型液晶，它的功能是能够显示数字、字母以及符号等需要显示的内容，是一种专门的显示模块。它有很多个 5*7 或者 5*11 等点阵字符位组成，由于点阵的关系，它的每一个字符位都可以把一个字符显示出来。由于每一位点阵之前存在一个点距的间隔，同样，每一行之前也有间隔，所以他不能显示图形。它的优点是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧。 3 方案二：数码管显示 数码管也就是常说的 LED数码管，是一
18、种利用半导体的基本功能来实现发光的器件。4发光二极管是它的基本单元。数码管的种类有很多种，按段 数分可分为两种，分别为：七段数管和八段数码管；其根本区别是后者比前者多一个发光二极管。按能显示“ 8”的个数可分几种：分别为 1 位、 2 位、 4 位等等不同型号的数码管；按连接方式可分为合肥师范学院 2015 届毕业本科论文（设计） 4 两种发光二极管：共阳极数码管和共阴极数码管。其二者的区别在于是否将所有的发光二极管的阳极 /阴极接到一起形成公共阳极 /阴极的数码管。再根据接在相应的公共极，是否出现相应字段的亮或不亮来判断高低电平。由于它的价格便宜使用简单在 电器 特别是家电领域应用极为广泛。
19、 方案三：点阵显示 点阵显示是由一个个的小 LED 组成，想根据自己的想法设计出来的要显示的字符、数字符号、图像都可以用 LED 点阵来实现； LED 可以用在很多环境：如室内装饰、室外广告显示，比投影等装置简单方便，比其多出很多有点。正因为如此， LED 受到人们的亲睐和重视，所以发展的速度非常之快，在日常生活中的普及得以显示。总而言之，这些优点体现在简单方便、稳定性高、价格便宜，用途广泛。所以说： LED 具有广阔的发展前景，当今正在向全方位快速发展。 5 综上所诉： LCD1602 显示不了图形 ，当电梯升降时显示不了相应的指示；数码管虽简单方便能显示数字，但同样是显示不了图形；只有点阵
20、既能显示数字又能显示图形，适合本设计，固本设计用点阵作为显示模块。 2.2.2 单片机的选择 方案一： AT51 系列单片机 采用 AT89C52 芯片作为系统核心，采用 Flash ROM，能以 3V 的超低压工作；同时比89C51 具有更多的存储空间， AT89C52 芯片内部存储器为 8KB ROM 存储空间，同样具有89C51 的功能。但烧写程序需要专业工具。 方案二： STC51 系列单片机 用 STC89C52 芯片作为系统核心，采用了闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，内部具有 8KB ROM 存储空间，是 51 系列单片机内存的两倍，而且还比 51 单片机多定时计数器和中断，并
21、且比 AT89C52 芯片经济，实惠。所以本设计采用 STC89C52 芯片。 本设计采用的是 STC89C52 单片机， STC89C52 是 个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机 ,具有高密度性、难失性存储技术，片内有通用型的 8 位 CPU 和 flash 存储单元，因为它的功能十分强大，因为 STC89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 6 2.2.3 按键的选择 方案一：采用矩阵键盘 因为单片机的 I/O 口有限，显然， 在按键的数量太多，矩阵键盘比单机键盘节省了大量的 I/O 线 ，但必须将行线，列线信号配合起来做适当处理，才能确定闭合键的位置。7 合肥师范学
22、院 2015 届毕业本科论文（设计） 5 方案二：采用独立式键盘 按键开关电路包括直接用 I/O 口线独立式键盘构成的单元。每个按键拥有独立的I/O 口线，因而他们各自工作且互不影响本身的状态。但是当所需按键数量多时，会占用过多的 I/O 口。 基于以上分析，此次设计采用方案二独立式按键，因为本次设计中仅使用到 6 个按键，所以在正常的按键使用中不会出 现相互影响的现象。在如今的正常使用中，有三种比较常用的按键：分别是机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键。 机械触点式按键利用了通过挤压金属利用其弹性恢复使键复位，其优点是操作简单，适合制造一个个的物件，每一条连线十分清晰。缺点是：长时间挤压触点
23、会使触点接触不良，使用寿命短。由于体积较大，生产运输都不太方便。 导电橡胶按键利用橡胶变形后的弹性来复位，我们通过压制来把面板上的所有的橡胶按键做成一块，其优点是体积较小，运输方便，大规模生产也不是难事。缺点是：长时间的使用后，橡胶本身的特性会老化，因而按键的弹性会下 降，也会吸入尘埃，使按键加速损坏。 柔性按键，是一种比较新型的按键，近几年来被广泛使用。它的最大的特点是耐用、防腐蚀，其外观也相对美观，形状也相对较小，装载方便。不仅如此，我们可以根据我们自身的要求来设计它的外形、颜色、结构布局等等。但是它的价格相对较高。但是根据具体的实验内容，由于客观条件与经济能力有限，本系统采用机械触点式按
24、键。 2.2.4 电源模块的选择 方案一：变压器降压 典型的变压器降压，全波整流，滤波电容和集成电路设计的电压。 由于单片机及后续的无线接收电路等都用 5 V 作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的 5 V 直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。 8 方案 二 ：手机充电器供电 所有手机充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的 电流 ）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。 充电器 上所标注的输出参数大部分都是 5V 电压，而且电流得当，手机充电器很容易改成一个质量优良的稳压电源！ 4因为我们生活在一个共同的手机充电器 的时代，携带方便，电压稳定 ，节约成本，只需要购买一个 USB 电源线来提供整个系统，方便快捷，安全可靠， 所以 设计采用的设计电源为手机充电。 本电路主要由其单片机的最小控制系统电路、可操控的键盘模块、具有显示功能的
