毕业论文-基于80c51单片机的自动升降电梯控制系统设计-文库吧

【正文】 控制电梯，具有自动平层运行的功能，常见的有机箱外按键控 制、机箱内按键控制两种控制方式。 信号控制型电梯，是有司机的自动控制程度比较高的电梯。除了具有自动平层运行功能之外，还有自动开关门功能之外，还有机箱命令登记的功能，每层召唤功能，自动停止功能等等。 集选控制型电梯，是在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制型电梯的主要区别是不用司机的操纵。 并联控制型电梯，一般是指有 2～ 3 台电梯 的控制线路并联在一起进行逻辑控制，共用每层召唤按键，电梯本身也有集选的功能。 群控型电梯，是采用微型控制和统一控制多台集中并列的电梯，群控型电梯有梯群的程序控制、梯群智 能控制等等形式。 其它分类方式 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯 。 按 机箱 尺寸 分类，则经常使用 “ 小型 ” 、 “中型”、 “ 大型 ” 等抽象词汇表示 。 此外，还有双层轿厢电梯等 。 自动升降电梯控制系统 特殊电梯 （ 1） 斜行 型 电梯 ， 轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的 输送设备 。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速 。 （ 2） 立体停车场 用 型 电梯 ， 根据不同的停车场可选配不同类型的电梯 。 （ 3） 建筑施工 型 电梯 ， 是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的 机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为 仓库 、码头、 船坞 、高塔、高 烟囱 的长期使用的垂直运 输机械 。 （ 4） 消防 型 电梯 ， 在发生火警时 ,用来运送消防人员 ,乘客和消防器材 等等。 （ 5） 冷库 型 电梯 ， 在大冷库或制冷车间 ,运送冷冻货物 .但是需要满足门扇及导轨等活动处密封 ,浸水等要求 。 （ 6） 矿井 型 电梯 ， 供矿井运送人员及货物之 用。 （ 7） 特殊 型 电梯 ， 供特殊环境条件下使用 ,如防爆 ,防腐 ,耐热等特殊用途的电梯 。 （ 8） 滑道 型 电梯 ， 在建筑物内配置 ,常与建筑物 ,人行道平行使用 。 （ 9） 运机 型 电梯 ， 能不机库中几十吨或者上百吨重量的飞机 ,垂直提升到飞机场跑道上 。 （ 10） 门吊 型 电梯 ， 在大型门式起重机的门腿中 ,运送在门机 中的工作人员及检修机件等 。 （ 11） 自动 型 扶梯 。 （ 12） 座椅 型 电梯 ， 人坐在电动机驱动的椅子上 ,控制椅子手柄上的按扭 ,使椅子下部的动力驱动装置驱动人椅 ,沿楼梯扶栏的导轨上下运动 。 课题的研究内容 本课题主要完成电梯的自动升降的功能，即根据每个楼层不同的乘客的按键要求，使电梯做出合理的判断，正确高效地完成各项任务，从而实现电梯的高效、安全运行。 依据课题的任务，本课题需要研究的内容有： 收集系统的相关资料，并进行实地调查； 根据系统技术的要求，进行系统硬件的总体设计； 学习和完善单片机的相关 知识，并且加以运用； 巩固 C 语言编程知识，并且规定电梯的工作规则，本设计编程语言采用的是 C 语言实现； 对软件和硬件进行调试，完成课题任务。 设计思路与比较 思路 系统主要是为了实现电梯的自动控制和高效运行，根据具体要求和实地考察， 最后确定了总体的思路。使用 80C51为最小系统，采用 C语言进行编写程序， 系统采用的外部中断 0 的方式进行对按键的处理，采用 LED 灯来表示按键响应情况， LED 亮表示当前的按键被按下， LED 灭表示当前的按键被处理完毕或者按键无响应，通过八段数码管来同步显示当前机箱 所处在的位置，为了进一步形象的表示出电梯的运行情况，系统采用了两个电机来表示电梯的运情况，电机 1正传表示电梯上升，反转表示电梯下降，电机 2正传表示开门，反转表示关门。 由于系统的按键比较多，故本采用 8255A才扩展用于按键中。 设计比较 在系统的设计中总会出现一些 争议 ， 为什么要使用 C语言而不使用汇编语言来编写程序呢？为什么选择 80C51 作为最小系统等等这些都是值得探讨的一个问题。下面就根据系统的存在的一些争议问题进行详细的说明。 C语言和汇编语言在开发中的优缺点。 自动升降电梯控制系统 汇编语言是用文字助记符来表示机 器指令的符号语言，是最近于机器码的一种语言。主要的优点是占用的资源少、程序的执行的效率高。但是不同的 CPU，汇编语言可能存在某些差异，所以汇编语言比较不容易移植。 C语言是一种 编译 型程序设计语言 ，并具备汇编语言的功能 。 C语言有丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、良好的移植性 ，而且可以直接实现对系统硬件的控制。 C 语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。 C 语言还具有完善的模块化程序结构，在软件编写的时候采用模块化程序设计提供了有力的保障。 C 语言主要的优点是可读性 好，移植比较容易，不太需要考虑外界因素，是普遍使用的一种计算机语言。 缺点是占用资源比较多，执行效率没有汇编的高。 根据以上的对比，故此系统才用的是 C语言进行程序编写，只要是 C语言的在进行程序设计的时候会大大缩短设计的周期，并且增加了软件的可读性，便于改进和扩充，系统还可以进行更新等，从而使系统的性能更为强大。 最小系统的选择 在选择最小系统的控制核心、价格、性能、稳定性、能否满足本系统的要求为主才进行选择的，本系统采用的 80C51为最小系统，性能价格和稳定性都满足了系统的要求，故选择了 80C51为最小系 统。 按键的处理方式 按键是实现人机交互的主要设备，按键的处理方式在一定程度上会影响倒系统的性能，故选择一个合适的处理方式还是很重要的。 按键的处理方式一般分为三种：程控扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式。程控扫描方式首先是判断按键是否有按键，如果在进行逐行逐列的判断，还要进行按键消抖的处理 ，最终才能读出按键的值，而且还需要编写一大推的程序进行按键的判断，占用了很多 CPU。定时扫描方式是 CPU 每隔一段时间对按键扫描一遍，当有发现按键按下的时候就进行按键操作，读去按键值，定时器时间间隔由单片机内部定时 /计数器产生，这样可以减少计算机扫描按键的时间，减少 CPU的开销。中断扫描方式当有按键响应时就向 CPU申请中断， CPU响应中断后立刻转到中断的服务程序对按键进行扫描，进行按键值的读取。 此系统对实时性的要求很高，所以 CPU的占用时间要尽量的少才是主要的，在以上三种处理方式中程控扫描方式占用的 CPU最多，定时扫描方式占用的 CPU 相对比较少，而中断扫描方式占用的 CPU 是最少的，故本系统采用中断扫描方式对按键进行处理。 4扩展芯片的选择 由于很系统的特点，需要较多的按键，故需要扩展 I/O口，在开发中一般都是使用 8255A作用 I/O扩展的芯片。 8255A在一定程度上满足的本系统的要求。 5电机的选择 按电梯的驱动方式有很多种如 直流电梯 、 液压电梯 、 齿轮齿条电梯 、 螺杆式电梯 等等，但是此设计是采用仿真来实现的，没有办法真正实，故在本系统中采用用的是直流电机驱动的方式来模拟电梯的自动运行。 课题的设计步骤 根据课题的研究内容，本课题的设计方案步骤： 硬件部分： 对实际电梯控制系统进行模拟，一般情况下，一个标准的电梯都应该具备相关按键，数码显示管，拖动电机，机箱等等。由于采用的软件仿真方式，有很多无法实现的功能，如自动检测 超载，安装监控等相关功能等。本课题只是实现了电梯的自动升降，在硬件方面选择了 80C51 为主芯片，晶振采用 12MHZ，按键部分采用 8255A 扩展，显示采用了八段数码管显示和 LED灯显示，并采用 74LS373进行输出数据锁存。 软件部分： 根据实地考察，并对电梯的流程进行了严格的反复思考，完成了电梯的软件设计部分。自动升降电梯控制系统 假设机箱要上就要上升要上响应的最高层，下就要下降到下响应的最底层，这样才能实现电梯的高效运行，才不会出现电梯运行的复杂化。 硬件设计和软件设计是密不可分的，二者是相辅相成的，硬件是根据软件才验证的，软 件是根据硬件才实现的，经过长期的研究，发现问题，解决问题，最终完成了电梯的设计。 课题的开发环境介绍 软件 Proteus 软件 是 由 英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 。 Proteus软件 是目前世界上唯一将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430等， 2022年即将增加 Cortex和 DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 Proteus软件 不仅具有其它 EDA工具软件的仿真功能， 且 还能仿真单片机及外围器件。Proteus 软件 是 至今 最好的仿真单片机及外围器件的工具。 Proteus 软件 从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键 切换到 PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。在编译方面， Proteus软件 也支持 IAR、 Keil和 MPLAB等多种 编译器 。 Proteus软件 在中国的推广比较晚 ，但 是 已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的 学习和开发的良好工具 。 Proteus软件 的主要 特点： （ 1）互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 AD， ROM， RAM，马达， LCD， DA， 键盘， LED， 部分 IIC器件 ， 部分 SPI器件 。 （ 2）仿真处理器及其外围电路 可以仿真 PIC、 ARM 、 51 系列、 AVR 等 等 一些 常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果 ，并且 系统配置 了 示波器 、 虚拟逻辑分析仪 等， Proteus软件 可以 建立 一个 完备的电子设计开发环境 。 Proteus软件 功能模块： （ 1） 独特的单片机协同仿真功能； （ 2） 智能原理图设计； （ 3） 完善的电路仿真功能； （ 4）实用的 PCB设计平台。 Proteus软件 资源丰富： （ 1） Proteus软件 可提供的仿真仪表资源 ： 交直流电流表 、 交直流电压表、模式发生器、信号发生器、 I2C 调试器、 SPI 调试器、虚拟终端、逻辑分析仪、 示波器。 在原理 上同一种仪器可以在一个电路中 任意 的 使 用 。 （ 2）除了现实存在的仪器外， Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有 理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响 。 （ 3） Proteus软件 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有 30多个元件库 。 （ 4） Proteus软件 可提供的调试手段 ： Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括 数字 信号和 模拟 信号 。 Proteus软件 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机 CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况 。 因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意 义上讲，是自动升降电梯控制系统 弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 本系统采用 版本进行硬件的构造，根据以上所阐述的 Proteus 软件 的功能和用途，在加上有强大的外围设备，在一定程度上已经满足了系统研究的需要了。 Keil 程序研发软件 开发过程中除了必要的硬件之外，还需要软件。 汇编语言源程序要变为 CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是 机器 汇编，另一种是 手工 汇编。机器汇 编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS51单片机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展， Keil 软件是目前最流行开发 MCS51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部份组合在一起。 Keil 也有一定的硬件配置要求， 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上 的 CPU，16MB或更多 RAM、 20M以上空闲的硬盘空间、 WIN9 NT