单片机在电梯自动控制中的应用研究

邵 莹

（甘肃建筑职业技术学院，兰州 730050）

单片机自身体积较小，系统处理速度快，整体成本消耗低，设备功能也比较完善，在电梯的选层、换速以及启动等工序中应用比较普遍。与常见的电器控制模式相比，单片机应用在选层和中间继电器的配置上，可以简化设备、便于维修以及降低成本。此外，在微机系统中使用单片机还可以提升电梯运行安全性。要实现单片机在电梯自动控制中的有效应用，需要掌握电梯运行原理，做好单片机在电梯自动控制中的相应技术优化工作，确保单片机的优势能够充分发挥，以提升电梯的自动控制效益[1-3]。

1 电梯运行原理

电梯使用中，需要通过按钮向电梯发送信号。电梯最高层及最低层信号按钮都是一个，最高层按钮向下传递信号，最底层按钮向上传递信号。处于这之间的楼层按钮需要传递上下两个方向的信号。乘客在进入到电梯后，选择他们要到的楼层，这个操作属于内选信号。电梯轿厢的门和其他大厅的门都需要在电梯启动的情况下及时关闭，这个关闭指令通过轿厢中的关门按钮和定时关门指令控制。在高层建筑中，电梯在两层楼之间有加速或者减速控制位置输入信号。电梯在下楼层的情况下，装置需要执行减速控制程序，确保电梯速度不减速通过这一楼层[4]。

电梯在运行时，乘客在大厅中对电梯下达指令。电梯通过顺向截梯和反向记忆方式执行指令。在电梯到达最高层或者是最底层的情况下，系统会自主调整电梯运行方向，并在电梯的运行过程中处理相关楼层信息，针对不同的指令信息保持基本的运行方向。在遇到紧急情况时，电梯需要急停进行事故故障处理，必要时需要立刻执行停车命令。因此，系统中需要设定固定应急处理方式，有效应对电梯突发状况，最大限度地保障用户的电梯使用安全，提升自动控制效果。

2 电梯控制中的单片机工作原理

2.1 速度控制方面

电梯具体运行过程需要经历3个重要环节，即加速启动环节、匀速运行环节以及减速制动环节。用户在乘梯中按下关门按钮或者是系统自动关门后，电梯加速启动。上升过程中，电梯匀速进行，最后达到指定楼层，减速制动，完成一个电梯运行过程。详细过程如图1所示。

在电梯运行中，如果用户较多，可能需要频繁制动，因此需要电梯调速器做好配合，这对调速器提出了较高的要求。要确保电梯的安全、稳定运行，需要控制好速度。以往的电梯设计中，多使用积分器式速度给定电路[5]。设备启动一级制动需要结合时间来进行调整和控制，要确保相应速度曲线能够在减速期间进行短距离爬行，会影响电梯的运行效率。单片机可以确保电梯在给定程序上工作，保证电梯顺利实现相应性能指标。电梯在具体操作和运营中，采取理想曲线作为运行参考。电梯减速段需要广电编码盘提供的信号来确定电梯在相应阶段的位置。

2.2 操控系统层面

传统的电梯运行系统的控制功能需要依赖单片机来实现。这一过程需要选择性能可靠的单片机。随着设备的不断优化，单片机的体积不断减小，功能也更加全面，且新一代单片机能耗小，成本更低，广泛应用于相关领域。单片机可以实现软硬件资源的保留，使整体操作和应用更加理想。单片机中设置的波形发生器能够有效传递目标信号，为各类电机提供可靠的驱动支持，尤其是变频调速控制。将单片机作为电梯传输系统可以在缩小设备体积的情况下，提升设备的灵活性[6]。

图1 基于单片机的电梯控制工作原理示意图

3 单片机在电梯自动控制中的应用

3.1 总线技术

目前，国内电梯控制系统采用的总线技术为CAN总线技术，通过在控制器之间构建两个双绞线，实现其和控制器的连接。技术系统通过拓扑结构连接，操作更加便利，系统可靠性更强。在电梯实际运行中，相关参数和指标能够及时反馈到控制中心的处理器，实现相关数据信息的整理，如图2所示。将CAN控制器和引脚关联，使其在输出端口位置通过低电平信号接地和输出保持高电平信号复位，以实现系统高速模式转换，保证控制效果。

3.2 硬件资源提供

电梯最高层上部是设备房间，其中安装着操控电梯的核心动力设备即拽动电动机，是实现电梯轿厢上下移动的核心动力基础，还可以实现不同楼层门厅控制器的信号控制。通过主题控制器和相关媒介接收，确保轿厢精准运行，达到指定位置。单片机的应用需要做好主机控制器的选择，以确保电梯的自动控制效果。主机控制器是电梯的主控制器，属于电梯自动控制系统的核心组成部分，对电梯运行操作具有直接影响。这类控制器和电梯最顶部设备房间之间还包含动力设备，构成电梯动力控制的关键结构。轿厢控制器也是单片机在电梯自动控制中应用的关键设备，通过键盘和显示屏的连接，可以建立和用户之间的联系，实现人机交互。曳引机可以通过钢丝来牵引轿厢运动[7]。此外，在轿厢顶部还设置有门机控制设备，主要用于电梯门的控制，在电梯门长时间敞开的情况下关闭电梯门。门厅控制器是大内楼层之间的重要联系装备，可以在相应楼层进行呼叫的情况下，识别电梯的具体位置和运行状态。

3.3 优化软件设计

利用单片机进行电梯自动控制系统设计包含主体和子程序两部分。具体设计中，需要对各类硬件进行初始化设计，做好相应程序的调节工作。第一，做好单片机在系统中的初始化设计，确保单片机各个端口基础性输入输出功能，同时需做好PSEN管脚的高电平介入[8]。使用单片机，则可以使用不适用外界程序的储存设备。第二，系统控制器的主要工作是读取相应端口的工作状态信息，结合具体的子程序，在确定信号后，通过PWN程序优化具体的控制器，传输电动机驱动信号。电梯电动机在启动动作开始前，需要获取精确的关门信号。电梯门关闭后进行驱动脉冲的传输，以避免电动机的异常转动。此外，控制器需要抱闸信号传输，启动抱闸装置后，实现电动机启动功能。第三，具体的软件设计包含子程序初始化设计、子程序组成显示设计以及子程序楼层控制设计。在电梯位于复位楼的情况下，子程序通过键盘矩阵扫描的方式，确定哪些按键被按下。如果没有按键按下，需要进行重复扫描，判断是否存在输出值，借助子程序识别来实现电梯运行方向的控制。电梯运行还需要借助子程序完成键盘矩阵和电梯位置子程序的结合，处理按键信号。在电梯上行状态下可以优先处理相应的信号，在完成全部按键信号指令后或者是电梯直接到达顶层后，子程序再对下行信号进行处理。

图2 CAN总线技术在电梯自动控制中的应用示意图

4 结语

单片机在电梯自动控制中的应用，属于电梯自动控制技术研究的新领域。单片机能够优化电梯操作，提升电梯运行的效率和稳定性。单片机还具备良好的检测功能，能够减少电梯故障，提升自动控制的安全性。因此，单片机可广泛应用于电梯自动控制系统。