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摘要：该文介绍了以PIC单片机作为核心部分的电梯控制系统。控制系统通过识别按键按下与否引发的电平变化来发出指令信号，系统对指令信号进行处理，控制电梯进行相应的操作。当电梯出现故障时，系统控制电机进行紧急制动。通过GPS辅助报警机制针对故障电梯进行远程定位和报警，并将故障信息发送至控制中心进行处理。该控制器能够满足电梯控制中对于稳定性和安全性的设计要求。该文采用模块化设计的方法，利于维护和功能扩展，给出了系统硬件框图和程序流程图及运行结果。
关键词： PIC单片机；电梯控制； GPS；定位报警
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）14-0227-02
Abstract： The paper has introduced the PIC microcontroller as the core part of the elevator control system. The control system by identifying the key press of level change to send the command signal system of command signal. The elevator control corresponding to the operation. When the elevator malfunction， emergency braking and motor control system. Through assisted GPS alarm mechanism for elevator fault remote location and alarm， and will send the fault information to the control center for processing. The controller can meet the design requirements for the elevator control stability and safety. The modular design method that is easy to maintenance and function expansion. It gives the system hardware diagram and the program flow chart and operation results.
Key words： PIC microcontroller；elevator control；GPS；positioning alarm
目前电梯的控制主要采用继电器、PLC和单片机控制等方式，继电器控制系统的缺点是电路复杂，故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，PLC可编程控制器使用可编程指令和梯形图控制方式，使用方便，性能稳定，易于掌握，在电梯控制系统中得到了广泛的应目。其缺陷是升级扩展不易，成本相对较高，难以满足网络控制环境下的实时升级控制要求，故需要开发一种基于安全、高效、易扩展、成本低的控制方式；采用单片机控制系统的特点是系统稳定、可靠，成本大大降低，升级扩展方便，易于实现网络控制环境下的多机和分布式控制[1-2]。
1 系统构架
系统的结构图如图1所示 。电梯的整个系统主要由GPS故障定位报警、位置检测、键盘输入、电机控制、LED显示、蜂鸣提醒与报警、电源等单元模块构成；各单元由PIC单片机控制工作，主要单元的功能如下：
3）电机控制模块：
采用的是用L298N来驱动步进电机，如图4所示，步进电机是电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响；通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度[4-5]，达到调速的目的。在程序的设计过程中把电机的运行过程分为加速、匀速和减速三个阶段，如图5所示。根据单片机系统程序设定PWM信号，根据不同按键按下产生不同信号实现电机的正、反转，从而控制电梯的升降及电梯门的开闭。
4）GPS故障定位报警模块：
桥厢内设异常报警按钮，当出现异常情况时，乘客按下紧急报警按钮，系统控制电机制动，蜂鸣器报警，GPS模块开始工作，GPS定位模块电路如图6，将定位信息通过处理后发送给控制中心，报警电路见图7。在桥厢底部安置压力传感器，将采集到的重力数据通过A/D转换发送给单片机处理[6-8]，若出现超重，蜂鸣器将发出报警信号，同时每隔3秒采集一次数据，当载重在安全范围之内，蜂鸣器停止报警，电梯开始运行。
5）键盘输入模块
如图8所示，此部分电路给处于电梯内的用户发出请求。R1—R7为上拉电阻，未按下时，RB0—RB6口都为高电平，当按下按键，端口变为低电平。S1—S3分别代表去往1，2，3，4楼，当按下S4时电梯门打开，按下S5时电梯门关上，S7为报警按钮，当电梯出现故障时，按下该按钮，将触发电梯报警。
2 系统软件设计
控制系统以PIC16F877微处理器为核心，程序编写采用的是C语言[9]，通过主程序完成系统的初始化，其他部分主要由子程序来控制完成，设计流程图如图9所示。
3 实验及结果
以PIC16F877芯片为核心的硬件系统，通过按键控制电梯运行。当无按键按下时，每隔3秒对按键进行一次扫描，来检测是否有请求。当有请求时将相应的低电平送给单片机处理，单片机根据故障的有无、当前电梯的位置、目标楼层与当前楼层相距的楼层数等进行逻辑判断，决定电梯的运行与否以及运行方向；通过PWM占空比输出调节电机的运行速度，图10为电梯从2楼上行至4楼时的信息显示；图11为四楼下行至三楼时的信息显示；当电梯出现故障时，控制器控制电梯制动，同时启动GPS模块，GPS开始定位，报警器进行报警，故障信息如图12所示，GSM将定位信息和故障电梯编码通过无线端发送至控制中心。
4 小结
经过测试该系统运行稳定，响应及时，能达到预期目标，市场前景好，应用价值高。
参考文献：
[1] 孙安青. 单片机应用开发实例丛书PIC系列单片机开发实例精解[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2] 朱坚儿， 王为民. 电梯控制及维护技术[M].北京：电子工业出版社， 2011.
[3] 陈杰， 黄鸿. 传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社， 2008.
[4] 坂本正文. 步进电机应用技[M].王自强，译.北京：科学出版社，2010
[5] 岳庆来. 电梯现代智能控制技术[M].北京：机械工业出版社， 2009.
[6] 张齐， 朱宁西. 单片机应用系统设计技术[M].北京：电力工业出版社， 2013.
[7] 石广范. pic单片机原理与接口技术[M].黑龙江： 哈尔滨工业大学出版社， 2012.
[8] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础[M].3版.北京：高等教育出版社， 2006.
[9] 孙安青. PIC单片机实用C语言程序设计与典型实例[M].北京：中国电力出版社， 2008.
关键词： PIC单片机；电梯控制； GPS；定位报警
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）14-0227-02
Abstract： The paper has introduced the PIC microcontroller as the core part of the elevator control system. The control system by identifying the key press of level change to send the command signal system of command signal. The elevator control corresponding to the operation. When the elevator malfunction， emergency braking and motor control system. Through assisted GPS alarm mechanism for elevator fault remote location and alarm， and will send the fault information to the control center for processing. The controller can meet the design requirements for the elevator control stability and safety. The modular design method that is easy to maintenance and function expansion. It gives the system hardware diagram and the program flow chart and operation results.
Key words： PIC microcontroller；elevator control；GPS；positioning alarm
目前电梯的控制主要采用继电器、PLC和单片机控制等方式，继电器控制系统的缺点是电路复杂，故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，PLC可编程控制器使用可编程指令和梯形图控制方式，使用方便，性能稳定，易于掌握，在电梯控制系统中得到了广泛的应目。其缺陷是升级扩展不易，成本相对较高，难以满足网络控制环境下的实时升级控制要求，故需要开发一种基于安全、高效、易扩展、成本低的控制方式；采用单片机控制系统的特点是系统稳定、可靠，成本大大降低，升级扩展方便，易于实现网络控制环境下的多机和分布式控制[1-2]。
1 系统构架
系统的结构图如图1所示 。电梯的整个系统主要由GPS故障定位报警、位置检测、键盘输入、电机控制、LED显示、蜂鸣提醒与报警、电源等单元模块构成；各单元由PIC单片机控制工作，主要单元的功能如下：
3）电机控制模块：
采用的是用L298N来驱动步进电机，如图4所示，步进电机是电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响；通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度[4-5]，达到调速的目的。在程序的设计过程中把电机的运行过程分为加速、匀速和减速三个阶段，如图5所示。根据单片机系统程序设定PWM信号，根据不同按键按下产生不同信号实现电机的正、反转，从而控制电梯的升降及电梯门的开闭。
4）GPS故障定位报警模块：
桥厢内设异常报警按钮，当出现异常情况时，乘客按下紧急报警按钮，系统控制电机制动，蜂鸣器报警，GPS模块开始工作，GPS定位模块电路如图6，将定位信息通过处理后发送给控制中心，报警电路见图7。在桥厢底部安置压力传感器，将采集到的重力数据通过A/D转换发送给单片机处理[6-8]，若出现超重，蜂鸣器将发出报警信号，同时每隔3秒采集一次数据，当载重在安全范围之内，蜂鸣器停止报警，电梯开始运行。
5）键盘输入模块
如图8所示，此部分电路给处于电梯内的用户发出请求。R1—R7为上拉电阻，未按下时，RB0—RB6口都为高电平，当按下按键，端口变为低电平。S1—S3分别代表去往1，2，3，4楼，当按下S4时电梯门打开，按下S5时电梯门关上，S7为报警按钮，当电梯出现故障时，按下该按钮，将触发电梯报警。
2 系统软件设计
控制系统以PIC16F877微处理器为核心，程序编写采用的是C语言[9]，通过主程序完成系统的初始化，其他部分主要由子程序来控制完成，设计流程图如图9所示。
3 实验及结果
以PIC16F877芯片为核心的硬件系统，通过按键控制电梯运行。当无按键按下时，每隔3秒对按键进行一次扫描，来检测是否有请求。当有请求时将相应的低电平送给单片机处理，单片机根据故障的有无、当前电梯的位置、目标楼层与当前楼层相距的楼层数等进行逻辑判断，决定电梯的运行与否以及运行方向；通过PWM占空比输出调节电机的运行速度，图10为电梯从2楼上行至4楼时的信息显示；图11为四楼下行至三楼时的信息显示；当电梯出现故障时，控制器控制电梯制动，同时启动GPS模块，GPS开始定位，报警器进行报警，故障信息如图12所示，GSM将定位信息和故障电梯编码通过无线端发送至控制中心。
4 小结
经过测试该系统运行稳定，响应及时，能达到预期目标，市场前景好，应用价值高。
参考文献：
[1] 孙安青. 单片机应用开发实例丛书PIC系列单片机开发实例精解[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2] 朱坚儿， 王为民. 电梯控制及维护技术[M].北京：电子工业出版社， 2011.
[3] 陈杰， 黄鸿. 传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社， 2008.
[4] 坂本正文. 步进电机应用技[M].王自强，译.北京：科学出版社，2010
[5] 岳庆来. 电梯现代智能控制技术[M].北京：机械工业出版社， 2009.
[6] 张齐， 朱宁西. 单片机应用系统设计技术[M].北京：电力工业出版社， 2013.
[7] 石广范. pic单片机原理与接口技术[M].黑龙江： 哈尔滨工业大学出版社， 2012.
[8] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础[M].3版.北京：高等教育出版社， 2006.
[9] 孙安青. PIC单片机实用C语言程序设计与典型实例[M].北京：中国电力出版社， 2008.