基于单片机的三层货运电梯控制系统设计

郭景全

（重庆电子工程职业学院 机电工程系，重庆401331）

基于单片机的三层货运电梯控制系统设计

郭景全

（重庆电子工程职业学院 机电工程系，重庆401331）

对三层老式货运电梯进行改造，要求每层楼可以直接输入楼层号，控制器能直接将货运电梯从当前楼层运行到目标楼层。综合成本和控制需求，制作一个以89C51为主控制芯片，行程开关产生检测信号，由继电器控制交流接触器控制电机正反转的控制系统。具体阐述了系统的总体设计、硬件结构和软件流程。该控制器具有运行安全可靠，制造成本低，在改造的货运电梯上使用效果良好。

单片机；货运电梯；控制

老式的三层货运电梯以交流接触器作为控制元件，由于交流接触器频繁的动作会出现接触不良的故障，导致控制时序出错。货运电梯与其他的电梯相比，除了具有上升、下降、平层等功能外，还应具有极强的抗干扰能力，能保证在工厂里较恶劣的环境下正常工作。因此楼层信号检测采用行程开关来产生，控制芯片采用AT89C51单片机为核心，加光电耦合器接输入接口和输出接口，增强抗干扰能力。楼层信号经屏蔽线接到输出接口，楼层输入信号经屏蔽线接到输入接口。

1 控制功能需求分析

综合分析三层货运电梯的控制需求，主要有以下几个动作：

（1）当电梯停于一层或二层时，如果按三层按键呼叫，则电梯上升到三层，由三层的行程开关KS3停止。

（2）当电梯停于三层或二层时，如果按一层按键呼叫，则电梯下降到一层，由一层行程开关KS1停止。

（3）当电梯停于一层时，如果按二层按键呼叫，则电梯上升到二层，由二层行程开关KS2停止。

（4）当电梯停于三层，按二层按键呼叫，则电梯下降到二层，由二层行程开关KS2停止。

（5）当电梯上升途中，任何反方向的下降按键呼叫均无效。到达该层后，由该层的行程开关给一个信号，使任何反方向的下降按键信号有效。

（6）当电梯下降途中，任何反方向的上升按键呼叫均无效。到达该层后，由该层的行程开关给一个信号，使任何反方向的上升按键信号有效。

（7）每层楼之间电梯到达的时间应在规定的时间以内，如果在规定的时间内电梯没有到达相应的楼层，则电梯自动停止。

（8）设有上下极限行程开关，当一层和三层的行程开关KS1、KS3失效时，由极限行程开关KS4、KS5进行二次保护。

（9）设有紧急停车按键。

经以上分析，得到系统结构图（如图1所示）。所有的楼层呼叫按键、行程开关信号都通过屏蔽线接到光电隔离模块，经光电隔离模块输入到单片机的接口。输出控制交流接触器的信号同样经过光电隔离模拟接到继电器，再由继电器控制交流接触器控制电机的正反转达到电梯上升下降的目的。

图1电梯控制系统框图

2 输入、输出、控制模块

为加强系统的抗干扰能力，输入采用光电耦合器PC817进行隔离，具体电路见图2。当楼层的行程开关KS1闭合时，光电耦合器导通，使单片机的中断口接到一个低电平信号，当电梯停止时可以检测到电梯当前的位置，运行中可以检测电梯的楼层信号。输出电光隔离及控制模块见图3。当单片机输出接口输出一个低电平时，光电耦合器导通使三极管Q1导通，使继电器K1闭合让控制的交流接触器吸合让电机转动，实现货运电梯的上升、下降功能。

图2 信号输入电路

图3 信号输出电路及控制单元

3 软件及抗干扰设计

程序的控制流程图如图4所示。

图4 软件流程图

当系统通电时，自动对定时器及系统进行初始化，完成后检测当前电梯所在的楼层号。如未检测到楼层信号说明电梯对位错误，则对电梯进行下降操作至检测到楼层信号为止。当达到极限开关时还没有检测到楼层信号则说明电梯存在故障，停止并发出报警信号要求进行检修。当检测到楼层信号后则等待楼层呼叫信号，收到楼层信号后系统会将电梯上升或下降到相应的目标楼层，如果在定时时间内电梯没有到过目标层，则说明电梯运行过程中有故障，停止并报警要求检修。

货运电梯控制器的运行环境比较恶劣，长期工作于受干扰的环境中，尤其是电机的运行、继电器或交流接触器的开关闭合会产生大量的强电磁或脉冲干扰。因此，系统必须采取有力的抗干扰措施才能保证系统的正常工作。在本系统中，除了在硬件上加滤波电容，在软件上选用指令冗余、看门狗等措施外，还采用了两种技术控制干扰：一是在硬件上采用DC-DC电源模块，实现电源的隔离，防止电机等其他干扰设备通过供电电路对货运电梯控制器进行干扰；二是在软件设计上在控制器在对外发出控制指令，实现对继电器和交流接触控制器的控制以前，先暂时关闭控制器的外部中断响应。在继电器和交流接触器完成切换以后再打开控制器的外部中断响应，以消除继电器和交流接触器开关闭所带来的干扰。

4 结语

利用单片机技术设计了一种低成本、高可靠性的货运电梯控制器，该控制器可以实现对现有的三层货运电梯进行控制。实现电梯的自动上升、下降、故障报警等多种功能，该控制器工作稳定、安全可靠，大大提高了以前老式货运电递的工作效率。

[1]朱蓉.单片机应用技术[M].北京：机械工业出版社 ， 2009.

[2]张政.PLC编程技术与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]朱坚儿.电梯控制及维护技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

[4]刘同法.单片机C语言编程基础与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

Microcontroller-based Three-tier Freight Elevator Control System

GUO Jingquan
(The Mechanical and Electrical Engineering Department,Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China)

Three of the factory to transform the old freight elevator,requiring direct input on each floor floor number,the controller can directly run the freight elevator to the target from the current floor floor.Comprehensive cost and control requirements,making an 89C51 chip-based control,limit switch detection signal generated by the AC contactor control relay control motor reversing control system.Specifically addressed the overall system design,hardware architecture and software process.The controller has a safe and reliable operation,low manufacturing costs,freight elevator in the transformation to use to good effect.

microcontroller； freight elevators；control

TP39

A

1674－5787（2011）04－0164－02

2011-05-19

郭景全（1980—），男，四川省营山人，硕士研究生，主要从事机械制造加工、系统工程方向的研究。

责任编辑 王荣辉