探讨单片机在电梯自动控制中的应用

洪 慧 盐城机电高等职业技术学校 江苏盐城 224000

【文章摘要】

现如今，电梯已经成为住宅、商场、宾馆等高层建筑中必不可少的运输设备，而传统的电梯采用的是继电器控制电路，而这种系统因为成本高、使用寿命短、容易出故障、不易维护等种种缺陷逐步被淘汰。单片机作为一种价格便宜、功能强大、设备更新快的控制系统，更利于完成设备升级。本文先是简单介绍了电梯的运行原理，然后详细分析了系统的设计方案。

【关键词】

单片机；电梯；电路

0 引言

随着我国经济的飞速发展，城市中的高层建筑也越来越多，建筑物的高度在一定程度上给人们带来了不便，而电梯在很大程度上解决了这一问题。作为垂直运输工具，电梯在建筑物中的作用至关重要，承载着物流和人流运输的重大任务。随着人们生活水平的日益提高，对于电梯的舒适性、可靠性、低能耗、低噪音、易操作等性能提出了更高的要求。而单片机因为自身体积小、价格低、处理速度快等优势，是一种非常合适的控制系统。对于电梯的启动、选层、平层、换速和停车等环节，特别是在复杂的选层环节，能够很好的控制和把握。因此，探讨单片机在电梯自动控制中的应用具有非常重要的实际意义。

1 电梯载客的运行原理

电梯载客的运行原理是通过在大厅等电梯的人按钮发出电梯信号，在顶层和底层，只有一个电梯呼叫按钮，顶层为下行呼叫电梯，底层为上行呼叫电梯，在中间楼层则有下行呼叫电梯和上行呼叫电梯两个呼叫按钮。电梯箱内的乘客通过选择对应的楼层，定为内部信号，进行按钮。在启动电梯前，各个大厅门和电梯门必须是关闭状态，轿箱内的关闭按钮完成关门指令。在两个楼层中间设置有减速控制输入信号和加速控制输入信号，当有乘客选择在下一层停电梯时，电梯执行减速程序；当没有乘客在该楼层选择停电梯。则执行越层程序，不减速直接穿越该楼层。运行状态的电梯，当大厅有呼叫电梯信号时，会顺向停车，返程停车。电梯完成底层和顶层的呼叫电梯请求后，在到达顶层或底层时，运行的方向会自动改变。在电梯运行过程中，当呼叫电梯信号并存的情况下，先执行原来的方向，运行过程中输出电梯所在楼层位置和运行方向。当有紧急故障时，会自动停车，转入固定处理模式。

2 系统的设计方案

本文中采用AT89S51 单片机，输入输出通道配以适当接口，呼叫控制采用4×4的矩阵按键开关电路。楼层到达信号通过六个按键传输给单机，然后再由串口驱动管显示出楼层数。当到达所选楼层时，电梯开门延时，待人进入后再执行延时关门，若无人进入则停在该层等待指令。软件部分则采用汇编语言。

通过电路复位，使电梯的初始位置在底层，再由74LS245 芯片驱动发光二极管显示出数据。在箱外有用户呼叫时，信号经过呼叫电路传给单片机，再由感应电路判断出应该上升还是下降，如果是同样的方向则电梯门开，待用户进来后关门。通过选层电路，用户把楼层选择的结果告知单片机，再由控制电机把用户送到所选层，周而复始，保证电梯正常工作。

2.1 硬件设计

呼叫请求输入电路采用4×4 的矩阵按键，行扫描法识别键值的原理，来完成对呼叫信号的输入工作。具体原理如下：一是将PO.0-PO.3 全部行线置低电平，通过检查列线状态来判断键盘是否有键按下。若其中有一列为低电平，则表明键盘有键被按下，若所有列为高电平，则无键被按下；二是确定完是否有键按下后，通过闭合键的位置来确定闭合过程。把行线都置成低电平，其它线为高电平，若某行为低电平，再对各列进行检查，若某列为低电平，则该行与该列的交叉处为闭合键。一到六层的呼叫键设为S00-S05，电梯外部请求按键设为S06-S15，设置S00-S15 的扫描值为O1H-OFFH。电梯开门及方向电路采用电源驱动发光二极管的方式，低电平为有效。开门设为红色灯DK，关门设为绿色灯DG，上行设为红色灯Dup，下行设为绿色灯Ddown。但需要注意的一点是，无论电梯为上行还是下行，在电梯运行时开关门信号为绿色灯。电梯开门及方向电路控制程序并不复杂，执行时仅需要把对应接口清零，则对应的发光二极管就会亮。楼层显示电路是通过一个LED 数码管来显示楼层数的，因为在实际的操作中，箱内的数码管和箱外的数码管显示的数据都是相同的。单片机的串口TXD 和EXD 是串行全双工通信口，0 可以作为同步移位寄存器，通过P3.0 输入或输出串Digital Industry 数字口数据，通过P3.1 输出串行同步移位时钟。在不需要串口通信的场所，且在时钟同步的情况下，多个串并口输入输出电路通过外围芯片74LS164 构成，进行并口-串口、串口- 并口之间的转换，以及LED、键盘的驱动。在本文的楼层显示电路中，电梯所在位置实时显示通过串口- 并口的转换来完成。

2.2 软件设计

系统的软件设计包含子程序的初始化、子程序组成显示和子程序的楼层控制。若电梯在顶层或一层，采用键盘矩阵的方式，扫描子程序KEY，来判断是否有键被按下，若没键按下则扫描继续，若有键按下则先判断出是哪个键被按下，并且输出键值。对键值识别子程序和电梯内外请求整合转入，从而驱动控制电梯到达请求层。在电梯运行的时候，通过电梯位置子程序ASKI 和键盘矩阵扫描子程序KEY来响应相关的请求。在非请求层，判断出28H 位置中数据是1 还是0,1 即为下降状态，0 即为上升状态。如果是下降状态，那么只对该层以下的请求有响应，若该层及以下无响应则检查上面楼层的请求，若有则变为上升状态并进行响应，若上下都没有响应，则在该层停留等待循环查询请求结果；如果是上升状态，那么只对该层以上的请求有响应，若该层以上无响应则检查上面楼层的请求，若有则变为下降状态并进行响应，若上下都没有响应，则在该层停留等待循环查询请求结果

3 结语

本文采用AT89S51 单片机进行控制，硬件设计采用呼叫请求输入电路、电梯开门及方向电路和楼层显示电路等组成。软件设计使用的是汇编语言，根据模拟按键引起电平的变化，当电梯运行到对应的楼层时，再通过单片机技术完成楼层数的确定，传送到数码管显示。通过硬件设计和软件设计的结合，实现六层电梯运行的模拟，相信这种系统会广泛应用在电梯自动控制当中。

【参考文献】

[1] 关英志. 基于单片机的电梯自动控制系统应用研究[J]. 科技资讯,2011,7.

[2] 曾悦;; 电梯自动控制系统的分析及其设计[J]; 科技风;2011 年06期

[3] 施勇; 基于单片机的电梯的控制器的设计[D]; 沈阳建筑大学;2011年

[4] 张娅莉, 曲国峰. 单片机在电梯自动控制中的应用[J]. 工业控制计算机,2010,2.

【作者简介】

洪慧，女，1987.09，江苏盐城，本科，助理讲师，研究方向：电子单片机