【正文】 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 電梯控制器的設(shè)計(jì) The Design of Elevator Controller 2021 屆 電氣工程 系 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 20216377 學(xué)生姓名 張煒瑋 指導(dǎo)教師 高迎霞 完成日期 2021 年 5月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 學(xué)生姓名 張煒瑋 學(xué)號(hào) 20216377 班級(jí) 方 08093 專業(yè) 電子信息工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 基于 FPGA電 梯控制器的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 高迎霞 指導(dǎo)教師職稱 講師 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)閱人 得分 答辯小組組長(zhǎng) 得分 成績(jī)： 院長(zhǎng) (主任 )簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目 基于 FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì) 姓名 張煒瑋 學(xué)號(hào) 20216377 班級(jí) 方 08093 專業(yè) 電子信息工程 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程系 導(dǎo)師姓名 高 迎霞 導(dǎo)師職稱 講師 一、主要內(nèi)容 該項(xiàng)目主要模擬電梯控制的整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)電梯控制。主要包含硬件部分和軟件部分，硬件部分完成模擬電梯控制所需控制電路和顯示部分，軟件部分通過(guò) VHDL語(yǔ)言完成電梯控制的整個(gè)過(guò)程。兩者協(xié)調(diào)工作可以完成電梯控制的整個(gè)過(guò)程。 二、基本要求 設(shè)計(jì)一個(gè)多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成 3個(gè)樓層的載客服務(wù)。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請(qǐng)求上下開(kāi)關(guān)，供乘客選擇到達(dá)樓層。電梯運(yùn)行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號(hào)，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。電梯具有延時(shí)功能，并能 夠正確顯示電梯的運(yùn)行情況、電梯所在樓層。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1．完成主要功能。 2. 原理圖，波形圖。 3. 使用說(shuō)明書撰寫。 4. 論文正文不少于 1萬(wàn)字，查閱文獻(xiàn)資料不少于 10篇，其中外文文獻(xiàn) 2篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000漢字。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) VHDL 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。 Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)工具。 關(guān)于 cyclone 系列相關(guān) FPGA 開(kāi)發(fā)文檔。 EP1C12Q240C8 芯片的使用手冊(cè)和接口電路。 五、進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周 — 第 2 周 開(kāi)題報(bào)告和任務(wù)分配 第 3 周 — 第 7 周 需求分析，概要設(shè)計(jì) 第 8 周 — 第 12 周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核 第 13 周 — 第 14 周 寫論文 第 15 周 — 第 16 周 上交論文，答辯 教研室主任簽字 時(shí)間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目 基于 FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 張煒瑋 學(xué)號(hào) 20886377 班級(jí) 080903 專業(yè) 電氣工程系 一、研究背景 當(dāng)今社會(huì)，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日 常生活密不可分。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采樣、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制。從控制方式和性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這兩中方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)（“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng)”）、 FPGA的控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰，微機(jī)控制系 統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而 FPGA 控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著我國(guó)城鄉(xiāng)居民生活水平的不斷提高 ,住宅和一般公共建筑內(nèi) ,空調(diào)和電梯成為最大的兩只“電老虎”。據(jù)測(cè)算 ,在冬夏兩季 ,建筑中空調(diào)的能耗一般占整個(gè)建筑能耗的 50%,因此控制空 調(diào)溫度、使用節(jié)能空調(diào) ,對(duì)降低建筑能耗起著至關(guān)重要的作用。與此同時(shí) ,電梯的耗能不容忽視 ,據(jù)了解 ,目前我國(guó)星級(jí)酒店每年每平方米耗電量為 150 度 ,其中將近一半用于電梯。中國(guó)電梯行業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為 ,2021 年我國(guó)所有電梯中 ,如果 80%采用節(jié)能電梯 ,全年可節(jié)電 122 億度。如果 2021 年全部采用節(jié)能電梯 ,將節(jié)電 800 億度 ,幾乎相當(dāng)于三峽大壩一年的發(fā)電量。 國(guó)外電梯的情況 目前，國(guó)外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來(lái)越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中新的組成部分。 電梯是集機(jī)電一體的 復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問(wèn)題。而對(duì)現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實(shí)上，在電梯上己經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候，對(duì)機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險(xiǎn)系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面電子商務(wù)資料庫(kù)保證電梯的最終高質(zhì)量。在國(guó)外己 法規(guī) 實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊(duì)和維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗(yàn)，從而為電梯運(yùn)行的可靠 性和安全性提供了保證。因此，可以說(shuō)乘坐電梯更安全。美國(guó)一家保險(xiǎn)公司對(duì)電梯的安全性做過(guò)認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是 :乘電梯比走樓梯安全 5 倍。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)乘其他交通工具的人數(shù)每年約為 80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有 540億人次之多。 三、研究方案 設(shè)計(jì)一個(gè)多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成 3個(gè)樓層的載客服務(wù)。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請(qǐng)求上下開(kāi)關(guān)，供乘客選擇到達(dá)樓層。電梯運(yùn)行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號(hào)，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。電梯能夠正確顯示電梯的運(yùn)行情況、 及電梯所在樓層。 四、預(yù)期結(jié)果 此系統(tǒng)是個(gè) 3層樓的電梯控制器設(shè)計(jì)。該控制器可控制電梯完成 3層樓的載客服務(wù)而且遵循方向優(yōu)先原則 。 內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式方案：類似于出租車的工作方式，先將車上的人送至目的地，再去載客。作為通用型電梯應(yīng)該服務(wù)于大多數(shù)人，必須考慮電梯對(duì)內(nèi)外請(qǐng)求的響應(yīng)頻率。在內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式中，當(dāng)電梯外部人的請(qǐng)求和電梯內(nèi)部人的請(qǐng)求沖突時(shí)，外部人的請(qǐng)求信號(hào)可能被長(zhǎng)時(shí)間忽略，因而它不能作為通用型電梯的設(shè)計(jì)方案。 單向?qū)訉油？刂品绞椒桨福旱韧疖囶^的運(yùn)行方式，遇到即停止、開(kāi)門。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于“面面俱 到”，可以保證所有人的請(qǐng)求都能得到響應(yīng)。 方向優(yōu)先控制方案：指電梯運(yùn)行到某一樓層的時(shí)先考慮這一樓層是否有請(qǐng)求：有則停止；無(wú)則繼續(xù)前進(jìn) 五 、主要技術(shù)指標(biāo)： ； ； ； ； 1 萬(wàn)字，查閱文獻(xiàn)資料不少于 10 篇，其中外文文獻(xiàn) 2 篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000漢字。 六 、進(jìn)度計(jì)劃： 第 1周 — 第 2周 開(kāi)題報(bào)告和任務(wù)分配 第 3周 — 第 7周 需求分析，概要設(shè)計(jì) 第 8周 — 第 12周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核 第 13周 — 第 14周 寫論文 第 15周 — 第 16周 上交論文，答辯 。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘 要 摘要 ： 電梯作為現(xiàn)代化的產(chǎn)物，早在上個(gè)世紀(jì)就進(jìn)入到我們的生活當(dāng)中，對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器 接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，隨著 EDA 技術(shù)的發(fā)展， FPGA 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)控制的各個(gè)方面中，本設(shè)計(jì)就是利用一片 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)是基于 VHDL 開(kāi)發(fā)上的三層電梯控制器。以 QuartusⅡ 為開(kāi)發(fā)環(huán)境，最終將在 EDA實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)三層電梯控制的基本功能顯示。其功能包括：顯示電梯樓層數(shù)、響應(yīng)樓層請(qǐng)求、 電梯上升下降指示、電梯開(kāi)關(guān)門。 關(guān)鍵詞：電梯控制、 FPGA、 VHDL、 EDA Abstract： The life,as the modernized result,are entered in ourlife in last the elevator control,the traditional approch is to use relaycontactor system to development of EDA has been widely used in all aspects of electronic design design is to use an FPGA to realize the elevator control. The project is based on the VHDL language development of three elevator Quartus Ⅱ development environment,the ultimate test case in the EDA to achieve three basic functions of the life controller features include:show floor where the life current,showed that the request happened floors,floor to respond to the requset,closing delay setting elevator door open display. Key word : life control、 FPGA、 VHDL、 ED 目錄 第 1 章 緒 論 ....................................................................................................................... 1 問(wèn)題的提出 .................................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)目的 ....................................................................................................................... 1 電梯控制的未來(lái) ............................................................................................................. 2 第 2 章 設(shè)計(jì)的 基礎(chǔ)依據(jù) ......................................................................................................... 3 EDA概述 ....................................................................................................................... 3 什么是 EDA ....................................................................................................... 3 EDA的特點(diǎn) ....................................................................................................... 4 EDA的應(yīng)用 ........................................................................................