摘要：电梯的结构复杂，有多种控制类型，对运行性能有较高的要求。在电梯发展初期采用的是阵列控制结构，但这种结构占用较大空间、线路繁杂、会产生较大噪声、发生故障的概率较高、日常的维护费时费力，且电梯的运行速度和运行稳定性已经得不到满足，而单片机正好具有强大的控制和运算能力，能满足人们对电梯功能的需求，将单片机应用到电梯控制系统中，具有很好的经济价值和研究意义。
关键词：单片机；电梯控制系统；设计
1电梯控制系统的组成及其功能分析
从电梯的结构来看，所有的电梯都是由机械部分和电气部分两部分组成，机械部分相当于一个框架，类似于人的躯体，电气部分就是人的神经，驱动躯体做各种动作。但从功能系统来说，更能反映电梯的特点。机与电的高度配合，使电梯成了一个综合产品。电梯种类繁多，电梯控制系统的主要功能如下：
（1）牵引系统
一种安装在钢丝绳曳引电梯的电梯间内的电梯驱动器，包括传动装置、竖直位置的电机、制动器和用于为电梯底盘提供垂直运动的悬挂元件。电动机和传动装置相对于垂直面倾斜一定角度，电动机的任何部分都不延伸传动装置的水平边界。这样，电梯驱动器就占用了很小面积，利用了电梯间有限的空间。制动器是传动装置的一部分，单独固定在其上，使电动机在传动装置上易于装配和拆卸。采用特殊的电梯智能控制系统，驱动方式稳定可靠，门传动结构优良，轿厢设计强度高，在各种工况下轻便，规格齐全，性能优越，可靠性和耐久性好，性价比高，能满足各种货物的使用，并适应不同的建筑结构，广泛应用于医院、学校、写字楼、商场、居民楼等货运物流场所。
（2）导向系统
在电梯运行过程中，导向系统限制了轿厢和对重运动的自由度，使轿厢和对重只能沿各自的导轨上下运动，无横向摆动和振动，保证轿厢和对重系统能够平稳运行。无论轿厢还是对重导向都是由导轨，导靴和导轨架三部分组成。
（3）电力拖动系统
电力拖动系统的结构组成包括牵引电机、速度反馈系统、供电模块和调速模块。电力拖动系统是电梯的动力，它驱动电梯的部件作相应的动作。电动机一般选用三相异步电动机，主要是为轿厢提供动力。调速模块可以对轿厢进行调速，调速过程平稳准确。速度反馈系统包括测速发电机、脉冲发生器等，为电梯调速系统反馈速度信息。
（4）电气控制系统
电气控制主要是指电梯牵引电机的启动、减速、停止、运行方向、楼层选择、停车、楼层显示、楼层站呼叫、轿厢指令、安全防护等信号的处理和管理以及开关门电机的控制。首先，继电器逻辑控制随着科学技术的不断进步，逐渐发展成为可编程控制。大部分电子元件都是安装在电气控制柜内，其主要是对电气传动系统进行控制，从而达到控制电梯功能。电气控制柜通常安装在电梯间，控制柜的数量取决于电梯的类型。一些电梯使用一个电气控制柜，其他电梯使用两个或三个电气控制柜。
（5）重量平衡系统
重量平衡系统可以让轿厢保持相对平衡，使轿厢与轿厢在一定的电梯工作范围内产生重量差，保证电梯牵引传动能够平稳、正常工作。因为轿厢的负载是可变的，所以两侧的重量不可能相等，也不可能完全平衡。一般情况下，只有当轿厢负载达到额定负载的50%时，对重侧和轿厢侧才能完全平衡。
2基于单片机的电梯控制系统设计
2.1硬件设计
2.1.1硬件框图
基于单片机的电梯控制系统设计思路是以STC89C52RC最小系统作为核心处理器，利用其较多的端口资源与外部模块实现数据的传递，实现电梯的基本功能。采用行列式键盘矩阵作为外呼内选设备，有源蜂鸣器作为报警器，NLN2003A驱动步进电机转动作为执行单元，
1位共阴数码管实时显示电梯当前所在层数，采用9个发光二极管作状态指示灯。
2.1.2主要模块设计
（1）按键电路：按键电路为4按键键盘矩阵，矩阵键盘的p1.0-p1.3是接STC89C52的RCP1.0-P1.3，用来检测是否有键盘按下，P1.4-P1.7是接STC89C52RC的P1.4-P1.7，用来换扫描信号。（2）显示电路：选择则共阴数码显示管来显示当前电梯所在的层数，将所有的LED灯的正极与STC89C52RC的P0.0-P0.6端口连接。通过单片机编程控制输出数字进行楼层的显示。（3）电机驱动电路：采用步进电机，利用其驱动模块来驱动步进电机运转，电机驱动模块与微型控制器的P3.0-P3.6端口连接。（4）指示电路：指示电路由9个独立的LED灯组成，其中5个LED灯表示目的楼层指示、2个LED灯电梯运行状态指示，2个灯表示电梯门开关状态。当选择按下按键选择目的楼层后，对应的楼层指示灯亮起，当到达目的楼层后，指示灯熄灭。电梯运行状态由对应的指示灯来表示，当电梯向上运行时，UP灯点亮，表示电梯在向上运行，反之则在下运行，当按下开门按钮时OPEN灯点亮，当按下关门按钮时，Close灯点亮。（5）报警电路：电梯内设置了紧急报警按钮，在电梯运行过程中，由于某种原因导致了电梯的工作停止，电梯内的乘客可以按下紧急按钮，并发出报警信号，系统设计中采用有源蜂鸣器作为报警器，与STC89C52RC的P3.7的端口进行连接。（6）供电电路：采用LM7805降压、稳压芯片提供+5V电压，给单片机以及各部分电路供电。
2.2软件设计
这一部分使用C51语言来完成，其中所包含的主要功能有：按键查询，楼层选择，串口通信。中断方式选择了按键查询，其他部分如数码管的显示，步进电机的控制，按键响应，延时程序等均由其子程序来完成。使用模块化的分层设计思想，将一个复杂的功能拆分成多个子函数来实现，通过调用不同的函数来实现其综合目的，也便于日后的调试和修改。
2.2.1按键查询
本系统中，键盘才用独立式按键，因为要模拟4层电梯，所以按键由P3.0~P3.3来控制，定时器T1来进行不断监听，当有按键按下时，进入中断状态，转入响应的子函数
2.2.2楼层选择
在本电梯模型当中，其功能按键分别有1-4楼，上行按钮，下行按钮，上电按钮，掉电按钮。上电之后系统处于等待状态，此时默认状态为1楼。在8位数码管显示屏上，高4位是乘客等待电梯的楼层，低4位显示的是电梯目前所在楼层。当上行按钮或下行按钮由乘客按下之后，进入楼层检测子函数，若等待层数R1=所处层数R2，蜂鸣器响起，电梯门打开。若R1不等于R2，调用比较函数，使其相等。在电梯的运行过程中，由楼层检测器来检测电梯是否通过本楼层，当上行通过时R2自增1，反之，则自减1。如果按下掉电按钮，系统则强制进入检修状态，此时强制电梯直接下到1楼，其他按钮无法产生中断响应。直到再次按动上电按钮电梯重新恢复工作。
2.2.3串口通信
本电梯模型通过RS232串口实现上位机与单片机之间的连接，当乘客按下上行或者下行按钮时，单片机向上位计算机发送请求信号，当上位机收到信号之后，将系统的运行信息发送给单片机。RS232串口所使用三根线，2端连接接收端，3端连接发送端，5端接地，通过RS232与TTL的电平转换，实现基于单片机的电梯控制系统的串行通信。
3结束语
本文介绍了以单片机为核心的电梯控制系统，该系统通过步进电机模块，内外电路模块，控制台模块，显示器模块组成的硬件系统来实现由用户通过按键请求，单片机内部接受请求，再由步进电机控制电梯的升降功能，软件部分则是通过汇编语言来实现系统的初始化，中断检测，数码管的显示，按键响应等功能。
参考文献
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