陳雨飛 何汪洋 王晨光（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江212013）

1 具體模型設(shè)計

該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過匯編語言來實(shí)現(xiàn)軟件部分的中斷方式的設(shè)置，檢測，步進(jìn)電機(jī)的控制以及電梯的按鍵顯示信息等，如圖1 我們可以看到，在硬件系統(tǒng)，以步進(jìn)電機(jī)模塊，內(nèi)外電路模塊，控制臺模塊，顯示器模塊構(gòu)成。其中步進(jìn)電機(jī)是驅(qū)動電梯的核心，通過步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)對電梯的升降控制；內(nèi)外電路模塊是電梯外用戶通過按鍵請求，將請求信息發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)在通過步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)電梯的升降到達(dá)目標(biāo)樓層；控制臺模塊使用發(fā)光二極管作為電源指示燈以顯示供電是否正常；顯示器模塊能夠完成電梯的實(shí)時樓層以及上升和下降的顯示。

圖1 模型設(shè)計圖

2 硬件電路設(shè)計

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)150

單片機(jī)最小系統(tǒng)，顧名思義是指單片機(jī)在保證基本運(yùn)行要求下去除其他所有非主要功能的最小結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于單片機(jī)系統(tǒng)的骨架構(gòu)成，一般包含三個部分，分別是電源電路、晶振電路（時鐘電路）、復(fù)位電路。以本文研究所采用的AT89C51 單片機(jī)為例，其是由兩個30p 的瓷片電容和12MHZ 的晶體振蕩器構(gòu)成了晶振時鐘電路，再通過電容與RE-SET 按鍵構(gòu)成了上電復(fù)位與手動復(fù)位電路。

2.2 步進(jìn)電機(jī)模塊100

步進(jìn)電機(jī)是現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的程序執(zhí)行元件，在本文的電梯模擬控制系統(tǒng)中用作驅(qū)動裝置，同時也充當(dāng)部分的模擬效果器。通過步進(jìn)電機(jī)可以對模擬系統(tǒng)中的電梯轎廂進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制，步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別對應(yīng)電梯的上下停止等操作。

2.3 顯示器模塊100

顯示模塊是電梯模擬控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵內(nèi)容，本文設(shè)計通過數(shù)碼管來模擬電梯的樓層位置顯示效果。系統(tǒng)內(nèi)部以CD4511七段碼譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管，對外顯示數(shù)字對應(yīng)電梯所在位置，增減變化對應(yīng)電梯升降方向，實(shí)時模擬電梯的運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 控制臺模塊100

控制臺模塊是電梯模擬系統(tǒng)的操作中樞，下聯(lián)內(nèi)外電路，上連各塊應(yīng)用。具體功用是通過電梯按鈕控制模擬電梯的運(yùn)行，不同的操作信號對應(yīng)電梯的不同反應(yīng)，包括各級樓層的召喚、上行下行的判斷、開門閉門的命令。

2.5 內(nèi)外電路設(shè)計250

內(nèi)外電路的設(shè)計與控制臺模塊共同構(gòu)成模擬電梯的控制系統(tǒng)?？刂婆_模塊已在上述說明，但所有效果最后還是通過內(nèi)外電路設(shè)計實(shí)現(xiàn)的。模擬電梯的外電路負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各級樓層的外部操作，內(nèi)電路則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)轎廂內(nèi)部操作。即在模擬操作實(shí)驗(yàn)時，控制臺的各樓層召喚鍵均與單片機(jī)的P1 口連接，由P1 口讀到的樓層電梯操作會集合到系統(tǒng)中樞，依次解決，同時系統(tǒng)搭配的發(fā)光二極管會與P0 口連接，發(fā)光指示。相應(yīng)的，控制臺的轎廂控制鍵也均與單片機(jī)的P3 口連接，由P3 口讀到的轎廂控制操作會實(shí)時傳到系統(tǒng)中樞并及時響應(yīng)，同樣搭配的發(fā)光二極管則與P2 口連接，反映效果。

3 軟件設(shè)計

這一部分使用C51 語言來完成，其中所包含的主要功能有：按鍵查詢，樓層選擇，串口通信。中斷方式選擇了按鍵查詢，其他部分如數(shù)碼管的顯示，步進(jìn)電機(jī)的控制，按鍵響應(yīng)，延時程序等均由其子程序來完成。使用模塊化的分層設(shè)計思想，將一個復(fù)雜的功能拆分成多個子函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)用不同的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)其綜合目的，也便于日后的調(diào)試和修改。軟件設(shè)計流程圖如圖2 所示。

圖2 軟件設(shè)計流程圖

3.1 按鍵查詢

本系統(tǒng)中，鍵盤才用獨(dú)立式按鍵，因?yàn)橐M4 層電梯，所以按鍵由P3.0～P3.3 來控制，定時器T1 來進(jìn)行不斷監(jiān)聽，當(dāng)有按鍵按下時，進(jìn)入中斷狀態(tài)，轉(zhuǎn)入響應(yīng)的子函數(shù)

3.2 樓層選擇

在本電梯模型當(dāng)中，其功能按鍵分別有1-4 樓，上行按鈕，下行按鈕，上電按鈕，掉電按鈕。上電之后系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，此時默認(rèn)狀態(tài)為1 樓。在8 位數(shù)碼管顯示屏上，高4 位是乘客等待電梯的樓層，低4 位顯示的是電梯目前所在樓層。當(dāng)上行按鈕或下行按鈕由乘客按下之后，進(jìn)入樓層檢測子函數(shù)，若等待層數(shù)R1=所處層數(shù)R2，蜂鳴器響起，電梯門打開。若R1不等于R2，調(diào)用比較函數(shù)，使其相等。在電梯的運(yùn)行過程中，由樓層檢測器來檢測電梯是否通過本樓層，當(dāng)上行通過時R2 自增1，反之，則自減1。如果按下掉電按鈕，系統(tǒng)則強(qiáng)制進(jìn)入檢修狀態(tài)，此時強(qiáng)制電梯直接下到1 樓，其他按鈕無法產(chǎn)生中斷響應(yīng)。直到再次按動上電按鈕電梯重新恢復(fù)工作。

3.3 串口通信

本電梯模型通過RS232 串口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)之間的連接，當(dāng)乘客按下上行或者下行按鈕時，單片機(jī)向上位計算機(jī)發(fā)送請求信號，當(dāng)上位機(jī)收到信號之后，將系統(tǒng)的運(yùn)行信息發(fā)送給單片機(jī)。RS232 串口所使用三根線，2 端連接接收端，3 端連接發(fā)送端，5 端接地，通過RS232 與TTL 的電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的串行通信。

4 系統(tǒng)調(diào)試與模擬運(yùn)行

由于再實(shí)際操作過程中存在著各種各樣的干擾，使得其再運(yùn)行過程中存在著誤差，在單片機(jī)與上位計算機(jī)進(jìn)行通信的時候，發(fā)送信號對信號接收端存在著一定的影響，干擾了其正常工作，另外一點(diǎn)是由于本系統(tǒng)設(shè)計是基于硬件的，并不能排除元器件的損壞與老化問題，需要定期的進(jìn)行檢查與維護(hù)，使得每一個功能模塊都能實(shí)現(xiàn)各自的基本功能。

5 結(jié)論

本文介紹了以單片機(jī)為核心的電梯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過步進(jìn)電機(jī)模塊，內(nèi)外電路模塊，控制臺模塊，顯示器模塊組成的硬件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)由用戶通過按鍵請求，單片機(jī)內(nèi)部接受請求，再由步進(jìn)電機(jī)控制電梯的升降功能，軟件部分則是通過匯編語言來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，中斷檢測，數(shù)碼管的顯示，按鍵響應(yīng)等功能。經(jīng)試驗(yàn)，該系統(tǒng)能夠順利完成電梯控制的運(yùn)行，且多次試驗(yàn)，并沒有失敗經(jīng)歷，在速度和安全方面具有不俗的表現(xiàn)，而且由于該系統(tǒng)是分模塊組成的，便于維護(hù)和修理，可靠性高?？傊?，該電梯控制模型的設(shè)計可操作性高，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中人們對電梯使用的大部分需求。