基于FPGA芯片智能电梯控制系统设计Word格式.docx
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不同外形的电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。
电梯的结构分为：
四大空间，八大系统；
四大空间：
机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分；
八大系统：
曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统；
电梯的功能结构决定电梯的八大应用技术：
⑴全数字识别乘客技术〔所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别〕
2数字智能型安全控制技术〔通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入〕
3第四代无机房电梯技术〔主机必须与导轨和轿厢别离，完全没有共振共鸣，速度可以到达/S以上，最高可以使用在30层以上。
〕
4双向安全保护技术〔双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用〕
5快速安装技术〔改变过去的电梯安装方法，能够快速组装〕
6节能技术〔采用节能技术，使电梯更节约能源〕
7数字监控技术〔完全采用电脑进行电梯监控与控制〕
8无线远程控制及报警装置〔当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给发送故障信息，并通过发送信号对电梯进行简单控制。
本论文主要是控制电梯的运行模式和状态，对信号进行处理的模块，重点在对响应的信号进行处理，并将处理结果反馈给对应功能的控制端口，实现对电梯运行的全面控制。
电梯方向优先控制方式控制系统方框图
二、论文研究的主要内容
本论文的电梯控制器所有的程序可以集成在一个FPGA开发芯片上面，不用在用其他功能的分立逻辑元件，到达集成度高、响应快、功耗低的特点。
本论文是基于FPGA的电梯控制器的研究，是电梯控制的核心技术，通过电梯控制器可以对电梯运行模式和状态进行全面的控制，这也是次论文的研究重要性；
电梯的层数为6层，本次论文采用模块化设计，主要分为四大模块：
时钟分频模块、按键处理模块、电梯运行控制模块、数码管显示模块。
由于FPGA技术近些年来蓬勃发展，而且在很多领域已经应用的十分成熟，用FPGA可以实现对电梯精确、实时性控制，而且用于FPGA开发的芯片都是一些微处理器芯片，便于集成和智能化设计，而且大大缩短了开发周期。
三、FPGA概述
FPGA〔FieldProgrammableGateArry〕即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路〔ASIC〕领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点；
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA〔LogicCellArray〕这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB〔ConfigurableLogicBlock〕、输入输出模块IOB〔InputOutputBlock〕和内部连线〔Interconnect〕三个部分。
四、FPGA硬件体系结构
FPGA采用逻辑单元阵列〔LCA，LogicCellArray〕新概念，内部包括可配置逻辑模块〔CLB，ConfigurableLogicBlock〕、输入输出模块〔IOB，InputOutputBlock〕和内部互连资源〔IR，InterconnectResources〕三部分组成。
1可配置逻辑块〔CLB，ConfigurableLogicBlock〕是FPGA的主要组成部分，主要是由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。
2输入输出模块〔IOB，InputOutputBlock〕提供了器件引脚和内部逻辑阵列之间的连接，主要是由输入触发器、输入缓冲器和输出触发、锁存器、输出缓冲器组成。
3可编程互连资源〔IR，InterconnectResources〕可以将FPGA内部的CLB和CLB之间、CLB和IOB之间连接起来，构成各种具有复杂功能的系统，IR主要由许多金属线段构成，这些金属线段带有可编程开关，通过自动布线实现各种电路的连接。
五、电梯控制器的工作原理
本次论文是实现6层电梯的运行控制，当在某一楼层按下上升或者下降请求按钮时，控制器响应该请求并控制电梯前往该楼层，当到达该楼层时，电梯开门，当进入电梯后，电梯关门，此时按下要到达的楼层按钮，控制器响应该请求并控制电梯前往该楼层，当到达前往楼层后，电梯开门，走出电梯，然后关门......，就这样往复的实现电梯的控制功能。
在电梯运行时遵循如下规则：
当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼信号，由下至上依次执行；
直到最后一个上楼请求执行完毕，如有更高层有下楼请求时，则直接升到有下降请求的最高楼，然后进入下降模式，电梯处于下降模式时，则与上升相反。
电梯的输入信号主要包括外部输入信号和内部输入信号；
对于电梯外部输入信号主要有：
每一层电梯门外都有上升请求和下降请求按钮，其中一楼电梯门外只有上升请求按钮，6楼电梯门外只有下降请求按钮。
对于电梯内部输入信号主要有：
6个前往楼层的按钮、提前关门按钮、延时关门按钮、电梯异常按钮。
电梯输出信号也主要包括外部输出信号和内部输出信号；
对于电梯外部输出信号包括上升请求按钮和下降按钮指示信号、电梯当前所在楼层指示信号、电梯运行方向指示信号。
电梯内部输出信号包括6个前往楼层按钮指示信号、超重等警告指示信号、电梯当前所在楼层指示信号、电梯运行方面指示信号。
六、电梯控制系统的设计内容
本次论文是基于FPGA的电梯控制器的研究，是电梯控制的核心技术，通过电梯控制器可以对电梯运行模式和状态进行全面的控制，这也是次论文的研究重要性；
电梯的层数为6层，本次论文采用模块化设计方法，主要分为四大模块：
其方框原理图如下：
时钟分频
数码管显示
按键处理
电梯运行控制
系统时钟
2倍分频
8倍分频
按键请求
按键处理响应
显示电梯所在楼层
电梯控制器原理图
七、时钟分频模块
时钟分频模块功能是将系统频率分频为两种不同的频率，一个是2分频时钟供电梯运行控制模块使用，另一个8分频时钟供其他模块使用，其源代码如下：
LibraryIeee;
UseIeee.Std_Logic_1164.All;
UseIeee.Std_Logic_unsigned.All;
//定义所用的标准库
Port（clk:
InStd_Logic;
//系统时钟频率
clk_2:
OutStd_Logic;
//2分频脉冲〔作为电梯控制时钟〕
clk_8:
OutStd_Logic//8分频脉冲〔作为按键处理时钟〕
）;
//定义输入输出变量
Endclkdiv;
Signalcnt:
Std_Logic_Vector（7Downto0）;
//定义一个8位的变量
BeginProcess（clk）//时钟分频进程
BeginIfclk'
eventandclk='
1'
Then//时钟脉冲上升沿有效
cnt<
=cnt+1;
clk_2<
=cnt
（1）;
//变量cnt的第1位输出2分频
clk_8<
=cnt（4）;
//变量cnt的第3位输出8分频
EndProcess;
Endone;
源程序编写完成后，进行调试、运行并生成模块文件，确认没有错误之后进行功能仿真、时序分析。
其模块原理图如下：
时钟分频模块原理图
八、电梯运行控制模块
电梯运行控制模块是此次设计的核心，电梯运行的模式和状的态控制效果完全取决于电梯控制模块，它的功能是在系统2分频时钟下，根据按键处理模块输出的信号，控制电梯上升与下降运行模式和状态，当电梯关门时输出相应的上升与下降清除信号，同时输出电梯当前所在楼层的数码管输出信号与电梯运行方向，本次是设计的6层电梯控制系统，在源程序中具体要表达一下功能：
1每层电梯〔除1楼和6楼外，1楼只有上升请求按钮，6楼只有下降请求按钮〕入口出设置有上升和下降请求按钮，电梯内部设有要到达楼层的请求按钮1-6楼。
2设有电梯所处位置数码管显示部分，电梯运行模式的LED显示部分。
3电梯能记忆电梯外部所有信号请求，并按照电梯运行规则进行顺序响应，每个电梯请求信号保留到电梯响应结束。
4电梯运行规则：
当电梯上升时候，只响应比电梯所在楼层高的上楼信号，由下到上依次执行，直到最后一个上升请求信号执行完毕，当电梯下降时候，只响应比电梯所在楼层低的下楼信号，由上到下依次执行，直到最后一下下降请求信号执行完毕。
电梯运行控制模块的源程序如下：
UseIeee.Std_Logic_1164.All;
UseIeee.Std_Logic_Arith.All;
Entityelevator_runIs
Port（clk:
//电梯时钟
rst:
//异步置位按键
alarm:
inStd_Logic;
up_light:
inStd_Logic_Vector（6Downto1）;
//电梯外部上升请求指示灯
down_light:
//电梯外部下降请求指示灯
inside_light:
//电梯内部楼层请求指示灯
position:
outintegerrange1to6;
//电梯位置变量
door_light:
//电梯门开关指示灯
clear_up:
outStd_Logic;
//用于清除上升请求指示灯信号
clear_down:
outStd_Logic//用于清除下降请求指示灯信号
delay:
//延时关门变量
advance:
//提前关门变量
updown_light:
BufferStd_Logic_Vector（7Downto0）;
//电梯升降显示
Endelevator_run;
Architecturesix_floorofelevator_runistypelift_stateis
（stop_1,door_open,door_close,door_wait1,door_wait2,door_wait3
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