基于AT89S52单片机的电梯控制器设计

张华龙，张二红

ZHANG Hua-long, ZHANG Er-hong

（廊坊职业技术学院 电气工程系，廊坊 065000）

1 电梯控制策略

随着计算机技术和网络技术的发展，使得电梯的总线式控制方式成为了可能。将电梯的控制功能分为若干模块，又用不同的控制器完成各部分特定的功能，各控制器间采用可靠的通信技术控制局域网传递信息，相互进行通信，协同工作，系统可以实现电缆的插接化，并大大减少井道中电缆数量，减少布线工作量和维护成本。而且，可以使得系统中各个控制器有更充裕的时间用于进一步完善其自身的功能，以改善电梯的性能。

电梯控制系统可分为三个主要功能模块：电梯操作系统控制模块，由单片机及外围接口电路组成，是电梯逻辑运行的控制核心；拖动系统控制模块，由模拟电路组成的交流调压调速装置。继电器、接触器开关量控制模块，由电梯的状态、保护继电器及主电路接触器组成。其组成框图如图1所示。

图1 电梯控制系统组成框图

电梯操作系统控制模块完成电梯操作系统控制功能，它采集电梯运行状态信号，决定电梯运行方式，比如检修、消防、慢车等，采集各楼层的呼梯信号及轿厢内的内选信号，结合电梯处的位置决定电梯的运行方向。它向 DMU 发出控制命令，如启动、制动等。它从 RCC 中的运行接触器读取电梯的状态信号和保护信号，同时控制 RCC中的接触器正常工作。

拖动系统控制模块主要完成电梯的拖动系统的调速控制，它依据仿人智能控制算法控制电梯按理想运行曲线运行，从而保证电梯的运行舒适感、平层精度等。电梯接到启动命令后，按产生的理想运行曲线运行，同时变频器完成调节的作用，使得系统具有良好的动态和静态特性，以达到乘客满意的舒适感和平层精度。

开关量控制模块是电梯操作系统控制模块的功率输出级，包括接触器和少量的状态继电器。接触器正常工作时都是在零电流状态下开断，故其可靠性比现行接触器高得多。系统中各功能模块都设计成独立的模块，它们可以根据用户要求组成多种不同类型的电梯控制系统。

2 硬件设计

在电梯的顶端设备间内设置的拽动电动机带动电梯轿厢的上下运行，由主控制器通过RS485接收各门厅控制器的呼梯信号，控制轿厢的运行方向及到达的楼层。主控制器，即电梯控制器。它是电梯控制系统的主要部分，负责整个电梯的运行控制。一般主控制器和位于楼房的顶部电梯机房内的电梯动力装置曳引机构成了整个电梯控制系统的核心。 轿厢控制器，轿厢是电梯系统中运载乘客的装置。它通过轿厢中的键盘、显示屏，使乘客与电梯建立起了相互联系。曳引机通过钢丝牵引矫厢的上下运行，用于运送乘客。在轿顶还有一个门机控制器，用于电梯的开关门动作。门厅控制器，它是每一层楼的呼叫装置，给出每一楼层的呼叫请求信息，并且显示电梯当前运行状态。

图2 电梯运行结构

此外，电梯控制系统还包括上、下限位开关，上、下限速开关，限速器，安全闸，对重，随行电缆，平层检测板，道轨和缓冲器等一系列电梯运行机械装置和安全保护设备。控制器之间的通信方式，主控制器轿厢控制器和呼梯控制器之间采用现场总线之一的RS-485 总线进行通信。各控制器之间只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可，安装极为方便。RS-485 总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，具有非常好的抗干扰能力和可靠性。

根据系统总体功能结构的要求，设计出以AT89S52 单片机为核心主控制器即电梯控制器。它是电梯控制系统的主要部分，负责整个电梯的运行控制。一般主控制器是位于楼房的顶部电梯机房内，与电梯动力装置曳引机构成了整个电梯控制系统的核心。采用变频器对轿厢拽动电机实施控制，由编码器反馈轿厢运行速度，系统设置了轿厢位置上、下限位开关，速度上下限开关以提供安全保障，设置带光隔的继电器输出接口实现相应设备的控制。配置LCD，并给出系统运行状态的指示，对相关生产数据进行存储，通过 RS-485 总线与上位机进行数据通信。主控制器结构如图3所示。

图3 主控制器结构图

系统主控制器能够完成对整个系统输入的采集信号加以分析处理，然后输出控制信号。其中还包括液晶显示器 LCD，能够显示出电梯的运行状态，包括电梯向上行驶、电梯向下行驶、电梯满载运行和轿厢当前所在楼层等信息。

3 软件设计

在本设计中采用单片机汇编语言编程，完成电梯的基本功能。软件的设计包括主程序的设计和各子程序的设计。主程序要包括各个硬件部分的初始化，以及各个部分子程序的调用。

首先，单片机以及整个系统进行初始化设置，使单片机三个端口设置为基本输入输出功能，PSEN 管脚接到高电平，单片机无外接程序存储器。然后，控制器读取端口的状态信息，根据这些信息分别调用子程序。当存在呼梯或选梯有效信号时，控制器就可以调用产生 PWM 程序，发送起动电动机的驱动信号脉冲了。在起动电动机之前要读关门到位信号，当关门到位后开始发送驱动脉冲，但是此时电动机并没有转动，也就是电梯轿箱并没有产生位移，这时控制器要发送一个开抱闸信号，打开机械抱闸装置，这样就可以慢速起动电动机了。可以通过延时后改变 PWM参数完成电动机的调速，直到额定速度，同时控制器再次读取端口开关的状态检查是否到达平层换速点，循环检测，到达后使电动机减速，读平层状态，有效后发送一个抱闸信号，机械抱闸停车完成一次运行，值得说明的是在检测平层时还要检查该层是否有停靠任务。若没有停靠任务时，平层换速点和平层信号有效控制器也不给与处理，继续向上或向下运行。主程序流程图如图4所示。

为了达到普通电梯的基本功能，子程序应该要包括产生 PWM 信号子程序、延时子程序、消防子程序、直达运行子程序、满载运行子程序、司机运行子程序、检修运行子程序等。在这里介绍一个产生正弦波 PWM 信号子程序，如图5所示。

图4 主程序框图

图5 产生 PWM 信号的流程图

4 结束语

本文分析了电梯控制的系统结构，将电梯的控制功能分为若干模块，根据电梯运行提出系统控制要求，据此设计了以单片机为核心的主控器、轿厢控制器、门厅控制器，通过 RS-485 总线与各功能控制器进行数据通信，组成总线式集散控制系统。虽然单片机控制不能适应较为复杂的控制算法和故障诊断等要求，但是实践证明，使用单片机的电梯控制系统有成本低、通用性强、灵活性大等明显的优点。

[1] 张华熊, 汪亚明. 基于单片机的货运电梯控制器设计[J].测试技术学报, 2008, 3.

[2] 邓佃毅. 基于单片机的电梯控制器设计[J]. 机电信息,2010(36).

[3] 郑良田. 基于单片机的电梯控制系统的研究[J]. 科技资讯, 2007(21).