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2. 电梯的系统及方案论证
本章先简要介绍了电梯的组成及其电梯控制系统的工作原理，然后详细介绍了基于单片机的电梯控制系统的方案设计。
2.1 电梯控制系统
2.1.1 电梯的组成
(1)机械部分：包括曳引系统，导向系统，娇厢，门系统等
(2)电路部分: 包括重量平衡系统，电力拖动系统，电梯控制系统，安全保护系统等。
本文主要是针对电梯控制系统所作的研究，设计一种基于MCU的电梯控制系统，实现四层电梯的模拟运行。该系统主要由MCU控制模块、电梯间电路模块、电梯内电路模块、控制台电路、楼层检测模块、电动机驱动模块、报警模块等7部分组成。
2.1.2 电梯的工作原理与运行逻辑
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，根据要梯信号的位置和电梯所处的位置，决定电梯运行方向，并且电梯自行运行到要梯处等待乘客进入后关门，并根据乘客的要求将乘客运送到目标层。
电梯的运行逻辑：由外部呼叫信号给出呼叫，控制系统判断厢体目前所处位置并于呼叫楼层进行对照方向。若方向相反则改变方向到呼叫层，若方向相同则直接运行，在方向上保持同方向呼叫优先。若有消防呼叫，电梯则不会相应其他呼叫信号，直接返回底层以保证消防工作的使用。
2.2 总体方案的设计与论证
方案一：采用可编程控制器（PLC）作为主要器件来控制电机的运转，现在的电梯运行控制系统多数为PLC活微型计算机组成的，并以很快地速度发展下去，它是一种以基础录取为核心用作数字控制的专用计算机，它具有良好的抗干扰性能，适应很多特殊环境，所以在现在电梯控制系统主要还是有可编程序控制器控制。系统框图如图1所示：
图1 PLC控制系统原理图
此方案中变频器主要完成电梯速度的调控，系统控制方面由PLC完成，PLC负责解决各种信号所产生的逻辑关系，变频器接收所发出的信号同时也向PLC提供自身的工作状态，使双向保持联系，该系统还利用拽引电动机与旋转编码器对电梯的速度进行检测与反馈，形成了完整的速度和位置控制，用PLC编程较简单，电路也不复杂，但此方案的各个模块的费用都比较高，而且PLC的针对性比较强，硬件设计不灵活，故不采用本方案。。
方案二：MCU采用一个单片机控制所有的按键、数码管显示、电动机的转动、传感器的输出信号等等，并对以上所有信号进行处理。系统框图如图2所示。
图 2 MCU控制系统原理图
此方案以MCU控制模块作为核心，控制台电路主要是完成电梯启动，停止，以及显示的楼层数，电梯内电路是用来让电梯内用户选择目标楼层（作为内招信号），电梯间电路是同来让电梯外用户选择目标楼层（作为外招信号），内外招使用按键按下与否而引起的电平的改变作为用户请求信息发送到MCU，MCU控制电动机转动，到达目标楼层。楼层检测模块一般采用传感器，实时检测反馈给MCU来确定电机的转停。报警模块作为电梯的求救系统[4]，单片机技术目前较为成熟，自身资源丰富，硬件设计简单，成本低，可靠性高，结合软件完全可以实现电梯运行状况的简单模拟。故采用本方案。
2.3 关键器件的选择
单片机模块：此处选用最常用的AT89C51，它是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，该器件的制造是采用ATMEL高密度非易失存储器制造，同应用在工业上的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。ATMEL的AT89C51作为一种高效微控制器，主要依靠于可以将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[5]。外形及引脚排列如下图3所示：