張建榮

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院 信息學(xué)院，山西 太原 030031)

0 引言

隨著國家實力的提高，人們的住所、辦公樓都已逐漸高層化，很多商家也需要將大型物品運到高層進行加工處理，因此電梯已經(jīng)成為了日常生活中不可缺少的運載工具，其不僅節(jié)約了人力物力，提高工作效率，而且為人們的生活帶來了巨大的便利，提高了生活品質(zhì)。

傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)大多采用繼電器或可編程控制器的方式來實現(xiàn)各種功能，存在著成本高、事故發(fā)生率高、維修困難、功能匱乏、需要三相供電等缺點[1，2]，在使用過程中帶來了諸多不便。本設(shè)計以單片機為核心，控制整個電梯的運行，從根本上改變了傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和方法，提高了系統(tǒng)靈活性以及便利性，更加人性化。

1 總體設(shè)計

本設(shè)計主要包括主控模塊、復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵、顯示模塊、電機、語音報警模塊[3]。按鍵表示電梯按鈕，按下按鍵后系統(tǒng)將信號傳送到單片機，單片機接收到信號后對信號處理，并控制電機的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)電梯的運行，數(shù)碼管顯示樓層，LED燈顯示電梯的運行狀態(tài)，系統(tǒng)還具有語音提示和報警功能?？傮w設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計框圖

2 硬件設(shè)計

2.1 主控電路

本設(shè)計的主控部分選用內(nèi)置8位中央處理器和可編程閃存的STC89C52芯片[4,5]。此芯片能夠在設(shè)計中靈活應(yīng)用，能夠使功能更快、更完善的實現(xiàn)。

2.2 時鐘電路與復(fù)位電路

本系統(tǒng)時鐘電路采用12M晶振。復(fù)位電路是指系統(tǒng)運行過程中用按鍵開關(guān)使單片機復(fù)位。電路復(fù)位后，系統(tǒng)默認電梯停留在1層，樓層顯示數(shù)字1。

2.3 電源模塊

設(shè)計采用9V直流電源為系統(tǒng)供電。電源經(jīng)過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后為單片機、LED燈和數(shù)碼管等耗電元器件供電。電源模塊的電路圖如圖2所示。

圖2 電源模塊電路圖

2.4 按鍵模塊

該系統(tǒng)模擬的是七層樓的使用電梯，用七個按鍵代表電梯的請求按鈕，按鍵按下后將信號傳送到單片機，單片機對信號處理，控制系統(tǒng)模擬出電梯的運行狀態(tài)。

2.5 顯示模塊

顯示模塊采用七段數(shù)碼管顯示樓層，根據(jù)電梯的運行情況，數(shù)碼管通過在1～7這幾個數(shù)字之間變換來完成顯示到達樓層的功能。

2.6 上下行指示燈

電梯上下行指示燈采用若干個LED燈組成的發(fā)光箭頭，當電梯處于上行狀態(tài)時，點亮向上的箭頭，當電梯處于下行狀態(tài)時，點亮向下的箭頭。

2.7 電機模塊

電機選用永磁式步進電機。在該系統(tǒng)中步進電機用來模擬電梯運作的實驗效果，并且可以達到智能控制的目的，可實現(xiàn)調(diào)速的功能，更加貼合設(shè)計的初衷及推廣的要求。

步進電機的控制必須由環(huán)形脈沖、功率放大器等組成的系統(tǒng)控制，本設(shè)計采用單片機為核心對步進電機進行控制，效果良好，模擬出了電梯上下行運作的情景。

2.8 語音報警模塊

語音模塊采用WT588D語音芯片[6]。此芯片性能卓越，簡單易用，在本設(shè)計中承擔著用來完成到達樓層后的語音提示功能，提示內(nèi)容為“X樓到了”。按鍵和蜂鳴器[7]實現(xiàn)電梯按鍵報警功能。語音和報警電路圖分別如圖3和圖4所示。

圖3 語音模塊電路圖

圖4 報警模塊電路圖

3 軟件設(shè)計

電梯能否成功運行，模擬電梯所處的各種狀況都需要一個完善的軟件程序來控制。設(shè)計出的程序主要是為了讓系統(tǒng)的運行更加富有邏輯性，可以提高系統(tǒng)的運行效率，并且使功能更加豐富和人性化，對系統(tǒng)資源的調(diào)度更加合理，能夠按照設(shè)定判斷出電梯的下一步操作。其流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

4 系統(tǒng)測試

根據(jù)系統(tǒng)各部分硬件設(shè)計和軟件設(shè)計結(jié)果進行仿真測試。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)可通過控制電機模擬實現(xiàn)電梯上行、下行、停止功能，并可以顯示到達樓層，同時具有語音提示和報警功能。

5 結(jié)語

本設(shè)計是基于單片機的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計。該設(shè)計主要針對現(xiàn)實生活中人們上下樓的便利性，解決老式電梯的成本高昂、事故發(fā)生率高、維修困難、功能匱乏等問題，利用單片機編程來代替復(fù)雜的硬件電路設(shè)計，依靠程序驅(qū)動系統(tǒng)的運行，不僅成本低廉，運行穩(wěn)定，并且可以修改程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，為電路設(shè)計提供了很大的方便。同時，由于系統(tǒng)操作便利，適用范圍廣泛，市場前景好，經(jīng)濟實用性高，在推廣應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢，在將來科技的持續(xù)高速發(fā)展下，基于單片機的電梯控制系統(tǒng)很快可以成為主流，占有市場的一席之地，成為一種更加方便有效的電梯控制系統(tǒng)。未來的電梯發(fā)展可能會向節(jié)能高效、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸?shù)母咝骂I(lǐng)域邁進。因此驅(qū)動系統(tǒng)可以進一步改進，可使用永磁同步無齒曳引機，它具有體積小、重量輕、效率高、能耗低的優(yōu)點。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)智能管理電梯，對電梯的運行進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，出現(xiàn)故障可以及時預(yù)警，并實時記錄下現(xiàn)場狀況，也可以使電梯和手機相連，在手機APP上對電梯進行監(jiān)管。還可以運用無線電力傳輸和無線信號傳輸?shù)姆绞剑纳齐娞莸呢撦d平衡、信號干擾和安全性能等。