【正文】 速計數(shù)器復位。)then inner_req(8)=39。)theninner_req(8)=39。039。139。用同樣的方法，判斷其它樓層的內部請求，如果某層有內部請求，則該層的內部請求指示燈亮，并保持到內部請求響應完畢。139。039。039。139。電梯在七樓運行，此時有下降任務，電梯在往上運行，且八樓沒有下降請求，則七樓的外部下降請求信號燈滅；end if。 and state(1 downto 0)=01 and down_req(8)=39。)then down_req(7)=39。)thendown_req(7)=39。039。139。以此類推，判斷6樓到2樓是否有外部下降請求，如果有，該層的外部下降請求指示燈亮，并保持到請求信號響應完畢。139。也采用逐層判斷的方法，先從8樓開始判斷，最后到2樓。)then up_req(1)=39。)thenup_req(1)=39。如果電梯在七樓，有上行的任務,電梯向下運行，6到1樓沒有下降請求，則七樓的外部上升請求信號燈滅。如果電梯到達七樓平層，則七樓的外部上升請求指示燈滅；else if(current_floor=7 and run=39。如果七樓有上升請求，則七樓的外部上升請求指示燈亮；else if(current_floor=7 and run=39。七樓外部上升請求信號記憶燈顯示語句如下：if(outer_u7=39。0180。1180。 請求信號顯示分為外部上升請求信號顯記憶燈顯示、外部下降請求信號記憶燈顯示和內部請求信號記憶燈顯示。139。當該層有人請求，則該層的請求信號記憶燈亮，直到電梯響應該層的請求時，請求信號記憶燈才滅。下降請求的原理類似。 時序電路及電梯運行時樓層變化和提前延時關門功能：根據(jù)狀態(tài)指示信號對所到達的樓層數(shù)信號做相應的增減。當電梯運行到所在的樓層，在開門達到一定的時間后給該位復位。、向下運行還是處于停止狀態(tài)的判斷,以及使電梯按一定的規(guī)則來運行。系統(tǒng)軟件大致分為：請求信號記憶燈顯示電路模塊、樓層檢測電路模塊、控制七段數(shù)碼管顯示樓層電路模塊、電梯轎廂開關門電路模塊、電梯運行控制模塊。系統(tǒng)利用行程判斷樓層，并轉化成BCD碼輸出，通過硬件電路以LED顯示。其中，上行優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構成的隊列。同時，每層樓設置一個數(shù)碼管用于顯示系統(tǒng)的樓層信號。電梯控制系統(tǒng)始終實時顯示轎廂所在樓層。（2）電梯通過拖動調速模塊驅動直流電機拖動轎廂運動。電梯使用時，系統(tǒng)結合相應的電梯使用規(guī)范完全可以滿足人民的需要，而且效率比較高[14]。 信號的輸出顯示模塊本系統(tǒng)的輸出信號有兩種：一種是電機的升降控制信號（兩位）和開門、關門控制信號；另一種是面向電梯用戶的提示信號（含樓層顯示、方向顯示、已接受請求顯示等）。對某一樓層的請求信號的存儲電路如圖22所示[13]。外部的請求信號的輸入形式為按鍵輸入，到達樓層信號來自光敏傳感器，關門中斷信號及超載信號則產(chǎn)生于壓力傳感器[14]。圖21 系統(tǒng)的組成框圖 系統(tǒng)各模塊功能對外部信號采集、處理要求電梯控制器： 1. 外部請求信號的實時、準確采集； 2. 準確、實時的捕捉樓層到達的信號 3. 有效的防止樓層到達信號、外部請求信號的誤判。本系統(tǒng)的控制器采用方向優(yōu)先控制方案來實現(xiàn)對一個八層電梯的控制。 這種運作方式下，電梯對用戶的請求響應率為，且響應的時間較短。因而這不是理想的方案。層層?？刂品绞降韧诨疖嚨倪\行方式，遇站即停止，開門。內部請求優(yōu)先控制方式類似于出租車的工作方式，先將車上人送至目的地，再去載客。6．電梯運行規(guī)則：當電梯處于上升模式時，只響應比電梯所在位置高的上樓信號，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請求時，則直接升到有下降請求的最高樓接客，然后進入下降模式，但電梯處于下降模式時，則與上升模式相反。2．設有電梯所處位置指示裝置以及電梯運行模式（上升或下降）指示裝置?？紤]到電梯在載客重量上有限制，而且為了防止因惡作劇而按下過多的轎內指令按鈕，本控制器在安全控制的基礎上還增設了超載報警和故障報警的功能。目標器件選用FPGA器件，源程序經(jīng)altera公司quartusⅡ的軟件仿真，并且下載到EDA實驗箱驗證其結果。 Altera Quartus II 設計軟件是業(yè)界唯一提供FPGA和固定功能HardCopy器件統(tǒng)一設計流程的設計工具。其次，VHDL語言在執(zhí)行上具有并發(fā)性，很適合描述電路的并發(fā)性特點?？梢姡瑹o論修改電路還是修改工藝，相互之間不會產(chǎn)生什么不良影響。2. VHDL語言具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，可以從系統(tǒng)的數(shù)學模型直到門級電路。自IEEE公布了VHDL的標準版本，IEEE1076（簡稱87版)之后，各EDA公司相繼推出了自己的VHDL設計環(huán)境，或宣布自己的設計工具可以和VHDL接口。 。 ，控制系統(tǒng)結構簡單，外部線路簡化。此種FPGA其芯片內部自帶了FLASH ROM，可以存儲程序而不需要外接ROM，可以節(jié)省了成本和制版面積[9]。當需要修改FPGA功能時，只需要換一片EPROM即可。它是作為專用集成電路ASIC領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，即解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。隨著EDA技術的迅速發(fā)展，F(xiàn)PGA/CPLD已經(jīng)廣泛的應用于電子設計、自動控制、信號處理等各個方面。傳統(tǒng)電梯的平層開始信號由平層感應器發(fā)出[6]。一般情況下電梯按先上后下的原則安排運送乘客的次序，而且規(guī)定在運行方向確定之后，不響應中途的反向呼喚要求，直到到達本方向的最遠站點才開始返程。按鈕按下后，該信號應被記憶并使相應的指示燈點亮。目前電梯設有一些安全服務，來滿足乘客的要求，電梯的安全運行有以下一些主要控制要求:轎廂中的乘客及門廳中等待電梯的人都需要知道電梯的位置，因而轎廂及門廳中都設有以樓層標志的電梯位置。另外，用FPGA/CPLD取代原來的控制系統(tǒng)的機型對單梯進行控制還是有前途的。在電梯反饋系統(tǒng)方面，采用閉環(huán)速度反饋，利用套在電機軸上的增量編碼器產(chǎn)生脈沖信號反饋給控制系統(tǒng)。 目前，我國國內的電梯產(chǎn)品，在數(shù)量和質量都有了顯著的提高。 在電梯控制系統(tǒng)方面，目前國外發(fā)達國家的電梯正在推廣32位微機控制系統(tǒng)。綜合以上考慮本設計就以FPGA作為工具對升降電梯的各種操作進行控制，利用QuartusⅡ軟件和VHDL硬件描述語言對電梯控制器進行設計，最后利用實驗室現(xiàn)有的EDA實驗箱，將程序下載到實驗箱進行驗證。因而FPGA（Field Programmable Gate Array）正是集成芯片設計者所尋求的可重復編程的仿真器件。因此對電梯控制技術進行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義 [1][2] 。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷。基于FPGA的全自動電梯控制器的設計序言隨著科學技術的發(fā)展、近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術得到了迅速發(fā)展．一些電梯廠也在不斷改進設計、修改工藝。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，目前已逐漸被淘汰。由于這些電梯交流調壓調速系統(tǒng)，交流雙速電機拖動系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調壓調速系統(tǒng)屬能耗型調速的機械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進行改造，提高電梯的運行性能。FPGA不僅具有可以滿足電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性、開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少等優(yōu)點，而且可以通過軟件編程對硬件的結構和工作方式進行重構式的硬件的設計，如同軟件設計那樣的方便快捷[2]。Altera公司的Quartus II 設計軟件是適合單芯片可編程系統(tǒng)的最全面的設計環(huán)境。且電梯的功能也在不斷的提高，其控制方式也在不斷的發(fā)生著變化。在電梯反饋系統(tǒng)方面，除了采用旋轉編碼器獲得電梯轎廂位置信號外，還有一些廠家采用絕對值編碼器從電梯轎廂上反饋位置信號給系統(tǒng)，對曳引電機進行以距離為原則的控制，以實現(xiàn)直接平層技術，達到優(yōu)越的電梯運行效果[2]。在電梯傳動系統(tǒng)方面，對于新裝客梯及舊梯改造項目，大多數(shù)采用了交流變壓變頻(VVVF)調速電梯。微機控制電梯是電梯技術的方向，一些生產(chǎn)企業(yè)與科研單位相結合，相繼推出了微機控制的電梯新機型，使控制功能得到增強，電梯的性能得到改善，明顯提高了可靠性?？傊?，與國外先進技術水平相比，雖然還存在一定差距，但國內電梯技術正以迅猛的發(fā)展速度趕超世界先進水平。司機及乘客可按下轎廂內操控盤上的選層按鈕選定電梯運行的目的樓層，此為內選信號。電梯自動運行時應根據(jù)內選及外喚信號，決定電梯的運行方向及在哪些站點停站。平層停車過程需在轎廂底面與停車樓面相平之前開始，先是減速，再是制動，以滿足平層的準確性及乘客的舒適感。電梯的微機化控制主要有以下幾種形式：單板機控制、PLC控制、 單微機控制、單片機控制、多微機控制、人工智能控制[7]。 課題的提出 FPGA簡介FPGA是英文FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY的縮寫，既現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL GAL EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只需用通用的EPROM PROM編程器即可。FPGA市場占有率最高的兩大公司XILINX和ALTERA生產(chǎn)的FPGA就都是此類型的，另外還有一種基于FLASH的FPGA，由ACTEL公司提供。 ，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 ，并提高電梯運行效率。1987年底，VHDL被IEEE和美國國防部確認為標準硬件描述語言 。其范圍之廣是其它HDL語言所不能比擬的。，沒有嵌入與工藝有關的信息，這樣在工藝更新時，就無需修改原設計程序，只要改變相應的映射工具即可。，體現(xiàn)在兩個方面:首先使用VHDL語言進行數(shù)字電路設計時存在并發(fā)性，即VHDL語言支持設計分解，可使被分解的各子部分的設計并行完成，這些子部分的設計由三部分組成:定義實體，確定模型與環(huán)境的接口；定義結構體，完成模型的功能描述；定義測試部分，為模型生成測試向量，并捕獲模型輸出信號狀態(tài)以供分析。Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設計環(huán)境, 由于其強大的設計能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設計者的歡迎。課題研究的主要內容是采用VHDL語言來設計一個八層的全自動電梯控制器，該控制器能完成基本的控制功能。根據(jù)電梯安全運行的一些主要控制要求，本設計的電梯控制器的設計具有比較完善的功能。本課題設計有以下幾點要求：1．每層電梯的入口處設有上下請求開關，電梯內設有乘客到達層次的停站請求開關。5．能記憶電梯內外的所有請求信號，并按照運行規(guī)則依次響應，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。當超載時，發(fā)出報警信號，電梯門不能關閉；當電梯被阻擋超過一定的時間時，發(fā)出報警信號，并且強行關門。= 21 22由式21和式22可以看出，在內部請求優(yōu)先控制方式，當電梯外部人的請求和電梯內部人的請求發(fā)生沖突時，外部人的請求信號可能被長時間忽略，因而它不能作為通用電梯的設計方案。對用戶而言，此種控制方式的請求響應的時間也不是很快。 2．檢測后方是否有請求，有請求則轉向運行，無請求則維持停止狀態(tài)。所以本設計選擇方向優(yōu)先控制方式。確定系統(tǒng)的組成框圖如圖21所示。可以采用多次檢測的方法解決這個問題，對一個信號進行多次采樣以保證信號的可信度。電梯運行過程中，由于用戶的請求信號的輸入是離散的，而且系統(tǒng)對電梯的請求也是離散的，因此請求信號的存儲要求新的信號不能覆蓋原來的請求信號，只有響應動作完成后才能清除存儲器內對應的請求信號位。一般情況下，電梯工作起始點是第一層起始狀態(tài)是等待狀態(tài)，啟動條件是受到上升請求。同時，電梯外部的人也可以根據(jù)請求信號顯示（上升請求、下降請求、無請求），就可以避免沒有必要的重復請求信號輸入。2．電梯的正常工作狀態(tài)根據(jù)實際情況，電梯完成一個呼叫響應的步驟如下：（1）電梯在檢測到門廳或轎廂的呼叫信號后將此樓層信號與轎廂所在的樓層信號比較，通過運行模塊進行選向。（4）平層后，經(jīng)過一定延時后開門，直到碰到開門到位行程開關；再經(jīng)過一定延時后關門，直到碰到關門到位行程開關。另外，轎廂的位置是由脈沖數(shù)確定，并送計數(shù)器來進行控制。采用了四個優(yōu)先級隊列，即上行優(yōu)先級隊列、上行次優(yōu)先級隊列、下行優(yōu)先級隊列、下行次優(yōu)先級隊列。根據(jù)電梯的運行方向，將同向的優(yōu)先級隊列中的非零單元（有呼叫此單元為非零單元；無呼叫時則此單元為零單元）送入寄存器隊列，我們利用先進先出讀出指令，將第一個單元中數(shù)據(jù)送入比較寄存器。 模塊化編程系統(tǒng)是集選式控制系統(tǒng)，控制比較復雜，適合采用模塊化編程方法，將各個輸出信號的屬性分類，模塊與模塊之間的銜接可以用中間寄存器來傳遞信息。 如果乘客進入電梯后所選的樓層大于所在的樓層，而且電梯處于上升或者是等待狀態(tài)，則給上升請求寄存器相應的位置位。寄存器的各位相或后得到的上升和下降信號作為狀態(tài)變化的條件信號。當電梯處于上升狀態(tài)時，如果有上升請求的分控制器所在的樓層數(shù)大于電梯所在的樓層數(shù)，當電梯運行到相應的樓層數(shù)時，電梯開門，讓有請求的乘客進入電梯。 在電梯運行方向判斷的進程中，在電梯上升狀態(tài)中，通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)還是停止；在電梯的下降狀態(tài)中，也是通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)還是停止；在電梯停止狀態(tài)中，停止是最復雜的，通過對信號的判斷，決定電梯是上升、下降還是停止。圖33 電梯開關門控制程序流程圖1．系統(tǒng)輸入和輸出端口信號說明：clk:系統(tǒng)時鐘信號；rst:系統(tǒng)復位信號；inner_f1～inner_f8:分別為電梯內用戶到1，2，3，4，5，6，7，8樓的請求信號；outer_u1～outer_u7:分別為1，2，3，4，5，6，7樓用戶請求上樓信號；outer_d