电梯控制系统的设计与实现1系统设计分析11系统的整体设计在.docx

1、电梯控制系统的设计与实现1系统设计分析11系统的整体设计在电梯控制系统的设计与实现1系统设计分析1.1 系统的整体设计在电梯控制系统的设计中，核心是电梯运行的状态控制器的设计。为突出状态之间的转换关系，令电梯以同一速率升降。主要需要考虑： （）电梯的人工手动控制；（）电梯的运行状态显示；（3）电梯的策略控制设计。本文将电梯设计分成3个模块：Veryhardd：该模块是整个程序的核心，是电梯控制器设计部分，主要的设计思想是将电梯的状态划分为4个：一层状态（c1）、二层状态（c2）、三层状态（c3）、开门状态（kai）。对每一个状态分析其所有的可能。Seg：功能是将楼层信号转换成可以用数码管显示的

2、信号Dian：该模块的功能是将电梯工作模式利用1616点阵显示出来。电梯状态控制器部分用状态机来实现。基本模型如下： （1）每层电梯入口处设有上下请求开关，电梯内设有乘客到达层次的停站请求开关（2）设有电梯所处位置指示装置及电梯运行模式（上升或下降）指示装置（3）电梯每秒升（降）一层楼（4）电梯到达有停站请求的楼层后，经过1s电梯门打开，开门指示灯亮，开门4s后，电梯门关闭（开门指示灯灭），电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停在当前层。（5）能记忆电梯内外的所有请求信号，并按照电梯运行规则次序响应，每个请求信号保留至执行后消除（6）电梯运行规则：当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位

3、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，如更高层有下楼请求，则直接升到有下楼请求的最高楼层接客，然后便进入下降模式，当电梯处于下降模式时，则与上升模式相反。（7）电梯初始状态为一层开门1.2 电梯状态控制器的设计1.2.1 设计思路 （）电梯输入输出端口设计。输入端口包括： 在电梯外部的升降的请求端口（up1、up2、down2、down3）， 一层不需要有下降请求， 最高层不需要上升请求， 中间层上升、下降请求端口都应具备，高电平表示有请求信号； 在电梯内部的各层停留的请求端口（k1、k2、k3），高电平表示有请求信号；一个用于驱动电梯的上升下降等动作时钟输入端口

4、以及一个时钟频率比电梯高得多的按键时钟输入端口（clk）。而响应的输出端口包括：电梯内部的各层停留响应端口（a1、a2、a3）； 在电梯外部显示电梯的位置端口（site）；电梯开门关门的状态指示端口(door),0表示关门，1表示开门以及电梯升降指示端口（mode），0表示上升，1表示下降。 （） 电梯控制器的实现通过状态机实现，状态机设置了四个状态，电梯处于一层状态（c1）、电梯处于二层状态（c2）、电梯处于三层状态（c3）及电梯处于开门状态（kai）。每个状态之间的转换条件由设计要求决定。 1.2.2程序设计 在电梯控制器的设计中， 只设计了一个进程，以clk为进程激励信号，当state（

5、电梯状态）c1时，电梯在一层转为上升模式，定义z1说明有任何请求电梯都会被破坏初态，z0电梯初态为一层开门；如果电梯为一层关门状态：一层有停电梯或一层有上升请求时电梯转为开门状态；若电梯有二层上升或二层停电梯请求时，statec2；若电梯有三层下降或三层停电梯请求时，statec3，并定义此情况为x1；若电梯有二层下降请求时，statec2，电梯转为下降模式。当statec2时，电梯处在二层上升模式时，若电梯二层有停电梯或二层有上升的请求时，电梯转为二层开门状态；若电梯三层有下降或三层有停电梯请求或x1时，statec3；若电梯有二层下降或一层下降或一层停电梯请求时，电梯转为下降模式；当sta

6、tec2时，电梯处在二层下降模式时：若电梯二层有停电梯或二层有下降请求时，电梯转为二层开门状态；若电梯有一层上升或一层停电梯或y1时，statec1；若电梯二层有上升或三层有下降或三层有停电梯请求时，电梯模式转为上升。当statec3时，电梯处于三层下降模式，若电梯有三层停电梯或三层有下降请求时，电梯转为三层开门状态；若电梯二层有下降或二层有停电梯请求时，statec2；若电梯一层有上升或一层有停电梯请求时statec2；并记忆此情况为y1；若电梯有二层上升请求时，statec2；并转为上升模式；当statekai时，电梯处于开门状态，并保证开门4s。1.3 显示模块的设计表 1.3译码器真值

7、表采用动态显示模式， 在扫描频率大于人眼睛的视觉暂留频率（24HZ）以上，就可以达到点亮单个七段数码管显示器。 表1.3译码器真值表楼层123输入001010100输出0000110101101110011111.4电梯模式显示模块设计一个1616点阵显示电梯的运行模式，上升用向上箭头表示，见表1.4.1，下降用向下箭头表示，见表1.4.2。表1.4.1向上箭头译码真值表 输入输出001100001100000000000100000110000000000001010011000000000000011001100000000000000111111111*11000111111*11001

8、0110000000000000101000110000000000001011000110000000000011000000110000000000others00000000000000001.5 输入端口设计在状态机的设计中， 定义了7个按键输入端。分别是：（1）1层上升请求按键、（2）2 层上升请求按键、（3）3层下降请求按键、（4）2层下降请求按键 、（5） 电梯1层停止请求按键、（6）电梯2层停止请求按键（7）电梯3层停止请求按键。1.4.2向下箭头译码真值表输入输出001100000000001100000100000000000001100001010000000000001

9、100011000000000000001100111111111*11000111111*110010000000000000110101000000000000011001011000000000001100011000000000000110000others00000000000000002建立模型状态机设置了四个状态，电梯处于一层状态（c1）、电梯处于二层状态（c2）、电梯处于三层状态（c3）及电梯处于开门状态（kai）。状态机设计状态转换如图2所示，每个状态之间的转换条件如表2所示。图2 状态机的状态转换图表2 状态机状态转换条件表Source StateDestination S

10、tateConditongC1KaiZ=0 or tingl(1)=1 or upl(1)=1C1C2downl(2)=1or downl(3)=1 or tiongl(3)=1 or upl(2)=1 or tingl(2)=1C2Kaitingl(2)=1 or upl(2)=1 or downl(2)=1C2C1Upl(1)=1 or tingl(1)=1 or y=1C2C3downl(3)=1 or tingl(3)=1 or x=1C3Kaitingl(3)=1 or downl(3)=1C3C2downl(2)=1 or tingl(2)=1 or upl(1)=1 or tin

11、gl(1)=1 or upl(2)=13 仿真结果及分析在完整的系统设计中使用Max+PlusII10.0软件完成VHDL 描述和原理图的层次设计。在底层设计中，用VHDL分别实现每一个模块的功能，将每个模块生成可供Max+PlusII调用的器件符号，再将这些器件符号连接在一起构成整个系统原理图，如图3.1所示。综合编译完成后，选择 clk时钟信号为 k,这里为使编译快速，观察方便，使用clk为10us，配置适当的输入信号， 得到如图3.2所示的仿真结果。原先电梯停留在第一层，电梯外第一层有上升请求，电梯先开门载客然后上升，电梯上升到二层，有上升的要求， 继续上升，又有三层下降的请求，接着电梯

12、模式转为下降，到二层又有二层下降请求，要求下降到一层，电梯开门载客，下降到一层，最后电梯停留在一层。 图3.1 系统原理图图.2 三层电梯的仿真波形4 总结通过一学期对这门课的学习，基本掌握了一些基础知识，软件的运用和VHDL语言的使用，但思路还总局限于C语言的思路里，有待于继续学习与提高。在程序的调试过程中，经常会遇到一些问题，经过努力终于运行成功了，本人体会到一点，在程序的编写过程中，要先输入整体框架，保证语法正确，一步一步输入，不要整篇程序都先输入，导致调试过程中遇到许多错误。对于本人学习这门课的编程是重点，本人的毕业设计就是基于这门课的，所以本人在VHDL的研究上还要继续努力，争取早日

13、能掌握好这门语言。谢谢老师教导！附录A： veryhardd模块程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity veryhardd isport(up1,up2,down2,down3,clk,k1,k2,k3:in std_logic;site:out std_logic_vector(3 downto 1);a1,a2,a3:out std_logic;mode,door:out std_logic);end veryhardd;architecture veryhardd_arc of veryhardd istype state_ty

14、pe is(c1,c2,c3,kai);beginprocess(clk)variable upl,downl,tingl,cengl:std_logic_vector(3 downto 1);variable mo,x,y,z:std_logic;variable cnt1,cnt2:integer;variable state:state_type;begin if( clkevent and clk=1) then if (up1=0 )then upl(1):=1; end if; if(up2=0) then upl(2):=1; end if; if(down3=0) then d

15、ownl(3):=1; end if; if(down2=0) then downl(2):=1; end if; if (k1=0 )then tingl(1):=1; end if; if (k2=0) then tingl(2):=1; end if; if (k3=0 )then tingl(3):=1; end if; if (cnt1cengl:=001; mo:=0; if upl/=000or downl/=000or tingl/=000then z:=1; end if; if z=0 then door=1; else doorcengl:=010; if (mo=0 )

16、then if tingl(2)=1 or upl(2)=1 then state:=kai; tingl(2):=0; upl(2):=0; elsif(downl(3)=1or tingl(3)=1or x=1)then state:=c3; x:=0; elsif(downl(2)=1or upl(1)=1or tingl(1)=1)then mo:=1; end if; else if(tingl(2)=1 or downl(2)=1)then state:=kai; tingl(2):=0; downl(2):=0; elsif(upl(1)=1or tingl(1)=1or y=1

17、)then state:=c1; y:=0;elsif(upl(2)=1ordownl(3)=1or tingl(3)=1)then mo:=0; end if;end if; when c3=mo:=1; cengl:=100; if (tingl(3)=1 or downl(3)=1 )then state:=kai; tingl(3):=0; downl(3):=0; elsif(downl(2)=1 or tingl(2)=1)then state:=c2; elsif (upl(1)=1 or tingl(1)=1) then state:=c2; y:=1; elsif (upl(

18、2)=1) then state:=c2; mo:=0; end if; when kai=door=1; if (cnt23 )then cnt2:=cnt2+1; else door=0; cnt2:=0; if (cengl=001 )then state:=c1; elsif(cengl=010) then state:=c2; else state:=c3; end if; end if; end case; cnt1:=0;end if;end if;site=cengl;a1=tingl(1);a2=tingl(2);a3=tingl(3);modeqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq=0000000000000000; end case; end if; end if; selqqqnull; end case; end if; end process;end seg_arc;电梯控制系统的设计与实现学院：控制理论与控制工程学院姓名：赵辉学号：640129