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作者：兰州商学院 董辉 张忠银
指导教师：李海燕

　　作品简介

　　1.开发背景
　　电梯进入人们的生活已经150年了，随着科学技术的发展进步，电梯技术也在不断改进，其目标旨在提高运输效率、美观舒适的同时，注重能量的节约。出现了多种电梯操纵控制方式，如：手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等;针对多台电梯的控制，还出现了并联控制、智能群控。
　　但是，发展到今天，电梯仍旧存在一些不完善的地方，特别是在节约能源方面有待进一步改进和完善。考虑到有时候由于有人在等待电梯时，已经按下按键却突然有事离开;有时候有小孩或某些人的恶作剧，将电梯内(或外)部的按键都按了一遍，造成电梯空运行，浪费电能，我们专门设计了一种防电梯空跑系统。

　　2.结构说明
　　本系统主要有三大组成部分：系统控制器、电梯内部探测器和电梯外部探测器。该系统利用红外探测传感器完成乘客有无的检测，因此红外探测传感器成为电梯内/外部模块的重要组成部分，除此之外，电梯内/外模块还包括显示和键盘输入部分。系统的控制部分由STC15F2K61S2型单片机开发系统构成，接收红外探测传感器发送来的信号，做出判断，发出信号控制电梯的正确运行。我们设计并制作了四层电梯模型，由于制作的仅仅是电梯的调度控制模块，故没有制作电梯的轿厢和电梯运行中涉及的机械部分。

　　3.功能与使用说明
　　(1)系统功能
　　功能一：当乘客按下电梯上行或者下行按键时，本系统能够实时探测是否有人在电梯门口等待电梯。如果有人，则给出电梯运行信号，使电梯到达检测到有乘客的楼层;否则，不向电梯发出运行信号，使电梯停留在原来的位置。
　　功能二：本系统实时检测电梯内部是否有乘客，既使电梯内部的按键被按下，但电梯内无人，系统将控制电梯停留在原来的位置，不运行。
　　(2)使用说明
　　红外探测器应分别安装在电梯内部及各楼层电梯外门框上的中间位置，方便扫描的最大范围。为简化模型制作，本系统模型直接采用STC15F2K61S2型单片机开发系统中自带的按键作为各楼层及电梯内部的按键;采用发光二级管显示电梯所运行到的楼层;将电梯内/外部楼层号显示用一组两位LED数码管代替。
　　用户按下某楼层电梯按键，系统要求红外线探测扫描，根据探测结果控制电梯是否运行。同时，系统探测电梯内部是否有乘客，根据检测结果，控制电梯继续运行还是停留在原处。

　　平台选型说明

　　STC15F2K61S2单片机开发板，采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F61S2芯片。ISP/IAP,在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。该芯片属于增强型 8051 内核,速度比普通 8051 快 8～12 倍。
　　STC15F2K61S2单片机开发板输入输出模块中配置有4*4键盘矩阵，其中16个按键可通过跳线配置为独立按键;我们在其中选择了4个按键来对模拟电梯按键。
　　STC15系列内置8通道高速10位A/D转换器、3路PWM输出可当3路D/A使用。我们把7段阴极数码管接在了P0口上，用程序来显示数码管数值的变动，表示电梯在运行时所在的楼层，我们又用P1口和P2口来控制发光二极管，当用户按下想去的楼层的按键时，相应的二极管就点亮。用剩下的P2口来控制红外线探测装置的接收。接收后把信号给单片机，单片机来判断电梯的运行与否。

　　设计说明

　　1.系统设计
　　本系统由四部分构成，包括：单片机控制器、显示模块、键盘输入模块，红外检测模块。系统方框图如图1所示。　　

　　单片机控制器主要是对电梯的整体进行控制，接受红外线探测器接收到的信号和键盘发出的信号，并对其判断，控制电梯运行。
　　显示模块包括2位LED显示和发光二级管组：2位LED显示器主要是显示电梯运行时所在的楼层;发光二级管组主要显示的是用户所按下按键的楼层。
　　红外线探测装置主要是探测是否有用户真正需要搭乘电梯，探测电梯外部或者内部是否有用户在。
　　键盘模块是利用键盘来控制每个发光二极管，然后给单片机信号，看电梯是否要运行。
　　2.硬件设计
　　(1)单片机开发系统：I0
　　系统的核心控制功能由STC15F2K61S2单片机开发板来完成，这是STC最新的增强型51系统，相比传统51单片机，有以下优点：
　　①1T STC-Y5 内核，比传统51快6-12倍;
　　②内部RAM扩大，传统51为128字节或256字节，它达到了2.25KB;
　　③内部高精准可调RC振荡器;
　　④有一个16位自动重载定时器，串口波特率设置更灵活;
　　⑤有片内SPI控制器，速度可达1/4主频速度;
　　⑥有片内PWM/PCA控制器，可捕获外部缓冲或这产生PWM;
　　⑦有片内AD，分辨率10位，8通道。40个引脚，所以接口足够用，不用扩展。P0口接的是数码管，P1口和P2口共同控制发光二级管和红外线接收装置的接收端。
　　STC15F2K61S2单片机有
　　(2)人体红外探测模块
　　HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品，如图2所示。　　

　　此模块的工作电压范围是直流电压4.5-20V;电平输出是高的3.3V，低的0V;触发方式，L是不可重复触发，H是可重复触发;延时时间是5-200s;封锁时间是2.5s;感应角度<100度锥角;工作温度范围是-15到+75度。
　　(3)键盘
　　设计中按键用于给用户发出服务请求。键盘如图所示：　　

　　我们用K2来表示二层楼电梯上行的按键，用K3来表示三层楼电梯上行的按键，K1是用来表示二层楼电梯下行的按键，K4用来表示电梯内部下行到一层的按键。
　　(4)显示部分
　　LED七段数码管
　　发光二级管
　　LED电路用于显示请求状态及电梯运行状态、数码管显示电路来显示实时楼层，而电梯上升或下降的过程则通过定时来模拟。
　　3.软件设计
　　系统软件程序是由C语言开发完成的，包括主程序和键盘输入、红外检测、显示等子程序。
　　可画主程或重要子程序的流程图。　　

　　程序开始，当有用户按下电梯时，灯亮，否则灯不亮，返回到开始;然后是红外线探测装置，当谈探测到有人的时候，数码管显示从一层到按键按下并且有用户在等待的楼层，否则数码管一直停留在一层，并且再一次进入开始程序。

　　作品特色

　　1. 先进性
　　本系统采用红外线探测传感器检测电梯内外是否有乘客存在，根据检测信号，进行判断，从而控制电梯的运行或者停留在原处，实现能源节约的目的。
　　2. 实用性
　　本系统适用于居民住宅楼、写字楼、宾馆、学校、医院等多种场所内部安装的电梯控制。并且可以在此设计基础上进行扩展，完成多电梯并行控制。与原电梯控制系统相比，能够最大限度防止电梯的空运转，节约电能。
　　3. 创新性
　　本系统以原电梯控制系统为基础，增加以红外检测依据来控制电梯运行的功能模块，兼顾了可行性、可靠性和经济性等因素。
　　(1)适用性广：该系统适用于所有的箱式电梯，所有的楼层，没有什么限制。
　　(2)人性化：不会让乘客错过等待电梯的机会，当所有乘客都进入电梯后，才会关闭电梯门，不会夹到乘客。
　　(3)节能省电：本系统设计的初衷就是要节约电能。通过红外检测控制电梯运行，防止电梯做无用功。
　　(4)高效性：当用户按下电梯按键时，他就会实时的发出扫描信号，不会让用户久等。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2522