张建荣

(山西大学商务学院 信息学院，山西 太原 030031)

0 引言

随着国家实力的提高，人们的住所、办公楼都已逐渐高层化，很多商家也需要将大型物品运到高层进行加工处理，因此电梯已经成为了日常生活中不可缺少的运载工具，其不仅节约了人力物力，提高工作效率，而且为人们的生活带来了巨大的便利，提高了生活品质。

传统电梯控制系统大多采用继电器或可编程控制器的方式来实现各种功能，存在着成本高、事故发生率高、维修困难、功能匮乏、需要三相供电等缺点[1，2]，在使用过程中带来了诸多不便。本设计以单片机为核心，控制整个电梯的运行，从根本上改变了传统电梯控制系统的设计思想和方法，提高了系统灵活性以及便利性，更加人性化。

1 总体设计

本设计主要包括主控模块、复位电路、时钟电路、按键、显示模块、电机、语音报警模块[3]。按键表示电梯按钮，按下按键后系统将信号传送到单片机，单片机接收到信号后对信号处理，并控制电机的转动来实现电梯的运行，数码管显示楼层，LED灯显示电梯的运行状态，系统还具有语音提示和报警功能。总体设计框图如图1所示。

图1 总体设计框图

2 硬件设计

2.1 主控电路

本设计的主控部分选用内置8位中央处理器和可编程闪存的STC89C52芯片[4,5]。此芯片能够在设计中灵活应用，能够使功能更快、更完善的实现。

2.2 时钟电路与复位电路

本系统时钟电路采用12M晶振。复位电路是指系统运行过程中用按键开关使单片机复位。电路复位后，系统默认电梯停留在1层，楼层显示数字1。

2.3 电源模块

设计采用9V直流电源为系统供电。电源经过稳压器稳压后为单片机、LED灯和数码管等耗电元器件供电。电源模块的电路图如图2所示。

图2 电源模块电路图

2.4 按键模块

该系统模拟的是七层楼的使用电梯，用七个按键代表电梯的请求按钮，按键按下后将信号传送到单片机，单片机对信号处理，控制系统模拟出电梯的运行状态。

2.5 显示模块

显示模块采用七段数码管显示楼层，根据电梯的运行情况，数码管通过在1～7这几个数字之间变换来完成显示到达楼层的功能。

2.6 上下行指示灯

电梯上下行指示灯采用若干个LED灯组成的发光箭头，当电梯处于上行状态时，点亮向上的箭头，当电梯处于下行状态时，点亮向下的箭头。

2.7 电机模块

电机选用永磁式步进电机。在该系统中步进电机用来模拟电梯运作的实验效果，并且可以达到智能控制的目的，可实现调速的功能，更加贴合设计的初衷及推广的要求。

步进电机的控制必须由环形脉冲、功率放大器等组成的系统控制，本设计采用单片机为核心对步进电机进行控制，效果良好，模拟出了电梯上下行运作的情景。

2.8 语音报警模块

语音模块采用WT588D语音芯片[6]。此芯片性能卓越，简单易用，在本设计中承担着用来完成到达楼层后的语音提示功能，提示内容为“X楼到了”。按键和蜂鸣器[7]实现电梯按键报警功能。语音和报警电路图分别如图3和图4所示。

图3 语音模块电路图

图4 报警模块电路图

3 软件设计

电梯能否成功运行，模拟电梯所处的各种状况都需要一个完善的软件程序来控制。设计出的程序主要是为了让系统的运行更加富有逻辑性，可以提高系统的运行效率，并且使功能更加丰富和人性化，对系统资源的调度更加合理，能够按照设定判断出电梯的下一步操作。其流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

4 系统测试

根据系统各部分硬件设计和软件设计结果进行仿真测试。测试结果表明，系统可通过控制电机模拟实现电梯上行、下行、停止功能，并可以显示到达楼层，同时具有语音提示和报警功能。

5 结语

本设计是基于单片机的电梯控制系统的设计。该设计主要针对现实生活中人们上下楼的便利性，解决老式电梯的成本高昂、事故发生率高、维修困难、功能匮乏等问题，利用单片机编程来代替复杂的硬件电路设计，依靠程序驱动系统的运行，不仅成本低廉，运行稳定，并且可以修改程序实现不同的功能，为电路设计提供了很大的方便。同时，由于系统操作便利，适用范围广泛，市场前景好，经济实用性高，在推广应用中具有较大优势，在将来科技的持续高速发展下，基于单片机的电梯控制系统很快可以成为主流，占有市场的一席之地，成为一种更加方便有效的电梯控制系统。未来的电梯发展可能会向节能高效、物联网、无线传输的高新领域迈进。因此驱动系统可以进一步改进，可使用永磁同步无齿曳引机，它具有体积小、重量轻、效率高、能耗低的优点。运用物联网技术可以实现智能管理电梯，对电梯的运行进行网络监控，出现故障可以及时预警，并实时记录下现场状况，也可以使电梯和手机相连，在手机APP上对电梯进行监管。还可以运用无线电力传输和无线信号传输的方式，改善电梯的负载平衡、信号干扰和安全性能等。