一、系統架構

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，根據電梯調度算法，輸出控制信號給步進電機，控制電梯轎廂的運行。當乘客進入電梯后，操作電梯內的鍵盤輸入需要的樓層信息和開關門信息，經過電梯控制器的處理輸出控制信號，控制步進電機實現電梯的升降、平層和開關門等功能。此外，電梯控制器還應有故障處理、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。系統框圖如圖1所示。

圖1 電梯控制器系統框圖

日歷時鐘單元用于信息的處理和獲取，并做出一些相應的控制判斷。

電梯按鍵輸入單元包括電梯內部的鍵盤及外部按鈕，內部鍵盤用于服務電梯內部的乘客，并接受電梯內部乘客的各種指令，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外的用戶提供狀態(tài)信息，包括顯示當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工作狀態(tài)的流轉。

控制器主控單元主要由8051單片機處理器，A/D轉換電路，復位電路，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、開關門、緊急停止和報警等。

二、軟件設計

本電梯控制器的設計基于RTX51 Tiny實時多任務操作系統。電梯在工作過程中共有8種狀態(tài)：等待、上升、下降、開門、關門、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，轉向等動作。

系統設計實現的功能包括：步進電機單元根據主控單元的輸出指令控制曳引電機正傳、反轉和停轉，并控制電梯開門/關門，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）。根據電梯工作流程和硬件電路要實現的功能，對可將電梯控制器工作分為6個任務。

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，使其他任務進入就緒狀態(tài)。

2. Task 1主要處理電梯報警信號的處理，其設計思路是當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，當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，電梯才能恢復正常狀態(tài)。任務1流程如圖4所示。

圖4 任務1流程

3. Task 2主要處理電梯上升或者下降的請求信號。當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，響應乘客需求。當乘客處于轎廂內部，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，響應乘客的需求。在處理輸入請求信號同時通過按鈕內部的指示燈，顯示乘客請求信息。

4. Task 3完成轎廂開關門控制以及其它的中斷信號處理，當電梯到達使用人員要求的樓層后，完成電梯門的自動開關，如果是電梯內部人員按動開關門按鍵，則控制電梯門快速響應，并將所在的樓層信息通過數碼管顯示。當電梯在運行過程中出現緊急情況，乘客按動電梯內部的緊急按鈕，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，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)，當乘客通過呼梯按鈕輸入請求，電梯啟動響并響應乘客請求，步進電機起轉，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，同時顯示電梯的運動方向；當到達所需樓層后，電機停止運轉，通過Task 3控制打開關閉電梯門，顯示樓層信息，并消去已應答的呼梯信號。

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

三、總結

本文實現了基于RTX51 Tiny的多任務處理，并利用其完成了電梯控制器的設計，通過本設計可以看到實時多任務處理的操作系統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。