【单片机毕业设计】基于 STM32 的四层智能电梯控制系统设计与实现，基于 STM32 单片机的多功能模拟电梯安防监测系统开发（016802）-平芜编程栈

文章目录

20 个相关毕业设计备选题目
项目研究背景
摘要
总体方案
核心功能
- 一、基础调度功能（电梯运行核心）
- 二、人机交互显示辅助功能
- 三、安全防护核心功能
技术路线
项目演示
关于我们
- 项目案例
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20 个相关毕业设计备选题目

基于 STM32 的四层智能电梯控制系统设计与实现
基于 STM32 单片机的多功能模拟电梯安防监测系统开发
搭载称重与红外防夹的 STM32 四层电梯仿真装置设计
基于 STM32 步进电机与舵机的智能电梯模型研发
集成 OLED 显示的 STM32 四层电梯调度控制系统设计
基于 STM32 的电梯超载提醒与自动防夹功能装置开发
融合多传感器的 STM32 四层模拟电梯硬件系统设计
基于 STM32 单片机的电梯楼层调度与人身防护系统实现
带声光提示的 STM32 四层智能电梯实物模型开发
基于 STM32 的电梯内外按键调度与门控系统设计
多传感协同的 STM32 四层电梯安全监测平台搭建
基于 STM32 单片机的电梯载重检测与防夹算法实现
OLED 可视化的 STM32 四层电梯运行状态监控系统设计
步进电机驱动的 STM32 智能四层电梯模型开发
基于 STM32 的电梯自动门控与超载报警装置研发
集楼层显示、载重检测于一体的 STM32 电梯控制系统
基于 STM32 单片机的模拟电梯智能调度安防系统设计
红外感应防夹的 STM32 四层电梯实物控制系统实现
多外设协同的 STM32 四层教学模拟电梯装置设计
基于 STM32 的电梯运行状态可视化与安全防护系统开发

项目研究背景

随着物联网与嵌入式控制技术在楼宇智能设备领域持续普及，电梯作为高层建筑核心运载设备，其智能化、安全化改造成为行业发展主流方向。现阶段高校嵌入式教学、小型电梯实训装置多采用简易控制方案，传统 51 单片机或基础 STM32 简易电梯模型普遍存在功能单一缺陷：仅能实现基础楼层升降，缺少载重超载检测、红外防夹人身保护、可视化运行状态展示等实用安全模块，且调度逻辑简单，无法还原真实电梯内外呼梯逻辑。市面现有实训设备大多将楼层显示、载重检测、防夹门控功能拆分独立设计，设备集成度低，硬件拓展性弱，同时人机交互界面简陋，仅依靠指示灯反馈运行信息，操作人员无法直观获取电梯上行、下行、开门等实时状态。依托成熟的 STM32 单片机嵌入式开发技术，搭配 HX711 重量传感器、红外感应模块、步进电机、舵机等低成本外设，可搭建一体化四层模拟电梯实训系统。本课题针对现有实训电梯装置智能化不足、安全功能缺失、交互效果差的痛点，集成呼梯调度、楼层可视化、超载报警、红外防夹多重功能，完整还原真实电梯运行逻辑，既可满足高校嵌入式教学实训需求，也为小型智能运载设备嵌入式控制系统开发提供可落地的实践方案，具备实际研究与应用价值。

摘要

本课题以 STM32F103C8T6 单片机为核心控制器，设计并实现一款集成多重安全功能的四层模拟智能电梯控制系统。系统搭载步进电机模拟电梯升降运动，舵机驱动实现电梯门自动开关，通过 OLED 显示屏实时展示电梯当前楼层、运行方向与门体状态；外设配置 12 路内外呼梯按键，完整还原四层电梯呼梯调度逻辑；引入 HX711 重量传感器实现载重检测，超载时触发蜂鸣器持续报警并锁止关门动作；红外感应模块实时检测门区障碍物，关门过程检测到人时自动开门实现防夹保护；电梯到达目标楼层后蜂鸣器发出提示音。课题采用嵌入式 C 语言完成底层驱动与调度逻辑开发，硬件模块协同稳定，完整覆盖电梯运载、人机交互、安全防护核心需求，可作为嵌入式智能控制教学实训装置，验证了 STM32 单片机在小型智能运载设备控制系统中的可行性与实用性。

总体方案

核心主控硬件：STM32F103C8T6 最小系统板
- 硬件型号：STM32F103C8T6 单片机核心板
- 硬件作用：承担全系统数据运算、外设驱动逻辑、呼梯任务调度、传感器数据解析，是整套电梯装置的控制核心。
- 选型理由：该型号单片机具备充足通用 IO 口、定时器资源，可同时驱动步进电机、舵机、OLED 屏幕与多路按键，运算性能满足多外设并行调度需求，资料完善、开发门槛适配本科嵌入式开发，硬件成本低廉。
- 使用场景：所有外设模块均通过引脚接入主控板，统一接收单片机输出的控制信号。
- 架构逻辑：主控实时轮询按键、HX711、红外传感器输入信号，运算后输出驱动信号控制电机、舵机、蜂鸣器、OLED 屏幕。
升降驱动硬件：28BYJ-48 步进电机 + ULN2003 驱动板
- 硬件型号：28BYJ-48 五线四相步进电机、ULN2003 驱动模块
- 硬件作用：步进电机正转模拟电梯上行、反转模拟电梯下行，驱动板放大单片机微弱控制信号，驱动电机稳定运转。
- 选型理由：步进电机步进角度可控，可精准模拟电梯每层停靠动作，驱动模块接线简单，无需复杂外围电路，适配本科实物搭建。
- 使用场景：作为电梯轿厢升降执行机构，收到楼层调度指令后运转至目标楼层位置。
门控执行硬件：SG90 微型舵机
- 硬件型号：SG90 9g 微型伺服舵机
- 硬件作用：通过不同角度转动模拟电梯开门、关门两种状态。
- 选型理由：舵机角度控制精度高，仅需单路 PWM 信号即可驱动，体积小巧适合模型搭建，程序驱动逻辑简单易实现。
- 使用场景：电梯到达楼层后自动转动至开门角度，延时后回转关门；红外检测到人或超载时保持开门角度。
显示交互硬件：0.96 寸 IIC OLED 显示屏
- 硬件型号：0.96 寸 IIC 接口 OLED 屏幕
- 硬件作用：可视化展示电梯当前楼层、上行 / 下行运行状态、门体开关状态。
- 选型理由：IIC 通信占用引脚少，屏幕自发光无需背光，显示文字清晰，驱动代码成熟，便于实时刷新运行数据。
- 使用场景：系统上电后持续刷新电梯实时运行参数，为操作人员提供直观人机交互界面。
声光提示硬件：有源蜂鸣器模块
- 硬件型号：5V 有源蜂鸣器
- 硬件作用：电梯抵达楼层发出提示音；载重超载时持续高频蜂鸣报警。
- 选型理由：仅需高低电平即可控制发声，电路简单，可区分短音提示与长音报警两种音效。
- 使用场景：楼层到站提醒、超载故障声光告警。
载重检测硬件：HX711 称重传感器模块 + 压力托盘
- 硬件型号：HX711 模数转换模块、5kg 压力称重传感器
- 硬件作用：实时采集电梯轿厢载重数据，判断是否超出额定载重阈值。
- 选型理由：模数转换精度高，可将模拟重量信号转换为数字信号供单片机读取，适配模型电梯载重模拟场景。
- 使用场景：电梯开门状态持续采集重量，超过阈值时触发超载保护逻辑。
防夹检测硬件：红外对射感应模块
- 硬件型号：5V 红外遮挡检测传感器
- 硬件作用：检测电梯门中间是否存在障碍物、行人。
- 选型理由：响应速度快，数字信号输出便于单片机识别，接线简单，适合模拟门区防夹场景。
- 使用场景：电梯关门过程实时检测遮挡信号，触发后执行开门保护。
指令输入硬件：独立轻触按键 12 个
- 硬件型号：4*3 独立轻触按键模块
- 硬件作用：分为 6 路外呼梯按键、6 路内轿厢按键，提供楼层呼叫、手动开关门指令输入。
- 选型理由：独立按键识别逻辑简单，可区分内外呼梯信号，完整还原四层电梯真实按键布局。
- 使用场景：操作人员输入目标楼层、呼梯请求、手动开关门指令。
辅助运行硬件：5V 直流稳压电源、面包板、杜邦线
- 硬件作用：为整套装置提供稳定供电，实现各硬件模块电路接线搭建。
- 使用场景：硬件实物整体搭建、调试与长期运行。

核心功能

一、基础调度功能（电梯运行核心）

STM32 主控数据处理功能
- 功能名称：系统总控数据运算与外设调度
- 实现效果：单片机实时采集所有传感器、按键输入信号，完成呼梯任务排序、电机运转计算、传感器数值解析，统一输出控制信号驱动全部外设协同工作。
- 操作逻辑：系统上电后主程序持续循环轮询所有输入外设，根据输入事件执行对应控制子程序。
- 使用场景：整套电梯装置运行全过程的逻辑中枢，支撑其余所有功能正常运转。
- 核心作用：统筹硬件资源，实现多外设同步稳定运行，是系统功能实现基础。
- 实现目标：保证多传感器、多路按键并行采集无信号冲突，调度逻辑执行无延迟。
四层电梯 12 路按键呼梯调度功能
- 功能名称：内外呼梯指令识别与任务排队调度
- 实现效果：支持 6 路外机呼梯按键（1 楼上、2 楼上、2 楼下、3 楼上、3 楼下、4 楼下）、6 路轿厢内按键（1/2/3/4 楼层、开门、关门），可同时缓存多条呼梯任务，按照电梯运行方向就近响应呼梯请求。
- 操作逻辑：按下任意按键后单片机记录对应楼层任务，电梯完成当前任务后自动前往下一目标楼层；可手动触发开门、关门指令。
- 使用场景：操作人员在楼层外呼叫电梯，或进入轿厢选择目标楼层、手动控制门体。
- 核心作用：还原真实电梯呼梯逻辑，实现电梯自主调度运行。
- 实现目标：多路呼梯指令无丢失、无错乱，有序响应全部呼叫任务。
步进电机模拟升降控制功能
- 功能名称：步进电机驱动轿厢上下运行
- 实现效果：单片机输出正相脉冲信号时电机正转，模拟电梯上行；输出反相脉冲时电机反转，模拟电梯下行；到达目标楼层后电机立即停止运转。
- 操作逻辑：接收到目标楼层指令后，计算当前楼层与目标楼层差值，控制电机持续运转对应步数，抵达楼层自动停机。
- 使用场景：电梯需要前往其他楼层时执行升降动作。
- 核心作用：模拟电梯轿厢物理升降运动，完成楼层间运载动作。
- 实现目标：每层停靠位置精准，升降运转平稳无卡顿。

二、人机交互显示辅助功能

OLED 运行状态可视化显示功能
- 功能名称：OLED 屏幕电梯运行信息实时展示
- 实现效果：屏幕持续刷新三类信息：电梯当前停靠楼层、运行方向（上行 / 下行 / 静止）、电梯门当前开关状态。
- 操作逻辑：系统任意运行状态发生改变时，主控自动刷新屏幕显示内容，实时同步最新状态。
- 使用场景：操作人员直观查看电梯实时运行参数，无需额外指示灯辅助判断。
- 核心作用：搭建可视化人机交互界面，提升装置操作直观性。
- 实现目标：屏幕刷新无延迟，文字显示清晰，状态信息同步准确。
到站蜂鸣提示功能
- 功能名称：楼层抵达声光提醒
- 实现效果：电梯轿厢完全停靠目标楼层后，蜂鸣器发出短促提示音，告知操作人员已到达指定楼层。
- 操作逻辑：电机停止运转、楼层定位完成后，单片机输出电平触发蜂鸣器短时间发声。
- 使用场景：电梯完成升降动作，停靠目标楼层时提醒用户进出轿厢。
- 核心作用：通过声音反馈楼层抵达事件，完善人机交互反馈机制。
- 实现目标：仅到站触发提示音，运转过程无多余杂音。
舵机自动开关门功能
- 功能名称：舵机驱动电梯门自动启闭
- 实现效果：舵机转动至 0° 模拟电梯完全开门，延时固定时长后自动转动至 90° 完成关门；收到手动开门、防夹、超载信号时保持开门角度。
- 操作逻辑：电梯到站后自动执行开门延时逻辑；无保护信号时延时结束自动关门，触发保护条件则暂停关门。
- 使用场景：楼层到站自动开门供人进出，延时后自动关闭轿厢门。
- 核心作用：模拟电梯门自动启闭机构，还原真实电梯进出流程。
- 实现目标：开门、关门动作顺滑，角度固定无偏移。

三、安全防护核心功能

HX711 超载检测与锁门报警功能
- 功能名称：轿厢载重检测与超载保护
- 实现效果：电梯处于开门状态时持续采集重量数据，当重量超过预设额定阈值，蜂鸣器持续长音报警，同时锁止关门逻辑，舵机保持开门状态；重量下降至安全阈值以下后，报警停止，恢复自动关门功能。
- 操作逻辑：开门阶段循环读取 HX711 重量数值，与阈值对比判断超载状态，分正常、超载两种分支执行控制逻辑。
- 使用场景：人员进入轿厢后，自动检测载重，防止电梯超载运行。
- 核心作用：模拟电梯载重安全保护机制，避免超载故障。
- 实现目标：重量识别灵敏，超载时持续告警且无法关门，减重后自动恢复正常流程。
红外传感器关门防夹保护功能
- 功能名称：门区红外感应防夹保护
- 实现效果：电梯执行关门动作过程中，红外模块检测到门区存在遮挡、行人时，立即中断关门流程，舵机回转至开门角度，规避夹人风险；无遮挡时正常完成关门。
- 操作逻辑：关门动作全程实时读取红外传感器电平信号，检测到遮挡信号立刻触发开门子程序。
- 使用场景：电梯关门时有人、物品阻挡门体，自动回弹开门。
- 核心作用：实现电梯人身安全防护，还原真实电梯防夹安全功能。
- 实现目标：遮挡检测响应迅速，触发后立刻开门，无夹人风险。

技术路线

编程语言：嵌入式 C 语言
- 选型理由：STM32 单片机底层开发主流标准语言，代码执行效率高，资源占用低，适配嵌入式底层驱动开发，本科嵌入式课程核心教学语言。
- 课题用途：编写单片机底层外设驱动（OLED、舵机、步进电机、HX711、红外、蜂鸣器）、电梯呼梯调度逻辑、安全防护判断算法、主程序循环框架。
单片机开发框架：STM32 标准库（STM32F10x_StdPeriph_Lib）
- 选型理由：库函数封装完善，无需操作底层寄存器，降低开发难度，配套教学资料丰富，适配本科生入门开发。
- 课题用途：快速配置单片机 GPIO、定时器、IIC 通信外设，简化电机、屏幕、传感器驱动开发流程。
硬件开发工具：Keil MDK5
- 选型理由：ARM 架构单片机专用编译调试软件，支持代码编译、在线仿真、程序烧录全流程操作，高校嵌入式实训通用开发工具。
- 课题用途：电梯控制系统代码编写、语法编译、逻辑调试、程序下载至 STM32 主控板。
硬件调试工具：ST-LINK V2 下载器、万用表
- 选型理由：ST-LINK 适配 STM32 系列单片机，支持在线调试；万用表用于硬件电路接线通断、电压检测排查故障。
- 课题用途：程序烧录、硬件电路接线故障排查、外设供电稳定性检测。
辅助绘图设计软件：Visio 2019
- 选型理由：操作简单，适合绘制嵌入式硬件架构图、系统功能流程图、模块接线原理图。
- 课题用途：毕业设计文档绘制硬件整体框图、电梯调度流程图、外设电路原理图。
实物搭建辅助工具：面包板、杜邦线、热熔胶枪
- 选型理由：快速搭建无焊接实验电路，方便开发阶段反复调整硬件接线，适配模型电梯实物组装。
- 课题用途：整套电梯装置硬件电路接线、机械模型组装固定。
文档撰写工具：Microsoft Word、Excel
- 选型理由：高校毕业设计标准文档编写工具，支持图文排版、测试用例表格制作。
- 课题用途：毕业设计论文撰写、系统测试用例、功能测试记录表编制。
系统测试辅助工具：逻辑分析仪（简易 GPIO 电平观测）
- 选型理由：可观测单片机引脚输出电平、通信时序，定位传感器、电机驱动通信故障。
- 课题用途：调试 OLED 屏幕 IIC 通信、HX711 称重数据读取、步进电机脉冲输出时序。
仿真辅助软件：Proteus 8 Professional
- 选型理由：支持 STM32 单片机与各类传感器、电机外设虚拟仿真，实物搭建前可提前验证代码逻辑。
- 课题用途：前期系统逻辑仿真，提前验证电梯调度、超载、防夹功能代码可行性，减少实物调试返工。

项目演示

关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。