基于单片机的电梯模拟控制系统

张亚男

（甘肃畜牧工程职业技术学院电子信息工程系，甘肃武威 733006）

0 引言

电梯在各大高层建筑中已起到极其重要的作用，已成为非常关键的大型运输设施，既实现了机电一体化，且内部系统结构也非常庞大，且具有较高的复杂性。由于使用时是封闭状态，因此无法通过外部对电梯的结构和运行规律进行深入了解。而且电梯中的井道都很深，大部分器件都安装于井道内部，所以具有一定的危险性。由于电梯为不同的计算机控制技术与应用提供了良好的条件，也让相关专业的教学与研究得以有效开展，所以对于研发出有助于教学与科研，并具有较高安全与经济性的高性能电梯控制仿真系统来说，显得极其重要。

1 模拟控制系统内部的整体结构

模拟控制系统是对PC（Personal Computer）机与单片机的相关系统进行模拟，由此形成的一台能够真正运行的电梯，将计算机模拟成电梯当中的轿厢与井道。单片机电梯模拟控制系统主要是模拟使用电梯时对相应指令信息的输入，并把此信息传递到PC机上；上位机软件主要是对所接收到的相关指令信息加以及时的处理，然后把信息的最终处理结果提供给模拟电梯运行的模块界面以及单片机的系统当中，最后把模拟的结果以报告文件的形式输出。在模拟电梯运行的模块界面中会显示相关的按钮，这些按钮能够很好的代替在下位机系统当中使用电梯时要用到的指令按键，单独实施电梯控制的运行模拟。上位机软件还能对电梯的速度曲线加以模拟，以固定的相关参数为依据显示出速度曲线，同时以报告文件的形式输出；对建筑中的电梯系统在输送的能力方面进行分析，同时输出相应的报告文件；对于电梯的设置和选用方面，能够配置适合该建筑的电梯系统，同时将报告以文件的形式输出。

2 控制系统当中的设计工作

2.1 控制功能方面的基本要求

（1）电梯在没有控制人员的情况下，要完全能够自动对电梯内部以及门厅下达相应的指令。

（2）在电梯系统上电之后，如果产生了呼梯信号，那么电梯必须能够自动的响应对应的召唤信号。

（3）电梯到站的时候要能够自动进行平层的开门操作，超时要自动实施关门或手动开门与关门的操作。

（4）要能够根据轿厢内部与外部的相应召唤指令信号实施自动化的定向操作，并自动选择做好的运行路径，使等候的时间不会过长。

（5）电梯在运行的过程中必须具备顺向截梯的功能，同时只单纯的记住反向的呼梯信号。

（6）在电梯运行到顶层或底层的时候，要能自动停止并且改变运行的方向。

（7）轿厢内部和门厅必须要准确的显示出有楼层信息，以及当前运行的方向。

（8）要有IC卡管理的功能，设定持卡者只能上升到指定的楼层。

（9）要具备语音提示的功能。

2.2 电梯运行模拟软件中的基础模块

按照电梯控制的相关要求，电梯在被逻辑性的控制程序进行操控时，要能上下来回的运行，流程依次为对指令进行登记、判定当前的运行方向、实施运行操作、在运行的过程当中顺向的截梯、对厅呼梯信号、轿厢内部记住相应的指令等。仿真软件的控制项由层站、轿厢及状态信号等组成。层站部分基本上是对厅召唤的相关指令进行登记，并发出相应的呼梯信号。轿厢部分基本上是对轿厢的内部信号进行模拟操作，分为选层、开门及关门等信号。状态信号是显示出电梯当前的运行方向及在哪个楼层上。

2.3 控制系统内部硬件的设计

控制系统内部起主要控制作用的硬件是STC89C51制式的单片机，将轿厢与层站指令所接受的按钮模块、楼层的显示模块、串行通信模块、电梯IC卡管理模块及语音提示等模块集成于一体。在控制系统当中，单片机系统属于下位机，由上位机对其实施监控，把呼梯按钮或IC（Integrated Circuit Card，集成电路）卡采集使用电梯的相关指令信号借助于串口输入到上位机的对应电梯运行模拟模块上。模拟电梯运行的相关拟模块接收到下位机所传送的使用电梯的指令信号，之后进行逻辑式的运算，在计算机当中模拟电梯的运行、到站以及开门和关门的过程。此外，在电梯运行过程中，上位机把当前运行方向及所处楼层等相关信息传送到单片机系统当中，单片机系统会显示出电梯所处楼层及运行方向，并在电梯到达指定楼层时，以语音的方式进行提示。

（1）电梯当中的指令按键。利用电梯中的指令按键能对系统发出相应的层站呼梯指令和轿厢内部的指令信号，整个键盘以4×5的矩形形状分布。电路主要使用单片机内部的P0口高三位与P2.7控制键盘进实施行扫描，而P0口低五位对列扫描进行控制。这当中，从SB1到SB5依次为1楼停到5楼停的上行召唤按键，从SB6到SB10依次为6楼停到2楼停的下行召唤按键，从SB11到SB16依次为1楼轿厢内部到6楼轿厢内部的按键，而SB17与SB18依次为轿厢内部开门与关门的按键，S19与S20属于备用的按键。

（2）IC卡相关的管理模块。此模块使用型号为AT24C04的接触式IC卡，串行的时钟对引脚SCL（serial communication loop，串行通信回路）接单片机P1.7进行控制，串行的信息数据对引脚SDA（synchronous Data Adapter，同步数据衔接器）接单片机P1.6进行控制。单片机先是借助于读卡器在IC卡的内部输入要到达的对应楼层，例如，“5”，在此IC卡重新插到读卡器当中后，单片机就会读取到“5”，接着电梯就会向五楼移动，以此达到了此指令动作的模拟效果，实现对电梯的IC卡管理加以模拟的目的。串行数据的输入与输出端口SDA和单片机P1.6相连接，串行时钟的输入端口SCL与单片机P1.7相连接，管脚当中的相关地址A2A1A0均与地相连接，数据当中的写保护端WP（Word Processor，数字处理器）处于悬空的状态，以此让芯片当中的相关数据内容可以被读写。

（3）电梯当前状态显示模块。此模块是用于显示电梯当前所处楼层及当前运行的具体方向。利用DS1到DS2当中存在的六根数码管模拟厅站，显示出电梯当前具体在哪个楼层，同时立刻将与该楼层想对应的二极数码管点亮，在这些发光二极管当中，D1到 D6以此为第一个楼层到第六个楼层；在D7到D11在点亮的时候表示厅站中显示的是电梯的上升状态；在D12到D16点亮的时候表示厅站中显示的是电梯的下降状态，以此利用发光二极管达到显示电梯当前运行方向的目的。利用并联的方式用两片串输入并行输出移位寄存器74HC164对并行的输出口进行扩展，使单片机当中的I/O资源得到节省，让开发工作能够有足够的扩展空间。两片型号为74HC164的移位输入端A和B与单片机的P2.0端口相连接，移位时钟端与单片机的P2.1端口相连接，将主复位端的MR与高电平相连接。前一片型号为74HC164的输出端Q0到Q7依次与8个三极管相连接，利用三极管使电流加大，以此借助于足够大的功率驱动DS1到DS2之间存在的6个数码管。将后一片型号为74HC164的Q0到Q6与光二极管D1到D6相连接。单片机P2.3借助于三极对D7到D11之间的发光二极管进行控制，P2.4利用三极管对D12到D16之间的发光二极管进行控制。

（4）具有语音提示功能的模块。语音提示的相关模块使用的是上海某公司生产的型号为BMP5008-2M的多段式语音录放板。使用I/O播放相应的语音信息，可选择播放 1到6段的录音内容，在这其中，P00到P05依次为第一段录音到第六段录音，该处管脚的P00到P02依次与P1.0到P1.2相连接，各自选出3段录音，以此使电梯的语音提示模块对欢迎乘坐本电梯、电梯已到站以及欢迎您下次乘坐本电梯的进行语音提示。管脚当中的SP-与SP+与功率为0.5 W的播放喇叭相连接。

（5）串行通信模块。此系统当中借助于RS232的串口将单片机和上位计算机连接在一起，下位机为上位机提供传呼梯的相应信号，上位机在处理相应的呼梯信号之后，将电梯模拟运行的相关信息传送到单片机系统中。对应的串口只使用3根线，将第5个端口设置为公共端口，并与系统地相连接，第2个端口与第3个端口则各自与接收和发送的端口相连接。此电路实现了TTL（Transistor-Transistor-Logic，晶体管逻辑电路）电平和RS232电平之间的相互转换。DB9制式的相应接口借助于交叉式的串口线与机上相连接，以此达到硬件串行通信的目的。此外，具有辅助功能的模块大致分为时钟模块与液晶显示模块。DS1302使系统及时取得了相应的时间参数，型号为OCMJ4X8C的大型液晶显示屏能够清晰的显示出系统的具体名称，以及系统当前的时间等相关信息。

3 结语

综上所述，基于单片机的电梯模拟控制系统不仅使电梯运行的基本规律更加直观具体的反映出来，在很大程度上提升了工作的效率，还可以把先进的计算机控制技术与电梯技术的相关教学与研究充分的结合在一起，为其提供良好的技术条件。此系统早已在当下的电梯控制技术教学当中发挥出很好的作用。与此同时，此系统也为电梯控制系统在开发方面提供了的极具关键性的技术支持。