单片机的商场自动扶梯控制系统的设计
摘 要随着科技的发展，电梯也在人们生活中普及，但电梯的安全隐患也越来越多，因此本文设计了一款以STC89C51单片机作为核心元件的自动扶梯系统，实现了扶梯的拖动、扶梯人体检测、智能启停以及液晶显示等功能，从而减少电梯的安全隐患。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的自动扶梯控制市场，能够大幅度降低目前自动扶梯系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
一、 引言 1
（一） 智能扶梯的发展背景 1
（二） 智能扶梯的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 4
（三） LCD1602型液晶屏介绍 4
（四） 小型步进电机介绍 5
（五） 热释电红外传感器简介 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 自动扶梯系统的系统原理框图设计 8
（二） STC89C51单片机最小系统设计 8
1. 复位电路设计 8
2. 时钟电路设计 9
（三） 液晶屏电路设计 9
（四） 扶梯传输带拖动电路设计 10
（五） 人体检测电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 自动扶梯系统的软件工作流程设计 12
（二） 液晶屏显示流程设计 13
1. 写指令流程 13
2. 写数据流程 14
（三） 扶梯传送带拖动流程设计 14
（四） 人体检测工作流程图 15
五、 仿真与调试 16
总 结 23
参考文献 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 28
附录四 程序 29 引言
智能扶梯的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，扶梯在人们的生活中以及随处可见了，这种机械系统通常能够被安置在大型商场、展会等公共场所，近些年来随着其核心技术以及生产成本的不断降低，在大多数公共场合基本实现了普及化，它的主要功能是通过传输带运送行人或者货物。目前国内外大多数不同规模的企业都掌握着制造和生产扶梯的技术，因此扶梯市场上就出现了各种不同品牌，最近扶梯的安全事故层出不穷，这直接反映了扶梯在研发技术上还存在安全漏洞。本文课题将以此为研究背景，提出了通过性价比更高的控制器和热释电传感器等模块的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能扶梯控制系统。所谓“扶梯控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合人体检测传感器、显示器、电机拖动装置以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现扶梯系统的自动控制特性。扶梯控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——热释电传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将人体检测过程通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现加速度值的检测输出。在热释电传感器出现之前，人体信号的检测几乎无法实现，人们的很多对于人体检测的想法只能够停留在理论阶段。由于热释电传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的扶梯系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的扶梯控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的扶梯控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型扶梯控制系统。
智能扶梯的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的扶梯系统进行研究，由于具有基本功能的扶梯已经实现了普及化，现在国内外大大小小能够生产扶梯的厂家数不胜数，但是能够自主研发的企业却不多，要实现高性能以及高安全性的智能扶梯，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统自动扶梯系统的发展基础上，设计出一款能够实现自动扶梯功能的智能自动扶梯控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对自动扶梯系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，下列为本课题将要实现的功能和指标：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对热式电红外传感器、液晶屏以及步进电机等模块的驱动；
2）通过热式电红外传感器能够实现对扶梯上是否有人进行自动检测，并将检测结果及时发送给51单片机进行处理；
3）当扶梯上没人时，51单片机将输出相应电信号降低扶梯的运行速度最终停止，而当乘客乘梯时，快速恢复扶梯的正常工作；
4）通过LCD1602液晶屏能够实现扶梯运行参数的显示。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
目录
一、 引言 1
（一） 智能扶梯的发展背景 1
（二） 智能扶梯的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 4
（三） LCD1602型液晶屏介绍 4
（四） 小型步进电机介绍 5
（五） 热释电红外传感器简介 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 自动扶梯系统的系统原理框图设计 8
（二） STC89C51单片机最小系统设计 8
1. 复位电路设计 8
2. 时钟电路设计 9
（三） 液晶屏电路设计 9
（四） 扶梯传输带拖动电路设计 10
（五） 人体检测电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 自动扶梯系统的软件工作流程设计 12
（二） 液晶屏显示流程设计 13
1. 写指令流程 13
2. 写数据流程 14
（三） 扶梯传送带拖动流程设计 14
（四） 人体检测工作流程图 15
五、 仿真与调试 16
总 结 23
参考文献 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 28
附录四 程序 29 引言
智能扶梯的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，扶梯在人们的生活中以及随处可见了，这种机械系统通常能够被安置在大型商场、展会等公共场所，近些年来随着其核心技术以及生产成本的不断降低，在大多数公共场合基本实现了普及化，它的主要功能是通过传输带运送行人或者货物。目前国内外大多数不同规模的企业都掌握着制造和生产扶梯的技术，因此扶梯市场上就出现了各种不同品牌，最近扶梯的安全事故层出不穷，这直接反映了扶梯在研发技术上还存在安全漏洞。本文课题将以此为研究背景，提出了通过性价比更高的控制器和热释电传感器等模块的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能扶梯控制系统。所谓“扶梯控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合人体检测传感器、显示器、电机拖动装置以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现扶梯系统的自动控制特性。扶梯控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——热释电传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将人体检测过程通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现加速度值的检测输出。在热释电传感器出现之前，人体信号的检测几乎无法实现，人们的很多对于人体检测的想法只能够停留在理论阶段。由于热释电传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的扶梯系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的扶梯控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的扶梯控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型扶梯控制系统。
智能扶梯的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的扶梯系统进行研究，由于具有基本功能的扶梯已经实现了普及化，现在国内外大大小小能够生产扶梯的厂家数不胜数，但是能够自主研发的企业却不多，要实现高性能以及高安全性的智能扶梯，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统自动扶梯系统的发展基础上，设计出一款能够实现自动扶梯功能的智能自动扶梯控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对自动扶梯系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，下列为本课题将要实现的功能和指标：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对热式电红外传感器、液晶屏以及步进电机等模块的驱动；
2）通过热式电红外传感器能够实现对扶梯上是否有人进行自动检测，并将检测结果及时发送给51单片机进行处理；
3）当扶梯上没人时，51单片机将输出相应电信号降低扶梯的运行速度最终停止，而当乘客乘梯时，快速恢复扶梯的正常工作；
4）通过LCD1602液晶屏能够实现扶梯运行参数的显示。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
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