电梯自动控制系统的分析及其设计

刘素琼

广东广立电梯有限公司

电梯自动控制系统的分析及其设计

刘素琼

广东广立电梯有限公司

近年来，由于我国经济的不断发展，城市建设这在以前所未有的速度发展，为节省建筑用地，越来越多的土地规划都转向了高层建筑。建筑物高度的增加，给人们带来了很多不便。电梯的出现在很大程度上解决了这一难题。本文就电梯的自动控制系统出发，探讨新型的电梯自动控制系统的研制，并对其进行必要的技术分析，以其对以后的电梯设计提供有效的帮助。

电梯；自动控制；设计

1 、硬件总体设计

电梯控制系统的硬件设计部分由STC89C52单片机控制模块、步进电动机驱动模块、楼层显示模块、键盘控制模块、报警模块、复位模块组成，其系统组成如图1所示。

图1 硬件设计示意图

1.1 STC89C52单片机控制模块

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微处理器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了许多的改进使芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

1.2 步进电动机驱动模块

1.2.1 28BYJ48型步进电机参数

步进电机是一种将电信号转化为机械位移的机电执行元件。具体的可以理解为：当步进电机的驱动芯片接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按照事先设定好的方向转动一个固定的角度(及步进角)，因此非常适用于单片机控制系统。可以通过控制脉冲来控制旋转角度的大小，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动速度的快慢和加速度，从而起到调速的目的。因此本次设计采用28BYJ48型四相八拍步进电机。

1.2.2 28BYJ48型步进电机工作方式

28BYJ48型四相八拍步进电机，其电压为5V～12V。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单相绕组通电：四拍(A-B-C-D-A…)，双相绕组通电：四拍(AB-BC-CD-DAAB…)，八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…)。本设计用到第二种驱动方式，只要按照分配的顺序，依次给相应的相高电平，电机就可以按照设定好的的方式进行转动。

1.2.3 步进电机驱动电路

由于步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须通过使用专用的步进电动机驱动器，因此采用ULN2003作为步进电动机的驱动器。ULN2003电路是美国TexasInstruments公司和Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列电路。其由七个硅NPN复合晶体管组成，输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。

1.3 显示模块

本次设计采取共阳极接法，即把阳极接入+5V电源，在相应段的阴极上输入相应的低电平，该段发光二极管就会导通发亮。因为LED数码管的电流通常比较小，因此我们一般需要在回路中接上限流电阻。假如我们将“b”和“c”段输入相应的低电平，那么“b”和“c”段发光，此时，数码管将显示数字“1”。而将“a”、“b”、“d”、“e”和“g”段都输入相应的低电平，则此时LED数码管将显示数字“2”。

1.4 键盘控制模块

1.4.1 电梯外键盘控制模块

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P3.2～P3.7分别相连，其对应的LED指示灯也是通过P3.2～P3.7来控制。当按键按下时，端口P3.2～P3.7通过按键接地，使得P3.2～P3.7变为低电平。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P3口的P3.2～P3.7连接。每个发光二极管通过一只阻值为560Ω的限流电阻与电源(VCC)相连，这样流经发光二极管的电流大约为9mA，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。

1.4.2 电梯内键盘控制模块

电梯内电路提供给电梯内的乘客用户使用，四个目标楼层选择按键S1、S2、S3、S5和4个与之配合的发光二极管作为指示灯，即D1、D2、D3和D4。按键与P2口的P2.4～P2.7连接，其指示灯也与P2口的P2.4～P2.7相连。1.5报警电路模块。当电梯运行过程中，到达所需楼层后，蜂鸣器会发出提示音告知用户，另外用户在电梯中如果遇到紧急情况也可按下“报警”直接进行报警求救。报警电路模块采用1个S8500三极管驱动蜂鸣器来完成报警，其工作原理就是当P1.4输出高电平时，三极管处于截至状态，三极管的Vce电压约等于VCC，蜂鸣器只有极小的电流通过，无法驱动其发出警报声音。当P1.4输出低电平时，三极管处于饱和导通状态，三极管Vce约为0.3V，蜂鸣器有较大电流通过，能够驱动其发出警报声音。

2 、主程序工作流程图

主程序工作流程图如图2所示。

图2 主程序工作流程图

电梯通电后，程序开始执行，此时数码管显示为1楼，同时开始扫描按键盘，判断是否有按键按下。当有按键按下后，根据按键修改变量，然后电梯运行，同时数码管显示相应的楼层，当到达所需楼层后，电梯开门，同时蜂鸣器发出声音，然后循环以上过程。

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