一、系統(tǒng)架構(gòu)

電梯控制器的整體工作流程是：開始電梯在一層處于等待狀態(tài)，當(dāng)用戶需要乘坐電梯時，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后，根據(jù)電梯調(diào)度算法，輸出控制信號給步進電機，控制電梯轎廂的運行。當(dāng)乘客進入電梯后，操作電梯內(nèi)的鍵盤輸入需要的樓層信息和開關(guān)門信息，經(jīng)過電梯控制器的處理輸出控制信號，控制步進電機實現(xiàn)電梯的升降、平層和開關(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單元：日歷時鐘單元、步進電機單元、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)部的鍵盤及外部按鈕，內(nèi)部鍵盤用于服務(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)前樓層及電梯運行狀態(tài)等信息、電梯運行方向，及電梯的日歷時鐘信息。

主控單元是電梯控制器的核心。它通過對外部請求信號和繼電器、傳感器的反饋信號進行運算處理，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單片機處理器，A/D轉(zhuǎn)換電路，復(fù)位電路，信號存儲電路組成，其電路圖如圖3所示。

圖3 控制器主控單元電路圖

步進電機單元控制電梯轎廂的升降、開關(guān)門、緊急停止和報警等。

二、軟件設(shè)計

本電梯控制器的設(shè)計基于RTX51 Tiny實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。電梯在工作過程中共有8種狀態(tài)：等待、上升、下降、開門、關(guān)門、停止、超載報警及故障報警狀態(tài)。初始狀態(tài)一般在下端站處于等待狀態(tài)，當(dāng)收到上升請求后就開始運行。電梯在報警狀態(tài)時，電梯不運行，直至報警信號被清除。系統(tǒng)由請求信號啟動，運行中每檢測到一個到達樓層信號，就將信號存儲器的請求信號和樓層狀態(tài)信號進行比較，再參考原方向信號來判斷是否停止，轉(zhuǎn)向等動作。

系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能包括：步進電機單元根據(jù)主控單元的輸出指令控制曳引電機正傳、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，并控制電梯開門/關(guān)門，面向用戶顯示提示信息（含樓層顯示、電梯運行方向顯示及接受用戶請求顯示等）。根據(jù)電梯工作流程和硬件電路要實現(xiàn)的功能，對可將電梯控制器工作分為6個任務(wù)。

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

2. Task 1主要處理電梯報警信號的處理，其設(shè)計思路是當(dāng)電梯處于初始運行狀態(tài)時，主控單元掃描各個傳感器和繼電器，判段電梯是否有故障，如果有故障，則發(fā)出故障號并通過指示燈或蜂鳴器報警，電梯的輸入請求暫時不響應(yīng)，當(dāng)故障排除后消除故障報警指示，電梯處于正常狀態(tài)。在電梯運行過程中如果電梯超載，則發(fā)出超載信號并通過指示燈或蜂鳴器報警，電梯處于停車狀態(tài)，只有超載乘客出梯后，消除超載報警指示，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求信號。當(dāng)乘客在電梯外按動呼梯按鈕時，呼梯信號輸入主控單元，主控單元通過運算比較，判斷電梯是上行還是下行，控制步進電機動作，響應(yīng)乘客需求。當(dāng)乘客處于轎廂內(nèi)部，乘客按動選層按鈕，選層信號輸入主控單元，控制步進電機單元的選層及平層裝置，控制轎廂的運動，響應(yīng)乘客的需求。在處理輸入請求信號同時通過按鈕內(nèi)部的指示燈，顯示乘客請求信息。

4. Task 3完成轎廂開關(guān)門控制以及其它的中斷信號處理，當(dāng)電梯到達使用人員要求的樓層后，完成電梯門的自動開關(guān)，如果是電梯內(nèi)部人員按動開關(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數(shù)碼管顯示。當(dāng)電梯在運行過程中出現(xiàn)緊急情況，乘客按動電梯內(nèi)部的緊急按鈕，電梯立即減速，選擇最近的樓層停機，并打開電梯門，使乘客進入安全的廳內(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。電梯開始處于正常待命狀態(tài)，當(dāng)乘客通過呼梯按鈕輸入請求，電梯啟動響并響應(yīng)乘客請求，步進電機起轉(zhuǎn)，使電梯轎廂上升或下降，如果沒有到達所需樓層，電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時顯示電梯的運動方向；當(dāng)?shù)竭_所需樓層后，電機停止運轉(zhuǎn)，通過Task 3控制打開關(guān)閉電梯門，顯示樓層信息，并消去已應(yīng)答的呼梯信號。

6. Task 5用于電梯狀態(tài)顯示，通過數(shù)碼管和指示燈等，顯示電梯的報警信息、電梯內(nèi)外輸入請求信息、電梯運動方向、電梯樓層信息以及日歷時鐘信息等。

三、總結(jié)

本文實現(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，通過本設(shè)計可以看到實時多任務(wù)處理的操作系統(tǒng)簡化了電路硬件的開發(fā)，其外圍電路少，成本低、可靠性高，而且軟件的編寫和編譯程序更快捷簡便、開發(fā)周期短。