ｓｈｅｊｉ Ｙａｎｉｉｕ 基于单片机的电梯控制器设计 邓佃毅 （内蒙古科技大学，内蒙古包头０１４０１０） 摘要：介绍了电梯的基本结构，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，分析了电梯系统设计中如何用单片机实现控制并编制了控制程序，研 究并提出了基于单片机电梯控制系统的实现方案，针对这些问题对电梯系统进行了设计。 关键词：电梯控制器；单片机；设计 电梯是随高层建筑的兴建而开始发展起来的～种垂直运输工 ２．２软件设计 具。多层的厂房和多层的仓库需要有货梯，高层的住宅必须有住宅 ２．２．１主程序流程图 梯，百货大楼和宾馆需要有客梯、自动扶梯等等，鉴于此，对电梯控 制器的要求也越来越高。近年来多采用单片机和ＰＬＣ对电梯进行 控制，通过合理地选择和设计，能够有效地提高电梯的控制水平， 极大地改善了电梯运行的舒适感，可以使电梯的控制达到比较理 想的效果。单片机电梯控制系统的特点是：运行可靠、故障率低、耗 能少；控制柜体积小，从而机房的面积可相应减小；设备投入少：维 修方便等。 １ 电梯控制系统的结构和原理 １．１ 电梯的基本结构 电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气 部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制 部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目 前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，其机械部 分由曳引系统、轿厢和门系统、平衡系统、导向系统以及机械安全 保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控 制系统和电气安全保护等系统组成。 １．２电梯控制系统的工作原理和工作要求 电梯控制系统的工作原理：当乘客在某层有要梯要求时，呼梯 信号锁存系统将要梯信号锁存，待单片机查询到要梯信号后，根据 要梯信号的位嚣和电梯所处的位置，决定电梯运行方向，并启动电 梯到要梯层停梯、开门，待乘客进入电梯后自动关门，并根据乘客 的要求将乘客运送到目标层。 ２设计思路 本次设计采用的是ＡＴ８９Ｃ５２单片机作为核心，选用合适的接 口作为输入输出通道，使用按键触发，假定电梯所在楼层，而在实 际运用中，厂家多用平层传感器或井道传感器，即在平层区内，使 轿厢地坎与厅门地坎自动准确对准的装置。外部呼叫控制方式采 用的是独立式键盘电路，此外利用发光二极管模拟和显示电梯升 降，采用８位ＬＥＤ静态显示电路用来显示轿厢的实时位置，而显 示电路的驱动部分则采用的是７４ＬＳ１６４。 ２．１ ＡＴ８９Ｃ５２的介绍 众所周知，目前在电梯控制系统中使用更为广泛的是可编程 序控制，即ＰＬＣ，而使用单片机的话，在接口性能和计算速度等方 面均有资源不足的问题，因而不能适应较为复杂的控制算法和故 障诊断等要求。但是，使用单片机的电梯控制系统有成本低、通用 性强、灵活性大等明显的优点。 ＡＴ８９Ｃ５２是一种低功耗，高性能的８位单片机，该单片机拥 有４０个引脚；８ ｋ字节ＩＳＰ的可反复擦写１ ０００次的Ｆｌａｓｈ只读程 序存储器；２５６字节的随机存取数据存储器（ＲＡＭ）；３２个外部双 向Ｉ／Ｏ口；５个中断优先级２层中断嵌套中断；２个１６位可编程定 时计数器；２个全双工串行通信口：ＷＤＴ（看门狗）电路；片内时钟 振荡器。 １４２ 主程序流程图如图１所示，键盘电路分布如表１所示。 图１主程序流程图 表１键盘电路分布表 控制接口 轿箱内楼层选择按钮 Ｉ／Ｏ ＳＢｌ １楼选择按钮 ＳＢ２ ２楼选择按钮 ＳＢ３ ３楼选择按钮 Ｐ１．４～Ｐ１．７ ＳＢ４ ４楼选择按钮 ＳＢ５ ５楼选择按钮 ＳＢ６ ６楼选择按钮 ＳＢ７ 于动关门 Ｐ０．０～Ｐｏ．１ ＳＢ８ 手动开门 ＳＢ９ 轿厢外楼层选择按钮 ｌ楼上 ＳＢ１０ ２楼上 ＳＢ１１ ２楼下 ＳＢｌ２ ３楼上 ＳＢｌ３ ３楼下 Ｐ３．０～Ｐ３．７ ＳＢ１４ ４楼上 ＳＢ１５ ４楼下 ＳＢｌ６ ５楼上 ＳＢｌ７ ５楼下 ＳＢ１８ ６楼下 （１）监控程序在开门时完成接收是否有手动关门键，如果有手 动关门键信号则优先执行关门程序，没有则继续按照程序执行：在 关门时，接受是否手动开门键，如果有手动开门键信号则优先执行 手动开门程序，没有则继续按照程序执行。 Ｓｈｅｊｉ Ｙａｈ 里窒ｌ （２）单片机通过Ｐ１．４～Ｐ１．７读取轿厢内按键；Ｐ３．Ｏ～Ｐ３．７读取轿 由以上各种分析结果可以看出，电梯在接受到呼叫指令后，总是 外呼叫电梯按键（包括上下行按键）：行程开关由ＰＩ．０～Ｐ１．３接受。 由近及远地完成各个呼叫指令。因此，在设计电梯控制器时我们只要 （３）显示：轿厢内的显示由ＰＯ．４～Ｐ０．７通过４～１６译码器控制 依此原则进行设计，电梯运行时就不会出现上下乱跑的情况了。 轿箱内显示，而Ｐ０．２和Ｐ０＿３控制轿厢外显示。 ３结语 （４）电流电机驱动：直流电动机由Ｐ０．０和ＰＯ．１控制，Ｐ０．０置为 高电平的时候电梯开门；Ｐ０．１置为高电平的时候，电梯关门。 虽然单片机系统可以实现电梯控制器的设计，然而在实际电 ２．２．２电梯实际运行中的情况分析 梯系统中运用的绝大多数还是基于ＰＬＣ的电梯控制系统。虽然本 我们可以把电梯在实际运行中的情况加以分类，以便于编程， 电梯控制系统已可满足基本的电梯运行要求，但其只是基本的模 现分析如下： 拟系统，仍有许多需要改进的部分。例如：增加与计算机通信的接 （１）上行分析。假设电梯在上行过程中，某楼层有呼叫时，有以 口实现联网控制，增加电梯的安全控制系统等等。本文只是就程序 下２种情况：１）若呼叫层处于电梯当前运行层之上，目标运行层之 流程图、Ｉ／０端口以及运行情况等方面作了简单介绍，至于具体的 下，则电梯应在完成前一指令前先上行至该层，完成该层呼叫后再 单片机主程序和子程序，限于篇幅笔者就不多加赘述。尹 由近及远地完成其他各个呼叫动作。２）若呼叫层位于电梯当前运 行层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重 ［参考文献】 新处于待命状态为止。 ［１］李广弟．单片机基础［Ｍ］．北京航空航天大学出版社，１９９４ （２）下行分析。１）若电梯在下行的过程中，某楼层产生呼叫时， Ｅ２］刘裁文．电梯控制系统［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９９６ 可分为以下情况：电梯呼叫层处于当前运行层之下，目标运行层之 Ｉ－３１朱德文．电梯电器设计［Ｍ］．中国电力出版社，２００６ 上，则电梯应在完成前一呼叫前先下行至该层，完成该层呼叫后再 由近及远的完成其他各个呼叫动作。２）若电梯呼叫层处于当前运 收稿日期：２０１０—１０—２５ 行层之上，则电梯在完成前一指令前不响应该指令，直至电梯重新 作者简介：邓佃毅（１９８９一），男，内蒙古乌兰察布市人，研究方向： 处于待命状态为止。 电气工程及其自动化。 （上接第１０７页） 取为ｍａｘ ， ；且分段装置前的元件检修，不会引起分段装置后的 照这种规则进行系统分区，然后对各区按比例随机抽取样本，保证 负荷点停运。 各区样本数之和为样本容量ｎ。可利用ｃ＋＋环境中的ｒａｎｄＯ函数 （２）对非最小路上的元件。此类元件需要进行折算，即根据系 产生的随机数，一个随机数就对应一个用户，反复进行得到样本ｎ 统结构将其对负荷点的影响折算到相应最小路的节点上，再参照 及每一个区域中的样本。 （１）中的方法进行计算。折算方法如下：１）分支线折算。酋端装有熔 （３）可靠性评估。如对于ＳＡＩＤＩ，抽取样本的平均停电时间的 断器ＦＵ，显然当元件发生故障时因为熔断器的作用使得故障不会 １二 引起该分支线以外的其他负荷点停运。但如果未装熔断器ＦＵ，元 点估计ｓＡＩＤＩ＝÷ ， ｉ；１ 其中ｎ为样本容量。根据中心极限定理， 件发生故障，可等效为主馈线上与该分支线连接的那个节点故障。 对于给定的置信度卜 ，可查表得出相应的分位点肛，使得满足以 ２）对装有分段装置（ＱＦ或ＱＳ）的主馈线。如果是ＱＦ或ＱＳ之后的 ＾ 下公式：Ｐ｛Ｉ（ 一， 、／ ｄ）ｌ＜“｝＝卜 ，于是可得到给定的置 元件发生故障，那么Ａ ＝ 。¨ ．），其中Ａ 为故障率； 。为检修 ｉ；Ｉ ｉ＝Ｉ 信度卜Ｏｔ的置信区间。置信区间越小评估结果就越接近真值，置信 率。参与负荷点年停运时间 计算的停运时间ｎ取为分段装置的 区间太大就可重新调整样本容量，重新评估。若置信区间满足对配 操作时间。分段装置前的元件发生故障，可等效为此元件所在主馈 电系统的要求，则可将其作为评价整个配电系统的可靠性指标。 线段的首端节点（即靠近电源点的节点）故障，以此类推可最终等 效至最小路上的节点，之后再按前述最小路上元件故障的处理原 ３结语 则进行处理。 相对来说，利用概率统计方法来评估配电系统的可靠性较为 ２．３概率统计法 简单、快速，而且随着数据采集的信息化程度提高，如在每一个用 以上２种算法与电网结构有着密切的关系，但是电网结构往 户安装监测装置记录每次停电事件的停、送电时间，并传送数据， 往是异常复杂的。而可靠性评估又完全可以利用数理统计进行分 最后进行分析，使得应用概率统计法来评估一个城市的配电网可 析，即忽略配电网络的具体结构和设备元件的可靠性特征。因此通 靠性指标也将变得更加精确。当然其特点就在于因为忽略了电网 过抽取部分用户的停电信息，用概率统计的理论求出整个配电系 拓补结构，使得电网系统的薄弱环节难以被找出。 统内用户的可靠性指标和满足一定置信度的置信区间，就可以快 速对配电网的可靠性指标进行评估。 ［参考文献］ （１）确定样本容量ｎ。概率论认为样本容量越大，评估结果越 ［１］郭永基．电力系统可靠性分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３ 精确，但是抽取样本的成本越大。对此可以先设置一置信区间 ， ［２］周念成，谢开贵，周家启，等．基于最短路的复杂配电网可靠性评 置信区间为卜ａ，假设取的样本容量为ｎ，那么需要保证： 估分块算法［Ｊ］．电力系统自动化，２００５，２９（２２） Ｐ｛Ｉ ）Ｉ＜８｝≥卜 ，其中 为一给定的正数： 为样本均 ［３］刘柏私，谢开贵，马春雷，等．复杂中压配电网的可靠性评估分块 值；Ｅ ） 为 的总体期望；方差为Ｄ ）＝ ，随机抽得的子样相 算法ＥＪ］．中国电机工程学报，２００５，２５（４） 互独立且服从相同的分布，于是有Ｅ ）＝／ｚ，ＤＧ）＝ｏｉｌｎ，由契贝晓 夫不等式，有Ｐｆ Ｉ； Ｉ＜８｝≥卜 ／ ，得到卜 ／如 ≥卜ａ，于 收稿日期：２０１０—１１一ｌ１ 是得出抽取的样本 ≥ 。 作者简介：黄妤群（１９７３一），女，福建仙游人，讲师，工程师，工程 （２）分区并随机抽样。各个配电系统所管辖着不同的区域，按 硕士，主要从事电力系统教学与研究工作。 机电信息２０１０年第３６期总第２８２期１４３