基于FPGA的四层电梯控制器设计Word文档下载推荐.docx

1、（6） 电梯运行规则当电梯处于上升模式时, 只响应比电梯所在的位置高的上楼请求信号, 由下而上逐个执行, 直到最后一个上楼请求执行完毕，如果高层有下楼请求，则直接升到有下楼请求的最高楼层, 然后进入下降模式，当电梯处于下降模式时，则与上升模式相反。2、总体设计根据上述设计要求，可以得到电梯控制器的总体结构如图1所示。该系统包括外部数据采集模块、信号存储模块、中央处理模块、控制输出与显示模块。外部数据采集模块负责采集用户通过按键输入的请求信号、光敏传感器采集的到达楼层信号和压力传感器采集的超载信号；信号存贮模块负责存储电梯内外及各层用户的请求信号和故障、超载信号；中央处理模块处理电梯运行中的各种

2、状态,在电梯运行过程中,对信号存储模块的用户请求数据进行比对, 从而确定电梯的运行状态；显示模块主要显示电梯所在楼层、电梯运行方向和关门延时等；控制输出主要有电梯的升、降、停和门的开、关、停以及报警等信号。 图1 电梯控制器总体结构3、详细设计3.1 中央处理模块中央数据处理模块是系统的核心，通过对存储的数据（含用户请求、到达楼层和故障、超载等信号）进行比较、判断以驱动系统状态的转换。电梯工作过程中共有4种状态：第一层、第二层、第三层、第四层。而每种状态都有等待、上升、下降、开关门、超载报警以及紧急停止动作（第一层无下降动作，第四层无上升动作）。一般情况下，电梯工作起始点是第一层，起始状态是等

3、待状态，启动条件是收到上升请求信号。系统的状态流程图如图2所示。图中超载状态时电梯关门动作取消，本系统由请求信号启动，运行中每检测到一个到达楼层信号，就将信号存储器的请求信号与楼层状态信号进行比较，再参考原方向信号来决定是否停止、转向等动作。图2 系统的状态转换图系统输入输出端口的VHDL语言定义如下：port （ clk : in std_logic; -时钟信号（频率为1Hz） o_u1,o_u2,o_u3: -电梯外人的上升请求信号 o_d2,o_d3,o_d4 : -电梯外乘客的下降请求信号 in1,in2,in3,in4 : -电梯内乘客的请求信号 led : out std_log

4、ic_vector（3 downto 0）;-电梯所在楼层显示 led_c : out integer range 0 to 15; -开关门延时显示 stop,overload : in std_logic -紧急停止运行及超载信号 ）;3.2 外部数据采集模块外部数据采集模块的功能是实时、准确的采集外部信号，以便准确、实时的捕捉楼层到达信号、用户请求信号和超载信号等，有效防止对楼层到达信号和外部请求信号的误判。由于外界干扰，电路中会出现毛刺现象，使信号的纯净度降低，单个的毛刺往往会被错误的当成系统状态转换的触发信号，从而严重影响电梯的正常工作。为了增强系统的抗干扰能力，提高电梯工作的可靠性

5、，可以采用多次检测的方法，即对一个信号连续进行多次采样，以保证信号的可信度。 本设计实际不包含此模块，而是采用按键输入模拟此模块来完成相应功能的。在实际应用中需包含此功能模块。外部请求信号和紧急停止信号的输入形式为按键输入，电梯自动上升或下降时间为5s，超载信号来自压力传感器。3.3 信号存储模块电梯控制器的输入请求信号有10个（电梯外有 3个上升请求和3个下降请求的用户输入端口，电梯内有4个用户请求输入端口），由于系统对内、外请求没有设置优先级，各楼层的内、外请求信号被采集后可先进行运算，再存到存储器内，但对请求信号的响应有一定的优先级，即：当电梯处于上升模式时, 只响应比电梯所在的位置高的

6、上楼请求信号, 由下而上逐个执行, 直到最后一个上楼请求执行完毕；如果高层有下楼请求则直接升到有下楼请求的最高楼层, 然后进入下降模式。当电梯处于下降模式时则与上升模式相反。电梯运行过程中，由于用户请求信号的输入是离散的，而且系统对请求的响应也是离散的，因此，请求信号的存储要保证新的请求信号不能覆盖原来的请求信号，只有当响应动作完成后才能清除存储器内对应的请求信号位。对应某一楼层的请求信号的存储、清除电路如图3所示。图3 请求信号操作电路图3.3 显示模块系统的显示输出包括楼层显示及关门延时显示（若需要，还可以增加请求信号显示和电梯运动方向指示）。电梯每到一新楼层时，楼层数码管便会更新显示为新

7、楼层的层数；关门时会有3秒的倒计时显示。4、仿真结果该电梯控制器使用VHDL语言设计，用Atera公司Cyclone系列中的EP1C3T144C8芯片实现，在 Quartus II 7.2 （32-Bit）环境下通过编译和仿真，并下载到实验箱上进行了验证,其中部分仿真结果如图4和图5所示。从图中可以看出，电梯在1楼（led0）时处于等待状态，当有乘客在一楼电梯外请求要上3楼时（o_u1=1,in3=1）,电梯开门后延时3秒（3个时钟周期，实际中1个时钟周期就是1秒，仿真时为提高速度时钟周期取10ns）后关门（led_c=3,2,1,0）；电梯将要到达二楼时，有乘客在三楼电梯外请求要上四楼（o_

8、u3=1），电梯到达三楼时开门，释放第一批乘客，接入第二批乘客；到达四楼后，进入第三批乘客要去二楼，当关门倒计时器数到1时（led_c=1）,发现超载（overload=1），此时关门倒计时器停止，电梯一直处于四楼，对二楼乘客的请求（in2=1）也不响应；超载信号消失后（overload =0），电梯一直下降至二楼，在关门倒计时器数到3时（led_c=3）,有人请求紧急停止（stop=1），此时电梯保持不动，紧急停止信号消失后（stop=0），电梯完成关门，在二楼等待。 图4 仿真图（0400ns）图5 续图4（400ns）5、结 语本文设计的基于FPGA的电梯控制器能够很好的控制电梯完成四层

9、楼的载客服务，其硬件电路简单，可靠性高。只要稍微改变程序就可以实现更多层的电梯控制，便于扩展，灵活性好，需用批量足够大时容易做成专用集成电路芯片，设计成本低具有较好的应用前景。参考文献略附 录 ：源程序-文件名：dianti.vhd。-功能：4层楼的电梯控制系统。-最后修改日期：2008.7.20。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity dianti is -时钟信号（频率为1Hz） -电梯外乘客的上升请求信号 -电梯

10、外乘客的下降请求信号 -电梯内乘客的请求信号 -电梯所在楼层显示 -开关门延时 in std_logic -紧急停止运行,超载end dianti;architecture behav of dianti issignal opendoor:std_logic; -开门使能信号signal updown: -电梯运动方向信号寄存器signal en_up,en_dw: -预备上升、预备下降预操作使能信号type state is（g1,g2,g3,g4）;signal g:state;signal en : std_logic ; - 1 电梯下一步动作使能;0 进行动作上升，下降，开关门be

11、ginprocess（clk,en,stop,overload）variable in1_r,in2_r,in3_r,in4_r: -电梯内乘客请求信号寄存信号variable o_u1_r,o_u2_r,o_u3_r: -电梯外乘客上升请求信号寄存信号variable o_d2_r,o_d3_r,o_d4_r: -电梯外乘客下降请求信号寄存信号variable in_all,o_u_all,o_d_all,o_i_all:std_logic_vector（3 downto 0）; -电梯内外请求信号寄存器if clkevent and clk=1 then -if alarm=then -i

12、n1_r:=;in2_r:0in3_r:in4_r: -o_u1_r:o_u2_r:o_u3_r: -o_d2_r:o_d3_r:o_d4_r: -else if in1= then in1_r: end if; -对电梯内乘客请求信号进行检测和寄存 if in2= then in2_r:end if; if in3= then in3_r: if in4= then in4_r: if o_u1= then o_u1_r: -对电梯外乘客上升请求信号进行检测和寄存 if o_u2= then o_u2_r: if o_u3= then o_u3_r: if o_d2= then o_d2_r

13、: -对电梯外乘客下降请求信号进行检测和寄存 if o_d3= if o_d4= -end if; in_all:=in4_r&in3_r&in2_r&in1_r; -电梯内乘客请求信号并置 o_u_all:&o_u3_r&o_u2_r&o_u1_r; -电梯外乘客上升请求信号并置 o_d_all:=o_d4_r&o_d3_r&o_d2_r& -电梯外乘客下降请求信号并置 o_i_all:=in_all or o_u_all or o_d_all; -电梯内、外乘客请求信号进行综合 and en= and stop=and overload= case g is when g1 = led=0

14、001 -电梯到达一楼，数码管显示1 if in1_r= or o_u1_r= then -有当前层的请求，则电梯进入开门状态 in1_r: o_u1_r: en_upen_dwopendoor g then -有上升请求，则电梯进入预备上升状态=g2; end if; when g2 =0010 -电梯到达二楼，数码管显示2 if updown= then -电梯前一运动状态位上升 if in2_r= or o_u2_r= or o_d2_r= then -有当前层的请求，则电梯进入开门状态 in2_r: o_u2_r:o_d2_r: en_up elsif o_i_all= then en

15、_up0011 then -有上升请求，则电梯进入预备上升状态 g=g3;-无请求时，电梯停在二楼待机 elsif o_i_all -电梯到达三楼，数码管显示3 if in3_r= or o_u3_r= or o_d3_r= in3_r: o_u3_r:en_up -电梯到达四楼，数码管显示4 if in4_r= or o_d4_r= in4_r: o_d4_r: elsif o_i_all null;-en_up -电梯进入上升或下降状态 end case;end process;process（clk,en_up,en_dw,opendoor,stop,overload）variable

16、v_en : std_logic;variable t1 : integer range 0 to 3; -开关门延时计数器 variable t2 : integer range 0 to 5; -开关门延时计数器variable flag :- if（rising_edge（clk）and stop= and overload=）then if（en_up or en_dw or opendoor）=）then v_en: else v_en: if opendoor= if （t1=0 and flag=）then- flag: t1:=3; elsif（t1=0 and flag= v_en:-flag: else=t1-1; -开门操作 - elsif （en_up=）then -上升预操作 =0;flag: updown if （t2=5）thent2: t2:=t2+1; -开门操作 elsif en_dw= then -下降预操作 t1: updown end if; en=v_en; led_c=t1;end behav;资料仅供参考!