随着现代高科技的发展, 住房和办公用楼都已经逐渐向高层发展。电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路, 存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看, 这种系统将逐渐被淘汰。而单片机价格相当便宜由单片机设计的控制系统可以随着设备的更新而不断修改完善, 更完美的实现设备的升级。
1 系统的总体设计方案
本设计采用AT89S51单片机作为核心, 配以适当接口作为输入输出通道。采用4×4按键矩阵开关电路作为外呼内选呼叫控制。实际电梯控制系统每层装有一个传感器, 从而判断车厢所在位置, 本模型由六个独立按键作为楼层到达信号传输给单片机, 而后通过74LS164从串口驱动数码管显示楼层数。当电梯到达所选层, 电梯开门延时等待进人并选层, 然后延时关门执行请求, 若无请求则停在本层等待请求。软件部分使用汇编语言, 利用查询方式来检测用户请求的按键信息, 采用74LS245芯片驱动发光二极管。
电路由复位电路复位后, 电梯初始位置在一楼, AT89S51将楼层感应电路得来的数据通过74LS164驱动显示电路显示出来;如有用户在厢外呼叫, 经外呼叫电路把信号输入单片机, 由楼层感应电路判断电梯为上升还是下降状态, 若方向一致则打开电梯门, 用户进入后关门执行操作。用户通过选层电路把目的层告知AT89S51, 控制电机把用户送至目的层, 而后系统等待下次呼叫。系统的正常工作由时钟电路来保证, 显示电路实时显示电梯所在的楼层位置。
2 系统的硬件电路设计
2.1 内外请求输入电路
现以呼叫信号的输入为例, 来说明信号输入及单片机识别原理。采用P0口外接上拉电阻的并行输入形式, 来输入外呼叫信号, 本电路采用4×4矩阵键盘, 行扫描法识别键值的原理, 具体原理如下。
(1) 判断键盘中有无键按下。将全部行线P0.0~P0.3置低电平, 然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低, 则表示键盘中有键被按下, 而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平, 则键盘中无键按下[1]。
(2) 判断闭合键所在的位置。在确认有键按下后, 即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是:依次将行线置为低电平, 即在置某根行线为低电平时, 其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后, 再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低, 则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
S00~S05为一到六楼的电梯内部呼叫请求按键, S06~S15为电梯外部请求按键。S00~S15的扫描键值分别为01H~0FFH。
2.2 楼层显示电路
在实际中, 厢外六个显示和厢内一个共七个数码管显示厢体位置楼层数, 由于显示的数据是一致的, 所以本设计中只用一个LED数码管显示代替。由于AT89S51的串行口RXD和TXD为一个全双工串行通信口, 工作在方式0下可作同步移位寄存器, 其数据由RXD (P3.0) 串行输出或输入, 而同步移位时钟由TXD (P3.1) 端串行输出, 在同步时钟作用下, 在不需要使用串行通信的场合, 利用串行口加外围芯片74LS164就可构成一个或多个串并口输入/输出电路, 用于串-并转换、并-串转换、键盘驱动或显示器LED驱动[2]。本电路中应用了其串-并转换来实现了电梯所在位置的实时显示。
2.3 电梯方向及开关门电路
本电路采用发光二极管接上拉电阻由电源直接驱动的方式, 低电平有效。DG为关门绿色灯, DK为开门红色灯, Ddwon为电梯下行绿色灯, Dup为电梯上行红色灯。要注意的是电梯在运行期间, 不管上行还是下行, 开关门信号灯必须为绿灯亮。
程序控制十分简单, 只需要对相应的接口清零, 所对应的发光管就会点亮, 表示正在执行相应的功能。
3 系统的软件设计
软件包括初始化子程序, 楼层控制子程序和显示子程序组成。若电梯在一层或顶层, 直接调用键盘矩阵扫描子程序KEY, 判断是否有键按下, 没键按下则继续扫描;如有键按下则判断是那个键按下并输出键值, 转入键值识别子程序再合并电梯内外的请求, 驱动电梯到达请求层。在电梯运行期间, 程序仍然继续调用键盘矩阵扫描子程序KEY和电梯位置子程序ASK1, 以便随时响应适当的请求。若电梯在其它楼层, 先判断位地址28H中的数据是0还是1, 0为上升状态, 1为下降状态。若为上升状态, 则只响应该楼层以上的请求 (同向请求) , 若该楼层以上没有请求则转查询下边楼层有无请求, 若有则转为下降状态并响应, 如果上下均无请求, 则停留在该层继续循环查询等待请求;若为下降状态, 则只响应该楼层以下的请求 (同向请求) , 若该楼层以下没有请求则转查询上边楼层有无请求, 若有则转为上升状态并响应, 如果上下均无请求, 则停留在该层继续循环查询等待请求。
4 结语
本系统以AT89S51作为控制核心, 用户内外召唤使用按键按, 作为请求信息发送到单片机, 单片机控制电动机转动, 并根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。应用单片机设计的电梯自动控制系统, 具有硬件结构简单, 经济适用、可靠性高、易于控制方式升级和扩展等优点。因此, 应用单片机开发的控制系统必将在我们日常生活中不断深入和普及。
摘要：本文介绍了基于单片机的电梯控制系统, 硬件部分主要由电梯内外请求输入电路、按键矩阵模拟检测电路、楼层显示数码管电路、电梯上下行及开关门显示电路等5部分组成。该系统采用单片机 (AT89S51) 作为控制核心, 内外请求使用按键按下与否而引起的电平的改变, 作为用户请求信息发送到单片机, 单片机控制电动机转动, 单片机根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。
关键词：AT89S51,电梯控制,单片机
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天出版社, 2006.
[2] 梁延东.电梯控制技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.