【正文】 23RB324RB425RB526RB627RB728A1 P I C 1 6F 8 7 3V C CD0D1D2D3 D4D5D6D7V C CR01kR14 7k87654123A0A1A2A3A4A5l e d 0 l e d 1 l e d 2 l e d 3 l e d 4 l e d 5 l e d 6 l e d 7R D 11KR D 21KR D 31KR D 41KR D 51KR D 61KR D 71KD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7R D 01KR21kL E DV C CR51 0KR61 0KR71 0KR81 0KR91 0KR 1 01 0KR 1 11 0KR 1 21 0KV C Cr e s t a 圖 3 電梯內(nèi)硬件電路 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 31 頁(yè) 電梯硬件控制模塊 — 軟件設(shè)計(jì) 主控制器的功能 1）完成 4個(gè)樓層多用戶的載客服 務(wù)控制。其模塊電路如圖 2所示： 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 S e p 2 0 0 8 S he e t o f F i l e : C : \ D oc u m e n t s a nd S e t t i ng s \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \8 月 26 改板電梯 \8 月 26 改板電梯 .d d bD r a w n B y:4MC1 3 0pC2 3 0pV C CR01kR14 7k11223344S09 10 115 6 71 2 3l e d 0 l e d 1 l e d 2 l e d 3 l e d 4 l e d 5 l e d 6 l e d 7R D 11KR D 21KR D 31KR D 41KR D 51KR D 61KR D 71KD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7R D 01KR21kL E DV C CR31 0KR41 0KR51 0KR61 0KR71 0KR81 0KV C CV C C13 14 15 161284R91 0KR 1 01 0Kl e d 8 l e d 9 l e d 10 l e d 11 l e d 12 l e d 13 l e d 14 l e d 15RC01KRC11KRC21KRC31KRC41KRC51KRC61KRC71KC0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7B0B1B2B3B4B5B6B7M C L R1R A 02R A 13R A 24R A 35R A 46R A 57R E 08R E 210VDD11V s s12O S C 113O S C 214RC015RC116RC217RC318R D 019R D 120RB740RB639RB538RB437RB336RB235RB134RB033VDD32V s s31R D 730R D 629R D 528R D 427RC726RC625RC524RC423R D 322R D 221R E 19P I C 1 6F 8 7 7A1P I C 1 6F 8 7 7V C CA0A1A2A3A4A5C0C1C2C3 C4C5C6C7D0D1 D2D3D4D5D6D7B0B1B2B3B4B5B6B7V C C 圖 2 電梯外硬件電路 電梯硬件控制模塊 — 內(nèi)控制模塊 電梯內(nèi)控制模塊是負(fù)責(zé)收集電梯內(nèi)部的人員按鍵和控制相應(yīng) LED 燈亮滅的模塊。 電梯硬件控制模塊 電梯硬件控制模塊 — 外控制模塊 電梯外控制模塊是負(fù)責(zé)收集電梯外部的人員按鍵和控制相應(yīng) LED 燈亮滅的模塊，考慮到每一層樓都會(huì)有向上和向下兩個(gè)運(yùn)行方向，所以在 4 個(gè)樓層里一共需要 4個(gè)按鍵和 4個(gè) LED 燈。 2）信號(hào)存儲(chǔ)模塊 電梯控制器的請(qǐng)求輸入信號(hào)有 27 個(gè)（電梯外有 9個(gè)上升請(qǐng)求和 9 個(gè)下降請(qǐng)求的用戶輸入端口，電梯內(nèi)有 9 個(gè)請(qǐng)求用戶輸入端口），由于系統(tǒng)對(duì)內(nèi)、外請(qǐng)求沒有設(shè)置優(yōu)先級(jí)，各樓層的內(nèi)、外請(qǐng)求信號(hào)被采集后可先進(jìn)行運(yùn)算，再存到存儲(chǔ)器內(nèi)。綜合比較，節(jié)能是本系統(tǒng)的主題，所以選擇方案二。 方案二：使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào) 速技術(shù)取得了巨大的發(fā)展。方案二使用硬件濾波可靠性高，它提供給控制器的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方波，有利于處理器對(duì)按鍵狀態(tài)的判斷，而且增加的硬件成本也不高。從亮度和成本考慮，本系統(tǒng)選擇方案二。缺點(diǎn)是耗電大，顯示內(nèi)容有限。所以方案二更好。在豎井的最高處（控制器安裝的地方）安裝一個(gè)超聲波測(cè)距儀，超聲波測(cè)距儀的發(fā)射頭向下發(fā)出超聲波，超聲波到達(dá)電梯廂的頂部就反射回來(lái)由超聲波測(cè)距儀的接收頭接收，并記下從發(fā)射到接收到超聲波的時(shí)間 t，通過(guò)公式計(jì)算處電梯的所處位置的高度 h 340 th 2H ??? 其中 H為電梯在最高樓層時(shí)的高度，超聲波在空氣中的速度事 340m/s。 方案一：采用金屬接近開關(guān)檢測(cè)電梯層數(shù)。 當(dāng) dir=1 時(shí)表示電梯處于上升模式時(shí)，這時(shí)電梯只響應(yīng)比電梯所在位置高的基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 上樓請(qǐng)求；當(dāng) dir=0 時(shí)表示電梯處于下降模式時(shí)，這時(shí)電梯只響應(yīng)比電梯所在位置低的下樓請(qǐng)求。 這種機(jī)構(gòu)巧妙地應(yīng)用電梯廂（包括乘客）的重力勢(shì)能和配重的重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)換，達(dá)到節(jié)約能源的目的。若有乘客需要從低樓層上到高樓層，則控制系統(tǒng)則控制電機(jī)使電梯廂下上運(yùn)動(dòng)，配重向下運(yùn)動(dòng)，配重的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電梯廂的重力勢(shì)能。使其在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。設(shè)計(jì)者可以不懂硬件基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 31 頁(yè) 的結(jié)構(gòu)，也不必管最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)。 （二）可移植性 VHDL 語(yǔ)言是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，其設(shè)計(jì)描述可以為不同的 EDA 工 具支持。 的特點(diǎn) （一）功能強(qiáng)大 VHDL 具有功能強(qiáng)大的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)。 1993 年該標(biāo)準(zhǔn)增修為 IEEE1164 標(biāo)準(zhǔn)。與 SDL（ Software Description Language）相似，經(jīng)歷了從機(jī)器碼（晶體管和焊接）、匯編（網(wǎng)表）、到高級(jí)語(yǔ)言（ HDL）的過(guò)程。本章在 VHDL 的特性之后，從這兩個(gè)角度簡(jiǎn)要介紹VHDL 的語(yǔ)法基礎(chǔ)。因此， FPGA 的使用非常靈活。掉電后， FPGA 恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此， FPGA能夠反復(fù)使用。 可以說(shuō)， FPGA 芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 FPGA 可做其它全定制或半定制 ASIC 電路的中試樣片。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) 介紹 簡(jiǎn)述 FPGA 是英文 Field－ Programmable Gate Array 的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在 PAL、 GAL、 CPLD 等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。設(shè)計(jì)者可以利用 HDL 程序來(lái)描述所希望的電路系統(tǒng)，規(guī)定其結(jié)構(gòu)性和電路的行為方式；然后利用 EDA 工具將此程序變成能控制場(chǎng)效應(yīng)可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array） /復(fù)雜可編程邏輯器件（ Complex Programmable Logic Device）內(nèi)部結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯功能的門級(jí)或更底層的結(jié)構(gòu)網(wǎng)表文件和下載文件。隨著超大規(guī)模集成電路（ Very Large Scale Integration）規(guī)模和技術(shù)復(fù)雜度的急劇增長(zhǎng)，一塊芯片內(nèi)集成門已可達(dá)幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)門，并且還在迅速增長(zhǎng)，電子系統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)已十分困難，必需依靠電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)。因此對(duì)電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國(guó)老式電梯的改 造方法具有十分重要的意義。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。 關(guān)鍵詞：控制器； EDA；電梯 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) Abstract This Elevator as a product of modern civilization, as early as in the last century into our lives. The design is based on the electronic design automation (Electronic Design Automation) very high speed integrated circuit hardware description language (Very in High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) six elevator control program development language. VHDL has the features and the specific hardware circuit design is independent and platform independent, and has the ability to describe the behavior of the circuit is described and the system is good, and in the aspects of language readability and hierarchical structure design, demonstrated strong vitality and potential applications. This design introduced the design of elevator controller based on VHDL language, and gives the circuit synthesis and simulation. The controller to follow the direction of the principle of priority, operation provides 6 floors of the passenger service and more user instructions for elevator. Through the program debugging and running the simulation, results show that, the design can be done: elevator floor indicator, elevator running direction, overload alarm, fault alarm etc.. Keywords: controller, EDA, elevator 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 1 章 緒論 選題背景 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、近年來(lái)，我國(guó)的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展．一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、修改工藝。 VHDL 具有與具體硬件電路無(wú)關(guān)和設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，并在語(yǔ)言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面，表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。本設(shè)計(jì)就是基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ Electronic Design Automation）技術(shù)中的甚高速集成電路硬件描述語(yǔ)言（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware D