王珊珊　張杰克　王瑞先

摘 要：系統利用單片機、4×4矩陣鍵盤、數碼管顯示電路、直流電機、蜂鳴器等模擬了一套完整的電梯模型控制系統。該系統利用8個按鍵模擬1～8層電梯內按鍵，并用數碼管作樓層指示，電梯根據設定行進到指定樓層，相鄰樓層間驅動電機轉動時間設置為5秒；利用另外8個按鍵模擬電梯外按鍵，電梯可根據指示行進到指定樓層；電梯內外均有按鍵指示時，能根據指示正確行進；當電梯到達時，蜂鳴器會發(fā)出提示音。此外，我們還增加了創(chuàng)新部分，能用由LED燈組成的箭頭指示電梯上下行，使電梯更加人性化。

關鍵詞：電梯控制；直流電機控制；單片機；控制系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-00-03

0 引 言

電梯在人們的生產、生活、工作中日益重要，電梯模型是一種面向教學和科研的電梯控制仿真系統，有助于分析和設計實際電梯的電氣控制系統。本文具體介紹了以單片機為核心的電梯模型控制系統的實現方案，闡述了系統的總體結構、硬件設計和軟件調試、測試結果和設計總結。測試結果表明，該電梯模型系統可靠性高、系統成本低、較為真實的模擬出一臺單廂電梯模型控制系統的運行狀況，對實際電梯的控制系統設計有一定的借鑒意義。

1 設計任務與方案選擇

本文提供兩種設計方案。

方案一：利用4×4矩陣鍵盤、LED顯示電路、直流電機、蜂鳴器等模擬一套完整的電梯模型控制系統。

（1）按鍵識別電路

將矩陣鍵盤與單片機的外部中斷接口通過與非門連接，將使單片機在第一時間感知到按鍵狀態(tài)的變化，然后做相應處理。

（2）數碼管顯示電路

設計采用共陽極數碼管作為指示電路，顯示電梯當前所處的位置。

（3）電機驅動電路

采用集成驅動芯片L298N進行驅動，此芯片相對功耗較小，易于控制。

綜上，該方案簡單易行，是電梯模型的最佳選擇。

方案二：采用CPLD器件作為控制中心，對整個系統的運行進行統一管理，實現起來比較困難且器件較貴不符合經濟要求，同時，升降電機的控制、顯示等還需要單片機配合。因此文中放棄該方案。

2 系統設計

2.1 系統硬件設計

系統以51單片機作為控制核心，用單片機端口連接數碼管顯示和LED指示部分，以L298N作為電機的驅動，按鍵采用4×4矩陣鍵盤?？傁到y硬件邏輯框圖如圖1所示。

2.1.1 顯示電路

該電路由兩部分組成，即數碼管顯示電路和LED二極管顯示電路。其中數碼管采用共陽數碼管，在每個數碼管的共陰極連接了三極管用以提供足夠大的電流。數碼管顯示電路圖如圖2所示。

2.1.2 電機控制電路

電機驅動部分采用獨立模塊L298N電機驅動模塊，電機驅動電路圖如圖3所示。

2.1.3 電源電路

本系統通過USB-B型接口進行供電，電壓穩(wěn)定，并且拔插方便。其中1引腳為電源引腳，4引腳接地，電源接口圖如圖4所示。

2.2 系統軟件設計

系統總運行流程圖如圖5所示。

3 電路板設計與制作

采用DXP軟件ALTIUM DESIGNE進行PCB電路板的設計，并制作原理圖庫、PCB庫，畫出原理圖，生成PCB圖，最后進行布局布線。PCB走線圖和實物圖如圖7所示。

4 系統測試

4.1 開發(fā)環(huán)境

軟件測試基于Keil和Proteus軟件，硬件測試在常溫常態(tài)下進行，測試結果正常，完成任務要求。

4.2 系統測試

4.2.1 電梯內外運行測試

4.2.2 開關門指示測試

開關門指示燈測試如圖8所示，電梯開關門測試如表2所列。

4.2.3 蜂鳴器和上下行指示燈測試

實物測試圖如圖9所示，測試結果如表3所列。

5 結 語

本系統的硬件結構簡明、清晰，成功完成了設計內容及任務；系統電路通過PCB實現，避開了焊大規(guī)模電路的繁瑣；程序全面考慮了各種情況，還準確把握了這些不同情況的規(guī)律以及所遵循的統一原則。