基于单片机的三层智能电梯系统（32基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22008-03M-LW
设计摘要：
本次设计基于单片机的三层电梯控制系统。通过内机和外机的按键，用户可以轻松地控制电梯到达所需楼层。这种方便的操作方式大大提高了乘客的出行效率和体验。另外，本设计还引入了一个四相步进电机，用于控制电梯的垂直升降。这项技术的应用使得电梯运行更加平稳可靠，并且具备更高的精度和准确性。为了确保乘客的安全，系统中还使用了HX711传感器来测量电梯的总重量，并设置了超载报警机制。一旦电梯超载，系统将立即发出警报，提醒乘客避免继续上搭乘。总之，该设计的电梯控制系统集成了多项先进技术，为用户提供了更加安全、高效和智能的出行体验。对于提高效率和推动行业发展方面具有重要意义。
关键词：单片机；电梯；控制系统
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 HX711压力传感器
3.3 液晶屏显示模块
3.4 ULN2003步进电机
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主机主程序流程设计
4.3 按键流程图
4.4 监测函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 超重报警检测实物测试
5.3 电梯运行实物测试
5.4 相关按键功能测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2电梯内机按键测试
6.3电梯外机按键测试
6.4超重报警测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
新时期,随着人们生活层次的不断提升,电梯已经不再令人感到陌生.而近年来,我国高层建筑行业的发展速度较快,由此带动着电梯行业的发展速度不断提升,给人们的出行和生产,生活带来了诸多便利[1]。然而，传统的电梯控制方式存在一些问题，如操作不够方便、效率低下、安全性不足等。针对这些问题，本次设计开发出了一套三层电梯控制系统，以满足人们对于更高效、更安全、更智能化的出行需求。
首先，该系统引入了内机和外机按键控制电梯到达楼层的功能。内机位于电梯内部，外机位于每个楼层，乘客通过按下相应的按钮即可控制电梯上下运行，并实现到达目标楼层。这种操作方式不仅简单方便，还提高了乘客出行的效率和体验。无论是办公大楼、住宅小区还是商场等公共场所，人们都可以轻松地使用电梯，减少了等待时间和排队拥堵。
其次，采用了四相步进电机控制电梯的升降。相比传统的交流或直流电机，步进电机具有精确控制、运行平稳等优点。通过精确的步进控制技术，还可以实现电梯垂直升降的准确性和平稳性，避免了传统电梯在启动和停止时的冲击和颠簸。这不仅提高了乘客的舒适感，也减少了机械零件的磨损和故障率，延长了电梯的使用寿命。
另外，为了保障乘客的安全，电梯中增加了HX711重量传感器。该传感器能够准确地测量电梯的总重量，并实时传输数据给控制系统。一旦发现电梯超载，系统会立即触发报警机制，提醒乘客避免进入已超载的电梯。这项功能有效地保护了乘客的人身安全，避免了因超载造成的意外事故和设备损坏。
综上所述，本次电梯控制系统在解决传统电梯存在的问题、提升出行效率和安全性方面具有重要意义。通过引入内机外机按键控制、四相步进电机、重量测量等先进技术，为用户提供了更加便捷、智能的电梯出行体验。这不仅满足了人们对于高效、舒适出行的需求，也推动了电梯行业的发展和创新。
1.2 国内外研究现状
在国内，一些大型企业和研究机构致力于电梯技术的创新和发展。他们通过引入先进的电机控制技术、智能化的操作方式以及数据传感和处理等技术，不断提升电梯性能和用户体验。例如，在电梯控制算法方面，研究者们借鉴人工智能和机器学习的方法，提出了新的控制策略，优化了电梯运行效率，缩短了乘客等待时间。同时，他们还通过引入可视化界面和语音交互等技术，改善了电梯的用户体验，使得乘梯更加方便和舒适。与此同时，国内的学术界也积极参与电梯控制系统的研究。研究者们致力于探索新的理论模型和算法，以实现更高效、更安全的电梯运行。例如，在电梯通信网络方面，他们研究了基于物联网和云计算的电梯远程监控系统，实现了对电梯状态的实时监测和故障诊断。此外，他们还研究了电梯节能技术，通过优化电梯的能源利用效率，减少了能耗和对环境的影响。
孙晓琳，罗丹（2018）利用单片机组成的电梯控制系统所运用到的主要元件包含有:51单片机,ULN2003双极型线性集成电路,步进电机等.其中单片机是一款多功能的微控制器,其功能包括定时,中断,中断返回,计数等.系统采用ULN2003双极型线性集成电路和步进电机一起组成了电梯拽动的模拟模块.C语言程序编程是系统所用到的软件编译,使用其可便于实现模拟电梯正常运行的整个过程.在此电梯控制系统中,使用微控制器(AT89C51)来作为其整个电路系统的控制核心,可以很好的进行软件调试和硬件检测[2]。
史二娜，张晓博（2020）以单片机STC89C52RC为MCU的电梯自动控制系统,通过检测按键电平的变化来判断按键是否按下,将电平的变化信息用做用户请求发送给MCU,处理器收到请求后作出相应处理并将结果反馈给电机驱动模块,从而控制电动机转动,实现各楼层之间的上下运转。系统结构包括系统方案设计、硬件设计、软件设计、系统测试五个部分。硬件由单片机最小系统、一位数码管、ULN2003A、矩阵键盘模块等。软件采用C语言模块化分层次设计,围绕主程序设计了电梯调度子程序、按键检测子程序、楼层显示子程序等。结合Proteus仿真与之相应软件驱动程序,设计实现了五层电梯运行模拟仿真,可靠性强,稳定性高[3]。
基于听觉的嵌入式人机交互便是该领域的一个热门研究课题.刘迷（2022）设计采用STM32F103C8T6的32位微控制器,LD3320的语音识别芯片,MR628-TTS语音合成模块和OLED液晶显示屏对整体结构以及软硬件设计,最终实现由一级指令触发,二级指令持续控制的非接触式语音控制系统,通过语音关键词来达到对外部电器的非接触式语音控制[4]。
在国外，许多发达国家也非常关注电梯技术的创新和应用。例如，美国、日本、德国等国家的研究机构和企业在电梯控制系统方面取得了重要突破。他们在电梯通信网络、轨道交通集成管理系统、人机交互技术等方面进行了深入研究，致力于提供更高效、更智能的电梯解决方案。具体而言，他们的研究重点包括电梯与智能交通系统的集成、电梯运营数据的实时监控和分析、以及电梯安全性和可持续性的提升等。此外，一些国际电梯标准组织也积极推动电梯行业的发展，制定了一系列关于电梯安全、可持续性和智能化的标准。这些标准不仅规范了电梯的设计、制造和安装，还推动了电梯技术的国际合作与交流。通过开展国际标准化合作，各国研究者和企业可以共享经验和资源，加快电梯技术的发展进程。
电梯是一种用于在垂直方向上移动人员或货物的运输设备。 Karrthik R S , Prabhu S R , Megavarthini K K ,et al（2020）构建了基于可编程逻辑的电梯控制系统，以模拟现实生活中的实际电梯。本文介绍了一种无需配重的基于牵引的电梯系统的新方法。通过这种方法可以改善沿电梯牵引轮的摩擦。为了减少沿轨道的摩擦，起重机构中使用了轴承。伺服电机（三菱的HJ-KS43J）因其精确的定位能力而被用作原动机。西门子S7 200智能PLC用于控制整个系统。PLC 与呼螺、楼层开关、指示器和传感器连接，以实现电梯系统的有效运行[5]。
Iio M（2022）提供了一种能够提高电梯运行效率的电梯控制系统。电梯控制系统包括处理器;以及用于存储程序的存储器，该程序在电梯行驶期间根据电梯轿厢中的信息执行识别楼层的过程，根据识别的楼层确定目标楼层，确定在电梯行驶期间是否确定目标楼层，以及在汽车行驶期间对应于电梯中目的地楼层的呼叫，在这种情况下目标楼层被确定为可停止楼层。在目标楼层未确定为可停止楼层的情况下，程序执行以下过程，在电梯响应电梯中的所有呼叫后，在电梯中注册对应于电梯中目标楼层的呼叫[6]。
Julakanti S R（2022）研究了电梯数据通信系统被配置成在多个电梯系统和远程位于多个电梯系统的数据中心之间进行通信。电梯数据通信系统包括基于软件的云通信平台和服务器。所述基于软件的云通信平台被配置为接收和发送多个电梯系统的通信。服务器远程位于多个电梯系统之外，并且被配置为发送和接收基于软件的云通信平台之间的数据中心和通信[7]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的三层智能电梯的系统软件。系统软件由STM32F103C8T6最小单片机，HX711称重模块，步进电机模块和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、可实现通过内机按键和外机按键控制电梯到达楼层
2、可实现通过一个四相步进电机控制电梯升降
3、可实现通过HX711测量总重，超载报警
