基于AT89C52单片机电梯智能控制系统
基于AT89C52单片机电梯智能控制系统
1.1 电梯的历史与发展
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。
生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用，一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。
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安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。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。电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。
1.2 单片机概况
1.2.1 单片机的发展
自从1946年第一台电子数字计算机诞生以来，计算机经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模、超大规模集成电路计算机的四个发展时期，当前正向新一代的智能计算机方向发展。电子计算机按其规模、性能和价格可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。微型计算机是第四代计算机向微型化方向发展的结果。20多年来，微型机的发展很快，更新换代迅速，作为微型机的一个重要方面的单片机发展也极为迅速。自1974年美国仙童公司首先推出8位单片机F8以来，迄今为止，单片机已有60多个系列，近600多个机种，其中MCS-51系列产品又占主导地位。
国内从80年代起开始了单片机热潮，三十多年过去了，单片机从研究所走出来，成为日常生活中不可缺少的部件。单片机在不同领域存在，如家电、玩具、工业设备、仪器、通讯等。软件方面的发展主要为汇编语言、C语言、嵌入式操作系统。速度和稳定性特别要求的场合较多采用C语言和汇编语言。目前，单片机正朝着高性能和多品种发展，趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、低价格和外围电路内装化等几个方向发展。
1.2.2 单片机的应用情况
1、单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地应用于各种仪器仪表中，使仪器仪表数字化、微型化、智能化，提高它们的测量速度、测量精度和自动化程度，简化仪器仪表的硬件结构，便于使用、维修和改进，提高其性价比。
2、单片机在机电一体化产品中的应用
机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指，集机械技术、微电子技术、计算机技术和控制技术于一体，具有智能化特征的机电产品。单片机作为机电产品中的控制器，能发挥体积小、可靠性高、功能强等优点，提高了机器自动化、智能化程度。
3、单片机在过程控制中的应用
过程控制是微型机应用最多、最有效的方面之一，单片机广泛地用于过程控制，它既可以作为主机控制，也可以作为分布式控制系统的前端机，对现场的信息进行实时的测量和控制。单片机可以用于开关量控制、顺序控制及逻辑控制等。如锅炉控制、电机控制、机器人控制、交通信号灯控制等。
4、单片机在计算机网络及通信中的应用
由于高性能单片机中集成有SDLC通信接口，因而使其在计算机网络及通信设备中得到广泛的应用。
5、单片机在家用电器中的应用
单片机广泛地应用于家用电器中，例如，洗衣机、电冰箱、微波炉、电饭煲、高级智能玩具、收录机等配上单片机后大大提高了产品的性能，备受人们喜爱。可以说，单片机在人们生活中应用所受到的限制主要不是技术问题，而是创造力和技巧上的问题。
1.3 课题研究的目的和意义
目前，国内外的电梯控制系统均采用复杂的操作系统，它的操作性以及精密性毋庸置疑是得到市场肯定的，但是这类系统对于正在发展的中国而言，硬件功能过剩并且维护费用昂贵，软件功能又各种加密，信息化投入成本太大，风险过大，又不便于管理，因此在国内应用不广。一些电梯控制器在使用中往往问题不断，总结如下：
1、硬件高度集成。由于目前国外电梯控制器的硬件集成度都是非常高的，虽然仪器本身可以做得很微型，但是，一旦机器出现故障，所带来的后果就是消费者要承受一笔不小的维修费。即使培养专业修理人员，这就对维修人员的基本功有很大的要求，维修人员面临的将是各种各样系统的学习班，而这，也会大大增加维修费用的开支。对于消费者而言，高度集成的芯片虽然价格降低了，但是一旦损坏要维修也会很麻烦。
2、系统操作起来过于复杂。国外的电梯控制系统均是采用比较复杂的操作系统，使用起来不是很方便，实际上消费者只要电梯控制器的功能稳定，操作简单即可，无需用上很复杂的操作系统。
因此设计一套简单实用的电梯控制系统还是非常有必要的。
2 系统总体方案
2.1 系统的开发目标
本系统旨在设计一套简单实用的电梯控制系统，因此本系统的开发目标如下：
1、本系统需要快捷简单的操作。
整套系统按键非常简单，用户可以很轻松的使用它。
2、本系统需要非常快的反应速度。
当今单片机晶振频率完全可以满足反应速度的要求，而且本系统计算量小，无需复杂计算，因此反应速度几乎为瞬时。
3、功能基本齐全
在本系统基本功能已齐全，考虑到客户各类需求，可根据不同客户的要求增加不同的模块。
4、安全性
单片机由C语言编程，简单易学，维修方便。
2.2 总体设计思路
本文所设计的电梯控制器采用51单片机作为主控制器，采用数码管和LED灯两种方式对电梯所在楼层进行显示，至于电梯电机的控制则是采用H桥的驱动电路进行设计，另外在电梯出现故障的时候电梯内的人可以按下报警按键，这时系统就会启动声音报警电路。
整个系统的硬件电路框架如图2.1所示：
图2.1 系统框图
整个系统设计思路首先是根据系统功能要求进行硬件元器件的选择，然后在Proteus仿真软件上进行电路原理图设计，然后再通过Keil软件对系统程序进行设计，最后将Keil软件产生的编译文件链接到仿真软件中的单片机上，从而实现软硬件仿真调试。
2.3 H桥式电机驱动技术介绍
图2.2中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。
如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。
1.1 电梯的历史与发展
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。
生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用，一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。
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安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。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。电梯是高层建筑中安全、可靠、垂直上下的运载工具，对改善劳动条件、减轻劳动强度起到很大的作用。电梯的应用范围很广，可用于宾馆、饭店、办公大楼、商场、娱乐场所、仓库以及居民住宅大楼等。在现代社会中，电梯已成为人类必不可少的垂直运输交通工具。
1.2 单片机概况
1.2.1 单片机的发展
自从1946年第一台电子数字计算机诞生以来，计算机经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模、超大规模集成电路计算机的四个发展时期，当前正向新一代的智能计算机方向发展。电子计算机按其规模、性能和价格可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。微型计算机是第四代计算机向微型化方向发展的结果。20多年来，微型机的发展很快，更新换代迅速，作为微型机的一个重要方面的单片机发展也极为迅速。自1974年美国仙童公司首先推出8位单片机F8以来，迄今为止，单片机已有60多个系列，近600多个机种，其中MCS-51系列产品又占主导地位。
国内从80年代起开始了单片机热潮，三十多年过去了，单片机从研究所走出来，成为日常生活中不可缺少的部件。单片机在不同领域存在，如家电、玩具、工业设备、仪器、通讯等。软件方面的发展主要为汇编语言、C语言、嵌入式操作系统。速度和稳定性特别要求的场合较多采用C语言和汇编语言。目前，单片机正朝着高性能和多品种发展，趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、低价格和外围电路内装化等几个方向发展。
1.2.2 单片机的应用情况
1、单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地应用于各种仪器仪表中，使仪器仪表数字化、微型化、智能化，提高它们的测量速度、测量精度和自动化程度，简化仪器仪表的硬件结构，便于使用、维修和改进，提高其性价比。
2、单片机在机电一体化产品中的应用
机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指，集机械技术、微电子技术、计算机技术和控制技术于一体，具有智能化特征的机电产品。单片机作为机电产品中的控制器，能发挥体积小、可靠性高、功能强等优点，提高了机器自动化、智能化程度。
3、单片机在过程控制中的应用
过程控制是微型机应用最多、最有效的方面之一，单片机广泛地用于过程控制，它既可以作为主机控制，也可以作为分布式控制系统的前端机，对现场的信息进行实时的测量和控制。单片机可以用于开关量控制、顺序控制及逻辑控制等。如锅炉控制、电机控制、机器人控制、交通信号灯控制等。
4、单片机在计算机网络及通信中的应用
由于高性能单片机中集成有SDLC通信接口，因而使其在计算机网络及通信设备中得到广泛的应用。
5、单片机在家用电器中的应用
单片机广泛地应用于家用电器中，例如，洗衣机、电冰箱、微波炉、电饭煲、高级智能玩具、收录机等配上单片机后大大提高了产品的性能，备受人们喜爱。可以说，单片机在人们生活中应用所受到的限制主要不是技术问题，而是创造力和技巧上的问题。
1.3 课题研究的目的和意义
目前，国内外的电梯控制系统均采用复杂的操作系统，它的操作性以及精密性毋庸置疑是得到市场肯定的，但是这类系统对于正在发展的中国而言，硬件功能过剩并且维护费用昂贵，软件功能又各种加密，信息化投入成本太大，风险过大，又不便于管理，因此在国内应用不广。一些电梯控制器在使用中往往问题不断，总结如下：
1、硬件高度集成。由于目前国外电梯控制器的硬件集成度都是非常高的，虽然仪器本身可以做得很微型，但是，一旦机器出现故障，所带来的后果就是消费者要承受一笔不小的维修费。即使培养专业修理人员，这就对维修人员的基本功有很大的要求，维修人员面临的将是各种各样系统的学习班，而这，也会大大增加维修费用的开支。对于消费者而言，高度集成的芯片虽然价格降低了，但是一旦损坏要维修也会很麻烦。
2、系统操作起来过于复杂。国外的电梯控制系统均是采用比较复杂的操作系统，使用起来不是很方便，实际上消费者只要电梯控制器的功能稳定，操作简单即可，无需用上很复杂的操作系统。
因此设计一套简单实用的电梯控制系统还是非常有必要的。
2 系统总体方案
2.1 系统的开发目标
本系统旨在设计一套简单实用的电梯控制系统，因此本系统的开发目标如下：
1、本系统需要快捷简单的操作。
整套系统按键非常简单，用户可以很轻松的使用它。
2、本系统需要非常快的反应速度。
当今单片机晶振频率完全可以满足反应速度的要求，而且本系统计算量小，无需复杂计算，因此反应速度几乎为瞬时。
3、功能基本齐全
在本系统基本功能已齐全，考虑到客户各类需求，可根据不同客户的要求增加不同的模块。
4、安全性
单片机由C语言编程，简单易学，维修方便。
2.2 总体设计思路
本文所设计的电梯控制器采用51单片机作为主控制器，采用数码管和LED灯两种方式对电梯所在楼层进行显示，至于电梯电机的控制则是采用H桥的驱动电路进行设计，另外在电梯出现故障的时候电梯内的人可以按下报警按键，这时系统就会启动声音报警电路。
整个系统的硬件电路框架如图2.1所示：
图2.1 系统框图
整个系统设计思路首先是根据系统功能要求进行硬件元器件的选择，然后在Proteus仿真软件上进行电路原理图设计，然后再通过Keil软件对系统程序进行设计，最后将Keil软件产生的编译文件链接到仿真软件中的单片机上，从而实现软硬件仿真调试。
2.3 H桥式电机驱动技术介绍
图2.2中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。
如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。
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