基于单片机的货运电梯改造

张群和

（深圳第二高级技工学校，广东 深圳 518000）

一、可行性分析

目前绝大多数的货运电梯采用PLC为核芯控制器件。货运电梯运行的时间长了，PLC有可能损坏。由于目前市场上的PLC的单价比较高，造成货运电梯的成本很高。AT89C51单片机可靠性高并且价格底廉，是一种可行的、灵活性、价廉的设备改造方案。货运电梯控制系统改造本文采用51系列单片机AT89C51。

二、ATMEL公司的51系列单片机AT89C51介绍

近年来随着科技的飞速发展，单片机在实时检测和自动控制的应用系统中，作为一个核芯部件来使用。

本系统采用ATMEL公司的51系列单片机AT89C51作为主控芯片。

AT89C51如图1所示，具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。（见图1）

图1 实物图AT89C51

三、货运电梯控制系统的硬件设计

3.1 系统的整体设计方案

货运电梯控制系统由七部分组成：控制台电路、电梯间电路模块、电梯内电路模块、楼层检测模块、MCU控制模块、电动机驱动模块、报警模块等。货运电梯的控制面板，箱内楼层控制面板，箱外楼层控制面板。

3.2 AT89C51单片机的最小系统

图2 AL298N驱动模块实物及接线图

采用ATMEL公司的单片机芯片AT89C51，电容C3按键RESET构成上电复位和手动复位电路。晶体振荡器选12MHz，C1、C2为30p瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路。

3.3 货运电梯系统的硬件电路

按键与单片机的P1.0-P1.5分别相连，指示灯通过P0.0-P0.5来控制。其中 上 拉 电 阻 有 R52、R55、R56、R59、R60和R62，用来保证按键未按下时，端口P1.0～P1.5为高电位。当按键被按下时，端口P1.0～P1.5通过按键接地，使得P1.0～P1.5变为低电平。电容C51~C56的作用是消除抖动和抗干扰。单片机P1口均与各楼层电梯间的升降选择按键连接，P1口的P1.0—P1.2连接上升按键，P1口的P1.3~P1.5连接下降按键。每个发光二极管通过一只阻值为470Ω的限流电阻接电源(VCC)。发光二极管与PO口的P0.0～P0.5连接，每个上升、下降按键都与对应的发光二极管配合，作为指示灯。

3.3.2 电梯箱内电路

电梯内的乘客用户使用电梯箱内电路，四个目标楼层选择按键F1、F2、F3、F4和四个与之配合的发光二极管作为指示灯。按键与P3口的P3.2～连接，指示灯与P2口的P2.0～P2.3相连。上拉电阻R11~R14和电容C41~C14的作用同上。

3.3.3 控制台电路

控制台电路的电源指示灯采用发光二极管，用以显示供电是否正常。采用共阴极数码管来显示当前楼层，采用CD4511作译码器，LE接VCC，译码器处于锁存状态。经R31～R37(阻值为470Ω)对数码管限流。“DOWN、UP”两只发光管用来显示电梯运行的方向。上下指示灯分别接单片机的P0.7和P0.6。START和STOP键键分别接单片机的P1.6和P1.7，

3.3.4 楼层检测

光电传感器电路中，D1，T1组成红外发射-接受对管，D1通电后发出红外信号，光槽若未挡住，T1将导通，比较器LM339输出低电平，光槽光线若被挡，T1截止，LM339输出高电平。电梯行至楼层标志处光槽光线被电梯遮挡，所带来的电平变化发送到单片机P3.6计数即可实现楼层检测。

3.3.5 H型驱动电路

直流电动机H型驱动电路主要是用来控制直流电动机的转动方向，通过改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。采用L298N驱动，实物及接线图，如图2所示，可根据PWM调节脉宽进行电机调速和正反转。电机M1用于货运电梯带动电梯门的开关，电机M2用于货运电梯上升和下降。（见图2）

3.3.6 电梯报警电路

当电梯运行过程中出现故障停止，P3.0输出高电平，蜂鸣器报警。用户在电梯中如果遇到紧急情况也可按“HELP”（图中SW-PE按键）直接报警求救。

电梯报警电路利用两个常用三极管CS9013，此电路与单片机P3.0相连，其中R为限流电阻。

四、货运电梯控制系统的软件设计

货运电梯程序编写用汇编语言来编写，以51单片机为核心实现控制来完成。

4.1 软件设计规化

软件模块化设计。通过调用不同功能的子程序，来实现复杂的功能控制。这样便于调试、修改。主流程图如图3所示。（见图3）

4.3 电机控制与楼层检测部分

（1）电机控制

本文设计只对货运电梯运行状况的简单模拟，对电机驱动这部分要求不是很严格，只需要实现电机的正反转就可以了，所以选择直流电动机H型驱动电路，当用户提出上升要求时，单片机P2.7输出为高电平，电机正转上升，反之电机反转下降。当到达目标楼层时，电动机停止。程序详见附录主程序清单。

（2）楼层检测

图3 系统主流程图

楼层检测电路利用光电传感器检测楼层，电梯行至楼层标志处（装有光电传感器）时，光槽光线被遮挡，引其电平变化，通过P3.6发送到单片机中R4计数，可实现楼层检测。并实时的，通过RXD和TXD，送到74HC164数码管显示当前楼层数。程序详见附录主程序清单。

五、系统调试

5.1 软件调试

在软件调试中，采用伟福仿真软件来调试。先分别调试各个功能程序，再对整个程序进行调试，以便修改错误码。具体的调试方法如下：

将各个功能程序录入，先检查程序有无明显错误，保存过后编译程序，当有错误时就根据提示加以修改，当各个功能程序编译完成后，再对整个程序全速执行，查看程序有哪些地方出现错误，对应错误提示逐步调整程序，纠正错误直到程序正确。

5.2 硬件调试

货运电梯的硬件仿真，采用的是ProteusPRO6.7SP3，它是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它可以仿真 51系列的单片机系统。

首先利用Proteus中的器件库完成电路的连接。单击仿真按钮，按下Start，系统开始运行，当按下F1—F4及各楼层按键，货运电梯都能完成用户的请求，实现了货运电梯运行的模拟运行。

[1]周坚.单片机轻松入门[M].北京：北京航天航空大学出版社，2006.