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一、系统架构

电梯控制器的整体工作流程是:开始电梯在一层处于等待状态,当用户需要乘坐电梯时,可按下电梯外部操作单元的呼叫按钮。电梯控制器接收到呼叫信号后,根据电梯调度算法,输出控制信号给步进电机,控制电梯轿厢的运行。当乘客进入电梯后,操作电梯内的键盘输入需要的楼层信息和开关门信息,经过电梯控制器的处理输出控制信号,控制步进电机实现电梯的升降、平层和开关门等功能。此外,电梯控制器还应有故障处理、状态显示等功能。

电梯控制器按功能可分为五个单元:日历时钟单元、步进电机单元、电梯状态显示单元、电梯按键输入单元、控制器主控单元。系统框图如图1所示。

电梯控制器系统框图

图1 电梯控制器系统框图

日历时钟单元用于信息的处理和获取,并做出一些相应的控制判断。

电梯按键输入单元包括电梯内部的键盘及外部按钮,内部键盘用于服务电梯内部的乘客,并接受电梯内部乘客的各种指令,外部操作按钮提供与电梯外用户的交互,响应电梯外部用户的呼叫。

电梯按键输入单元电路图

图2 电梯按键输入单元电路图

电梯状态显示单元主要用于给电梯内外的用户提供状态信息,包括显示当前楼层及电梯运行状态等信息、电梯运行方向,及电梯的日历时钟信息。

主控单元是电梯控制器的核心。它通过对外部请求信号和继电器传感器的反馈信号进行运算处理,输出控制指令控制电梯系统工作状态的流转。

控制器主控单元主要由8051单片机处理器,A/D转换电路,复位电路,信号存储电路组成,其电路图如图3所示。

控制器主控单元电路图

图3 控制器主控单元电路图

步进电机单元控制电梯轿厢的升降、开关门、紧急停止和报警等。

二、软件设计

本电梯控制器的设计基于RTX51 Tiny实时多任务操作系统。电梯在工作过程中共有8种状态:等待、上升、下降、开门、关门、停止、超载报警及故障报警状态。初始状态一般在下端站处于等待状态,当收到上升请求后就开始运行。电梯在报警状态时,电梯不运行,直至报警信号被清除。系统由请求信号启动,运行中每检测到一个到达楼层信号,就将信号存储器的请求信号和楼层状态信号进行比较,再参考原方向信号来判断是否停止,转向等动作。

系统设计实现的功能包括:步进电机单元根据主控单元的输出指令控制曳引电机正传、反转和停转,并控制电梯开门/关门,面向用户显示提示信息(含楼层显示、电梯运行方向显示及接受用户请求显示等)。根据电梯工作流程和硬件电路要实现的功能,对可将电梯控制器工作分为6个任务。

1. Task 0主要完成定时器和串口初始化,时钟控制,创建其他任务,使其他任务进入就绪状态。

2. Task 1主要处理电梯报警信号的处理,其设计思路是当电梯处于初始运行状态时,主控单元扫描各个传感器和继电器,判段电梯是否有故障,如果有故障,则发出故障号并通过指示灯或蜂鸣器报警,电梯的输入请求暂时不响应,当故障排除后消除故障报警指示,电梯处于正常状态。在电梯运行过程中如果电梯超载,则发出超载信号并通过指示灯或蜂鸣器报警,电梯处于停车状态,只有超载乘客出梯后,消除超载报警指示,电梯才能恢复正常状态。任务1流程如图4所示。

任务1流程

图4 任务1流程

3. Task 2主要处理电梯上升或者下降的请求信号。当乘客在电梯外按动呼梯按钮时,呼梯信号输入主控单元,主控单元通过运算比较,判断电梯是上行还是下行,控制步进电机动作,响应乘客需求。当乘客处于轿厢内部,乘客按动选层按钮,选层信号输入主控单元,控制步进电机单元的选层及平层装置,控制轿厢的运动,响应乘客的需求。在处理输入请求信号同时通过按钮内部的指示灯,显示乘客请求信息。

4. Task 3完成轿厢开关门控制以及其它的中断信号处理,当电梯到达使用人员要求的楼层后,完成电梯门的自动开关,如果是电梯内部人员按动开关门按键,则控制电梯门快速响应,并将所在的楼层信息通过数码管显示。当电梯在运行过程中出现紧急情况,乘客按动电梯内部的紧急按钮,电梯立即减速,选择最近的楼层停机,并打开电梯门,使乘客进入安全的厅内,直至电梯紧急情况解除。

5. Task 4主要是处理Task2处理后的输出信息以及Task3的处理完成后的输出信息。电梯开始处于正常待命状态,当乘客通过呼梯按钮输入请求,电梯启动响并响应乘客请求,步进电机起转,使电梯轿厢上升或下降,如果没有到达所需楼层,电机继续运转,同时显示电梯的运动方向;当到达所需楼层后,电机停止运转,通过Task 3控制打开关闭电梯门,显示楼层信息,并消去已应答的呼梯信号。

6. Task 5用于电梯状态显示,通过数码管和指示灯等,显示电梯的报警信息、电梯内外输入请求信息、电梯运动方向、电梯楼层信息以及日历时钟信息等。

三、总结

本文实现了基于RTX51 Tiny的多任务处理,并利用其完成了电梯控制器的设计,通过本设计可以看到实时多任务处理的操作系统简化了电路硬件的开发,其外围电路少,成本低、可靠性高,而且软件的编写和编译程序更快捷简便、开发周期短。

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