电梯模型控制系统的设计

引 言

电梯在人们的生产、生活、工作中日益重要，电梯模型是一种面向教学和科研的电梯控制仿真系统，有助于分析和设计实际电梯的电气控制系统。本文具体介绍了以单片机为核心的电梯模型控制系统的实现方案，阐述了系统的总体结构、硬件设计和软件调试、测试结果和设计总结。测试结果表明， 该电梯模型系统可靠性高、系统成本低、较为真实的模拟出一台单厢电梯模型控制系统的运行状况，对实际电梯的控制系统设计有一定的借鉴意义。

1 设计任务与方案选择

本文提供两种设计方案。

方案一：利用 4 4 矩阵键盘、LED 显示电路、直流电机、蜂鸣器等模拟一套完整的电梯模型控制系统。

综上，该方案简单易行，是电梯模型的最佳选择。

方案二 ：采用 CPLD 器件作为控制中心，对整个系统的运行进行统一管理，实现起来比较困难且器件较贵不符合经济要求，同时，升降电机的控制、显示等还需要单片机配合。因此文中放弃该方案。

2 系统设计

2.1 系统硬件设计

系统以 51 单片机作为控制核心，用单片机端口连接数码管显示和LED 指示部分，以 L298N 作为电机的驱动，按键采用 4 4 矩阵键盘。总系统硬件逻辑框图如图 1 所示。

2.1.1 显示电路

该电路由两部分组成，即数码管显示电路和LED 二极管显示电路。其中数码管采用共阳数码管，在每个数码管的共阴极连接了三极管用以提供足够大的电流。数码管显示电路图如图 2 所示。

2.1.2 电机控制电路

电机驱动部分采用独立模块L298N 电机驱动模块，电机驱动电路图如图 3 所示。

2.1.3 电源电路

本系统通过USB-B 型接口进行供电，电压稳定，并且拔插方便。其中 1 引脚为电源引脚，4 引脚接地，电源接口图如图 4 所示。

2.2 系统软件设计

系统总运行流程图如图 5 所示。

下一目标层子函数为本算法的核心，电梯默认先上行进行检测，主程序流程图如图 6 所示。

3 电路板设计与制作

采用DXP 软件ALTIUM DESIGNE 进行 PCB 电路板的设计，并制作原理图库、PCB 库，画出原理图，生成PCB 图， 最后进行布局布线。PCB 走线图和实物图如图 7 所示。

4 系统测试

4.1 开发环境

从上表的测试结果可看出，电梯逻辑符合先按优先，其次就近的原则，满足设计要求。

4.2.2 开关门指示测试

开关门指示灯测试如图 8 所示，电梯开关门测试如表 2所列。

5 结 语

本系统的硬件结构简明、清晰，成功完成了设计内容及 任务；系统电路通过 PCB 实现，避开了焊大规模电路的繁琐； 程序全面考虑了各种情况，还准确把握了这些不同情况的规律 以及所遵循的统一原则。