基于RTX51 Tiny的電梯控制器設(shè)計(jì)方案

一、系統(tǒng)架構(gòu)

電梯控制器的整體工作流程是：開(kāi)始電梯在一層處于等待狀態(tài)，當(dāng)用戶需要乘坐電梯時(shí)，可按下電梯外部操作單元的呼叫按鈕。電梯控制器接收到呼叫信號(hào)后，根據(jù)電梯調(diào)度算法，輸出控制信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)，控制電梯轎廂的運(yùn)行。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯后，操作電梯內(nèi)的鍵盤(pán)輸入需要的樓層信息和開(kāi)關(guān)門信息，經(jīng)過(guò)電梯控制器的處理輸出控制信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)電梯的升降、平層和開(kāi)關(guān)門等功能。此外，電梯控制器還應(yīng)有故障處理、狀態(tài)顯示等功能。

電梯控制器按功能可分為五個(gè)單元：日歷時(shí)鐘單元、步進(jìn)電機(jī)單元、電梯狀態(tài)顯示單元、電梯按鍵輸入單元、控制器主控單元。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 電梯控制器系統(tǒng)框圖

日歷時(shí)鐘單元用于信息的處理和獲取，并做出一些相應(yīng)的控制判斷。

電梯按鍵輸入單元包括電梯內(nèi)部的鍵盤(pán)及外部按鈕，內(nèi)部鍵盤(pán)用于服務(wù)電梯內(nèi)部的乘客，并接受電梯內(nèi)部乘客的各種指令，外部操作按鈕提供與電梯外用戶的交互，響應(yīng)電梯外部用戶的呼叫。

圖2 電梯按鍵輸入單元電路圖

電梯狀態(tài)顯示單元主要用于給電梯內(nèi)外的用戶提供狀態(tài)信息，包括顯示當(dāng)前樓層及電梯運(yùn)行狀態(tài)等信息、電梯運(yùn)行方向，及電梯的日歷時(shí)鐘信息。

主控單元是電梯控制器的核心。它通過(guò)對(duì)外部請(qǐng)求信號(hào)和繼電器、傳感器的反饋信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出控制指令控制電梯系統(tǒng)工作狀態(tài)的流轉(zhuǎn)。

控制器主控單元主要由8051單片機(jī)處理器，A/D轉(zhuǎn)換電路，復(fù)位電路，信號(hào)存儲(chǔ)電路組成，其電路圖如圖3所示。

圖3 控制器主控單元電路圖

步進(jìn)電機(jī)單元控制電梯轎廂的升降、開(kāi)關(guān)門、緊急停止和報(bào)警等。

二、軟件設(shè)計(jì)

本電梯控制器的設(shè)計(jì)基于RTX51 Tiny實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。電梯在工作過(guò)程中共有8種狀態(tài)：等待、上升、下降、開(kāi)門、關(guān)門、停止、超載報(bào)警及故障報(bào)警狀態(tài)。初始狀態(tài)一般在下端站處于等待狀態(tài)，當(dāng)收到上升請(qǐng)求后就開(kāi)始運(yùn)行。電梯在報(bào)警狀態(tài)時(shí)，電梯不運(yùn)行，直至報(bào)警信號(hào)被清除。系統(tǒng)由請(qǐng)求信號(hào)啟動(dòng)，運(yùn)行中每檢測(cè)到一個(gè)到達(dá)樓層信號(hào)，就將信號(hào)存儲(chǔ)器的請(qǐng)求信號(hào)和樓層狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行比較，再參考原方向信號(hào)來(lái)判斷是否停止，轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能包括：步進(jìn)電機(jī)單元根據(jù)主控單元的輸出指令控制曳引電機(jī)正傳、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，并控制電梯開(kāi)門/關(guān)門，面向用戶顯示提示信息（含樓層顯示、電梯運(yùn)行方向顯示及接受用戶請(qǐng)求顯示等）。根據(jù)電梯工作流程和硬件電路要實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)可將電梯控制器工作分為6個(gè)任務(wù)。

1. Task 0主要完成定時(shí)器和串口初始化，時(shí)鐘控制，創(chuàng)建其他任務(wù)，使其他任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)。

2. Task 1主要處理電梯報(bào)警信號(hào)的處理，其設(shè)計(jì)思路是當(dāng)電梯處于初始運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，主控單元掃描各個(gè)傳感器和繼電器，判段電梯是否有故障，如果有故障，則發(fā)出故障號(hào)并通過(guò)指示燈或蜂鳴器報(bào)警，電梯的輸入請(qǐng)求暫時(shí)不響應(yīng)，當(dāng)故障排除后消除故障報(bào)警指示，電梯處于正常狀態(tài)。在電梯運(yùn)行過(guò)程中如果電梯超載，則發(fā)出超載信號(hào)并通過(guò)指示燈或蜂鳴器報(bào)警，電梯處于停車狀態(tài)，只有超載乘客出梯后，消除超載報(bào)警指示，電梯才能恢復(fù)正常狀態(tài)。任務(wù)1流程如圖4所示。

圖4 任務(wù)1流程

3. Task 2主要處理電梯上升或者下降的請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)乘客在電梯外按動(dòng)呼梯按鈕時(shí)，呼梯信號(hào)輸入主控單元，主控單元通過(guò)運(yùn)算比較，判斷電梯是上行還是下行，控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，響應(yīng)乘客需求。當(dāng)乘客處于轎廂內(nèi)部，乘客按動(dòng)選層按鈕，選層信號(hào)輸入主控單元，控制步進(jìn)電機(jī)單元的選層及平層裝置，控制轎廂的運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)乘客的需求。在處理輸入請(qǐng)求信號(hào)同時(shí)通過(guò)按鈕內(nèi)部的指示燈，顯示乘客請(qǐng)求信息。

4. Task 3完成轎廂開(kāi)關(guān)門控制以及其它的中斷信號(hào)處理，當(dāng)電梯到達(dá)使用人員要求的樓層后，完成電梯門的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，如果是電梯內(nèi)部人員按動(dòng)開(kāi)關(guān)門按鍵，則控制電梯門快速響應(yīng)，并將所在的樓層信息通過(guò)數(shù)碼管顯示。當(dāng)電梯在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)緊急情況，乘客按動(dòng)電梯內(nèi)部的緊急按鈕，電梯立即減速，選擇最近的樓層停機(jī)，并打開(kāi)電梯門，使乘客進(jìn)入安全的廳內(nèi)，直至電梯緊急情況解除。

5. Task 4主要是處理Task2處理后的輸出信息以及Task3的處理完成后的輸出信息。電梯開(kāi)始處于正常待命狀態(tài)，當(dāng)乘客通過(guò)呼梯按鈕輸入請(qǐng)求，電梯啟動(dòng)響并響應(yīng)乘客請(qǐng)求，步進(jìn)電機(jī)起轉(zhuǎn)，使電梯轎廂上升或下降，如果沒(méi)有到達(dá)所需樓層，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)顯示電梯的運(yùn)動(dòng)方向；當(dāng)?shù)竭_(dá)所需樓層后，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)Task 3控制打開(kāi)關(guān)閉電梯門，顯示樓層信息，并消去已應(yīng)答的呼梯信號(hào)。

6. Task 5用于電梯狀態(tài)顯示，通過(guò)數(shù)碼管和指示燈等，顯示電梯的報(bào)警信息、電梯內(nèi)外輸入請(qǐng)求信息、電梯運(yùn)動(dòng)方向、電梯樓層信息以及日歷時(shí)鐘信息等。

三、總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了基于RTX51 Tiny的多任務(wù)處理，并利用其完成了電梯控制器的設(shè)計(jì)，通過(guò)本設(shè)計(jì)可以看到實(shí)時(shí)多任務(wù)處理的操作系統(tǒng)簡(jiǎn)化了電路硬件的開(kāi)發(fā)，其外圍電路少，成本低、可靠性高，而且軟件的編寫(xiě)和編譯程序更快捷簡(jiǎn)便、開(kāi)發(fā)周期短。