基于单片机的电梯运行自动控制实现分析

刘传军

摘    要：电梯作为楼宇垂直运输工具，在楼房建筑中占据相当重要的地位。随着超高层建筑的增多，对电梯的安全性、低能耗、舒适性以及快捷性有了更高的要求。本文以单片机自动电梯作研究对象，详细的介绍了单片机电梯自动化控制系统的设计与实现。本文所涉及的单片机电梯系统设计采用方人工智能技术，对以往的电梯自控系统进行了一定的优化升级，旨在能够有效提升电梯控制水平，改善电梯运行舒适度。

关键词：单片机电梯 自动控制系统 设计 实现

1  前言

随着高层和超高层建筑增多，为了能够满足人们提倡生活和工作，楼宇垂直运输的高效性、安全性和舒适性等有待提升。因此，楼房建筑的电系统自控系统非常重要。基于单片机电梯自控系统的的设计与实现，其中最为关键技术就是单片机的应用。单片机电梯自控系统的优点就在于其适应性非常强，可以嵌入到各种仪器设备中，可以彻底的改变电梯操作工的工作模式，极大的提升电梯工作效率。

2  系统框架与功能设计

2.1   系统的框架设计

本系统设计所采用的是AT89S53单片机作为核心，电自控系统的基本框架：在电梯井的顶部设置拽动机带来带动电梯轿厢的上下运行，电梯的自控系统通过RS485接收各门厅的控制召唤信号，从自动控制轿厢运行。本系统框架的核心内容：主控制器、轿厢控制器、曳引装置以及门厅控制器。主控制器就是电梯控制器，在单片机电梯自控系统的主要部分，与电梯井顶端的电梯曳引装置共同负责电梯的运行控制，是电梯自控系统的核心。轿厢控制器是电梯系统的运载装置，通过轿厢中的楼层指示键盘、显示屏将乘客与电梯建立联系。曳引装置通过钢丝来牵引电梯的上线运行。门厅控制器是每个楼层的电梯召唤装置，发出每层电梯的呼叫信号，显示当前运行状态。

2.2  系统功能

可以识别出楼层的高度、各楼层的高度位置，立即响应各个楼层的信号召唤;电梯运行稳定、噪音小、定位准，运行过程中有指示灯提醒，电梯的上下运行状态，并且可实时显示电梯所在的楼层位置;平层时开门或者关门到电梯继续运行时间不超过5s，平层结束会各处指示信号，平层误差在10mm之内;及时接受各楼层的召唤信息，根据预先设置的算法选择最佳运行方案，可以大大提升电梯的运行效率;单向响应功能，即电梯上升过程中只响应上行呼叫，电梯下降过程中只响应下行呼叫，任何逆向呼叫均无效。

3  硬件部分的设计

3.1   楼层显示模块

单片机电梯自动控制系统会根据电梯轿厢运行的楼层位置自动显示楼层编号，所采用的是数码管显示技术。在每一层楼层中和轿厢内分别甚至数码显示管在电梯内等待出电梯的乘客可清楚的知道电梯运行位置和即将到达的楼层位置。实现方式是通过一根数码管，与若干根数据相连，当电梯达到时会显示当前楼层编码。

3.2  电梯按键模块

单片机电梯的按键较多，为了能够满足单片机I/O接口的数量，所以在大型建筑物的电梯中可以选用行列式键盘矩阵。例如文章中的单片机电梯实例所采用的是4键盘矩阵，4个按键从上到下依次竖向排列，P2.0-P2.3是接单片机的P2端口，按键识别方法采用的是行列扫描法来进行判断，根据设定的按键功能，通过单片机在实现对电梯的控制。

3.3  门厅指示模块

门厅指示功能通以AT89S52单片机为核心，实现了电梯上行和下行召唤信号的输入和存储，门厅外设置液晶显示屏，用来指示电梯的运行方向、电梯轿厢当前所处的楼层位置以及电梯门的打开与关闭状态。实现方式，采用RS-485总线接入的通信方式来实现。

3.4  语音提示模块

本系统中所采用的是智能模拟人声发音来提示电梯轿厢即将到达的楼层、已经达到的楼层、电梯运行方向等，另外当出现紧急制动时会发出报警信号。电梯的语音提示模块设计非常简单，只需设置软件驱动与硬件电路即可实現电梯的语音提示功能，基本上能够满足电梯运行自控系统对语音提示的要求。实现场景：当电梯到达楼层时，会有语音提示，同时电梯门会打开，绿灯亮起;3s之后再次语音提示，同时电梯门关闭，红灯亮起。

3.5  升降指示灯模块

当电梯上升时，指示灯依次从低层到高层亮灯，直到到达信号呼叫的最高层。当电梯下降时，指示灯灯依次从高层到低层亮灯，直到到达所选楼层。

4  自控系统的软件设计实现

软件系统程序主要实现功能，电梯控制器能够接收到包括外部信号在内的锁梯信号、消防信号、满载信号、超时信号、超重信号、关门到位信号、直达信号等。电梯控制器可以直接控制电梯系统的液晶显示屏所显示的电梯运行状态，能够直接控制电梯逆变电路来间接的控制电梯电动机进行调频、调压以及控制电梯运行速度等。最后，控制电梯完成上下行的加速与减速，上下行再平层、检修上行、检修下行以及停靠运行等过程。软件采用的是分层次模块化的设计，在统一的系统控制下，由若干子系统组成，以便实现多功能、智能化的操作。根据现实的要求，单片机电梯的自动化控制系统的软件主程序程序应该满足以下要求：（1）系统初始化时，数码显示管显示为“1”，此时电梯处于一楼，电梯处于等待状态;（2）电梯控制器读取端口的状态信息，根据这些信息来分别调用子系统功能。如果存在呼叫信号或者选梯信号时，控制器可以调用启用软件程序，发送起启动电机驱动信号脉冲。在发送启动电机信号之前，要读取到电梯关门到位的信号，当关门到位之后开始发送驱动脉冲信号，但是此时电梯轿厢并未开始运行，需要电梯控制器发送开抱关闸信号，当电梯系统接收到了抱闸信号时，电梯才可以根据请求运行。（3）主程序可以通过延时来对参数进行调整，使得电动机速度达到额度速度，同时控制器可以再次读取端口状态信息确定电梯是否达到平层换速点，往复巡检，达到换速点之后减速，同时读取平层状态，发送抱闸信号。（4）在电梯的运行过程中，系统会不断的扫描电梯键盘，判断各个楼层的电梯呼叫请求。（5）实时显示电梯的运行状况（上行、下行、平层、停靠），开门时会自动延时给乘客预留进出时间。

5  系统测试

以四层楼建筑作为系统测试案例。电梯在接通电源之后，系统的各个模块均能正常运行，电梯所有信号指示灯均正常工作。经过测试，电梯在按照某一方向运行时，具有该方向上的优先相应。当电梯在一楼等待时，分别按下二楼和三楼的上下按钮以及四楼的线下按钮，呼叫顺序可随意调整。

由此可见，当电梯在向上运行时，会优先相应向上呼叫，注销向下呼叫，当电梯向下运行时则相反。当同一方向运行时，如果多个同方向的呼叫，优先响应最近楼层的呼叫，在响应较远楼层的呼叫。

6  总结

本系统是基于AT89S52单片机的电梯运行自动控制系统，充分利用单片机的适应性，整合电梯系统的硬件和软件系统，实现电梯自动控制，包括呼叫请求、平层识别、自动平层、速度调试、轿厢命令以及指令显示等功能。通过优化设计，大大提升电梯的运行效率，彻底摆脱电梯操作工模式。

参考文献：

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[2] 王荣娟.基于单片机电梯控制系统设计与实现[J].机械与自动化，2013（7）：93.

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