编号：
M22009-04M-LW
设计摘要：
本次设计基于单片机的五层电梯设计是一种高效、安全、智能化的电梯系统。该系统通过内机按键和外机按键，实现了用户对电梯到达楼层的控制；同时，通过一个四相步进电机，实现了电梯的升降功能。为了确保安全，系统还引入了HX711模块来测量总重，并在超载时进行报警。而最引人注目的特点是，该系统还支持语音控制功能，用户可以通过语音指令方便地控制电梯到达指定楼层。
为了确保电梯运行的安全性，系统采用了四相步进电机作为驱动装置，并通过单片机控制电机的运行。这种驱动方式结构简单、可靠性高，并且能够根据用户的需求实现精确的升降控制。此外，系统还引入了HX711模块，可以对电梯内的总重进行准确测量。当电梯超载时，系统会自动触发报警，提醒乘客有关安全问题，保障乘客的人身安全。总而言之，该设计以其高效、安全、智能的特点，为用户提供了更便捷、舒适的出行体验。这一智能电梯系统的应用，将为城市交通提供更加高效的解决方案，提升人们的生活质量。
关键词：单片机；电梯；控制系统；语音识别
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 语音检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 HX711压力传感器
3.3 液晶屏显示模块
3.4 ULN2003步进电机
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主机主程序流程设计
4.3 按键流程图
4.4 监测函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 超重报警检测实物测试
5.3 电梯运行实物测试
5.4 相关按键功能测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2电梯内机按键测试
6.3电梯外机按键测试
6.4语音控制测试
6.5超重报警测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着城市化进程不断加快，人口密度增加，电梯的使用频率也随之增长。电梯作为现代城市生活中必不可少的交通工具，对于解决人们的垂直交通需求起着重要作用。然而，传统的电梯系统存在一些问题，如运行效率低、安全性有待提高以及用户体验不够良好等。
基于此，本次设计的基于单片机的智能五层电梯系统通过引入智能调度算法，可以根据实时需求优化电梯的运行策略，减少等待时间，提高运行效率。同时还引入了故障检测、超载报警等多重安全保护机制，可以对电梯的运行状态进行实时监测，并及时采取相应的措施，保障乘客的人身安全。此外，基于单片机的智能电梯系统在用户体验方面也具有重要意义。传统的电梯操作方式通常通过物理按钮，用户不得不面对繁琐的按键操作，且无法满足一些特殊群体的需求。而该智能电梯系统引入了语音识别技术，使用户可以通过语音指令简单地控制电梯运行，大大提高了用户的便利性和舒适度。无论是身体不便的人还是手上有物品的人，都可以通过语音控制实现自如出行。
综上所述，本次电梯控制系统在解决传统电梯存在的问题、提升出行效率和安全性等方面具有重要意义。通过引入内机外机按键控制、四相步进电机、重量测量和语音控制等先进技术，为用户提供了更加便捷、智能的电梯出行体验。这不仅满足了人们对于高效、舒适出行的需求，也推动了电梯行业的发展和创新。
1.2 国内外研究现状
近年来，基于单片机的智能电梯系统在国内外得到了广泛的研究和关注。该系统通过引入各种智能化技术，如人工智能、物联网、传感器等，旨在提高电梯系统的运行效率、用户体验和安全性。在国内，许多研究机构和企业对基于单片机的智能电梯系统进行了深入的研究和开发。他们致力于优化电梯的调度算法，以提高运行效率。一些研究者采用了遗传算法、模糊控制和优先级调度等方法来解决调度问题。同时，人机交互和语音识别技术的应用也为用户提供了更加便捷和舒适的体验。此外，安全性是研究的重点之一。通过引入故障检测、超载报警、紧急救援等多重安全保护机制，研究者提升了电梯系统的安全性能。
孙晓琳，罗丹（2018）利用单片机组成的电梯控制系统所运用到的主要元件包含有:51单片机,ULN2003双极型线性集成电路,步进电机等.其中单片机是一款多功能的微控制器,其功能包括定时,中断,中断返回,计数等.系统采用ULN2003双极型线性集成电路和步进电机一起组成了电梯拽动的模拟模块.C语言程序编程是系统所用到的软件编译,使用其可便于实现模拟电梯正常运行的整个过程.在此电梯控制系统中,使用微控制器(AT89C51)来作为其整个电路系统的控制核心,可以很好的进行软件调试和硬件检测[2]。
史二娜，张晓博（2020）以单片机STC89C52RC为MCU的电梯自动控制系统,通过检测按键电平的变化来判断按键是否按下,将电平的变化信息用做用户请求发送给MCU,处理器收到请求后作出相应处理并将结果反馈给电机驱动模块,从而控制电动机转动,实现各楼层之间的上下运转。系统结构包括系统方案设计、硬件设计、软件设计、系统测试五个部分。硬件由单片机最小系统、一位数码管、ULN2003A、矩阵键盘模块等。软件采用C语言模块化分层次设计,围绕主程序设计了电梯调度子程序、按键检测子程序、楼层显示子程序等。结合Proteus仿真与之相应软件驱动程序,设计实现了五层电梯运行模拟仿真,可靠性强,稳定性高[3]。
基于听觉的嵌入式人机交互便是该领域的一个热门研究课题.刘迷（2022）设计采用STM32F103C8T6的32位微控制器,LD3320的语音识别芯片,MR628-TTS语音合成模块和OLED液晶显示屏对整体结构以及软硬件设计,最终实现由一级指令触发,二级指令持续控制的非接触式语音控制系统,通过语音关键词来达到对外部电器的非接触式语音控制[4]。
国外的研究也取得了显著进展。例如，美国、日本、德国等发达国家在电梯技术领域表现出色。他们提出了一系列智能电梯设计方案，包括智能调度算法、远程监控和故障检测等。这些研究成果为电梯行业的发展提供了借鉴和推动，并在实际应用中取得了良好的效果。
电梯是一种用于在垂直方向上移动人员或货物的运输设备。 Karrthik R S , Prabhu S R , Megavarthini K K ,et al（2020）构建了基于可编程逻辑的电梯控制系统，以模拟现实生活中的实际电梯。本文介绍了一种无需配重的基于牵引的电梯系统的新方法。通过这种方法可以改善沿电梯牵引轮的摩擦。为了减少沿轨道的摩擦，起重机构中使用了轴承。伺服电机（三菱的HJ-KS43J）因其精确的定位能力而被用作原动机。西门子S7 200智能PLC用于控制整个系统。PLC 与呼螺、楼层开关、指示器和传感器连接，以实现电梯系统的有效运行[5]。
Iio M（2022）提供了一种能够提高电梯运行效率的电梯控制系统。电梯控制系统包括处理器;以及用于存储程序的存储器，该程序在电梯行驶期间根据电梯轿厢中的信息执行识别楼层的过程，根据识别的楼层确定目标楼层，确定在电梯行驶期间是否确定目标楼层，以及在汽车行驶期间对应于电梯中目的地楼层的呼叫，在这种情况下目标楼层被确定为可停止楼层。在目标楼层未确定为可停止楼层的情况下，程序执行以下过程，在电梯响应电梯中的所有呼叫后，在电梯中注册对应于电梯中目标楼层的呼叫[6]。
Julakanti S R（2022）研究了电梯数据通信系统被配置成在多个电梯系统和远程位于多个电梯系统的数据中心之间进行通信。电梯数据通信系统包括基于软件的云通信平台和服务器。所述基于软件的云通信平台被配置为接收和发送多个电梯系统的通信。服务器远程位于多个电梯系统之外，并且被配置为发送和接收基于软件的云通信平台之间的数据中心和通信[7]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的五层智能电梯的系统软件。系统软件由STM32F103C8T6最小单片机，HX711称重模块，SU-03T声控模块、步进电机模块和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、可实现通过内机按键和外机按键控制电梯到达楼层
2、可实现通过一个四相步进电机控制电梯升降
3、可实现通过HX711测量总重，超载报警
4、可以实现语音控制电梯到达指定楼层
