【正文】 走過了一個從無到有，從有到多，從多到精的發(fā)展歷程。 自 1889 美國的奧的斯升降機公司推出了世界第一部以直流電動機為動力誕生名副其實的電梯，從而徹底改寫了人類使用升降 工具的歷史。對于電梯控制系統(tǒng)來說，智能化的發(fā)展將是電梯行業(yè)未來發(fā)展的必經(jīng)之路。 對電梯的原有機械電梯部分基本不作改動，包括提升部分、廳門控制部分等等，只是在原有電梯控制系統(tǒng)之上增加一層接口層，在接口層實現(xiàn)對電梯各種信號的采集和通過電梯的原有外部輸入接口實現(xiàn)對電梯控制信 號的輸入，在接口層之上實現(xiàn)電梯群的智能化群控。如果原有電梯控制系統(tǒng)仍能滿足需要，應盡量減少對原有電梯控制系統(tǒng)的改變，同時又要能夠及時得到電梯的狀態(tài)變化，并實現(xiàn)對電梯的調(diào)度。一種是采用專家系統(tǒng)，即收集專家在電梯控制領(lǐng)域的各種知識，也就是說對在電梯的各種不同情況下專家們有可能采取的策略進行匯總、分類，組織成規(guī)則庫，然后根據(jù)采集到的電梯的數(shù)據(jù)以規(guī)則庫里的推理規(guī)則確定電梯的派梯方案。 2 EDA 技術(shù)及 VHDL 語言 EDA 技術(shù) EDA 技術(shù)的概念 :EDA 是電子設計自動化的縮寫。現(xiàn)在， VHDL 已經(jīng)成為系統(tǒng)描述的國際公認標準，得到眾多 EDA 公司的支持，越來越多的硬件設計者使用 VHDL 描述數(shù)字系統(tǒng)。主要是讓學生了解 EDA 的基本原理和基 6 本概念、鱗握用佃 L 描述系統(tǒng)邏輯的方法、使用扔 A 工具進行電子電路課程的模擬仿真實驗并在作畢業(yè)設計時從事簡單電子系統(tǒng)的設計，為今后工 作打下基礎(chǔ)。可以說電子 EDA 技術(shù)已經(jīng)成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的技術(shù)支持?？梢哉f電子 EDA 技術(shù)是電子設計領(lǐng)域的一場革命。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。 （ 2）具有豐富的模擬仿真語句和庫函數(shù)，隨時可對設計進行仿真模擬 ，因而能將設計中的錯誤消除在電路系統(tǒng)裝配之前，在設計早期就能檢查設計系統(tǒng)功 7 能的可行性，有很強的預測能力。 （ 6）對于用 VHDL 完成的一個確定設計，可以利用 EDA 工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并能自動地把 VHDL 描述轉(zhuǎn)變成門電路級網(wǎng)表文件。 （ 2）編譯。 （ 4）綜合。首先根據(jù)網(wǎng)表文件內(nèi)容和器件結(jié)構(gòu)確定邏輯門的位置，然后再根據(jù)網(wǎng)表提供的門連接關(guān)系，把各個門的輸入輸出連接起來，類似于設計 PCB（印刷電路板）時的布局布線工作。如果設計的電路時延滿足要求，則可以進 行器件編程（或配置）。 8 PLC 電梯控制缺點 當今電梯市場已經(jīng)有多種電梯控制器的設計方案。 當前電梯發(fā)展的智能化發(fā)方向是 IC 卡智能電梯，但最終的發(fā)展是聲控智能電梯， IC 卡智能電梯 PLC 都需通過外加 IC 讀卡芯片才能實現(xiàn)， PLC 單獨是不能實現(xiàn)的，那以后的聲控智能電梯 PLC 就能不能單 獨實現(xiàn)，然而我們采用 VHDL技術(shù)就可以實現(xiàn)電梯的智能化，節(jié)能，也可以提高電梯的舒適性，可靠性和安全性。 電梯控制器流程 外部按鍵設備 狀態(tài)寄存器 請求信號寄存器 內(nèi)部軟件執(zhí)行器構(gòu) 外部硬件執(zhí)行器構(gòu) 9 Y Y N 圖 1 總流程圖 N N 圖 2 電梯運行流程圖 Y 停車 初始化 清平層信號 停車 消同向選層信號 消該層信號 顯示 上下行判斷 掃描電梯位置 有無平層信號 目的層到否 下行控制 上行控制 返回 上 /下運行 等待請求 目的層到否 有無同向選層信號 有無同相選層信號 10 本 論文設計的電梯控制系統(tǒng) 的流程圖主要有：總流程圖，電梯運行流程圖，上升模式流程圖，下降模式流程圖和停車門控制流程圖，其中 總流程圖指出了整個電梯 系統(tǒng) 各個部 分的聯(lián)系 ， 但是本設計的主要部分為電梯的控制系統(tǒng)，所以對這一部分不做過多介紹；電梯的運行流程圖 則明確的指出了控制系統(tǒng)根據(jù)電梯當前狀態(tài)和外部請求信號做出相應的控制，例如：當電梯在二層樓的時候，接收到第四層樓的下降請求和第三層樓的上升請求，則電梯會先響應第三層樓的請求，當?shù)竭_第三層樓后，在消除這一信號，接著響應第四層樓的請求； 而電梯的上升和下降模式流程圖則更加具體的指出了電梯在什么情況下上升 ，在什么情況下下降，上升過程中和下降過程中的一些具體情況；門 制系統(tǒng)也是很重要的一部分，它形象的表達了電梯在到達所指定的樓層后 所做出的反應及其所等待時間。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個統(tǒng)一的 1 秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機。標準狀態(tài)機通常可分為 Moore 和 Mealy 兩種類型。它包括兩個主要部分：即組合邏輯部分和寄存器。 狀態(tài)機經(jīng)歷一系列狀態(tài)，下一狀態(tài)由狀態(tài)譯碼器根據(jù)當前狀態(tài)和輸 入條件決定。除了轉(zhuǎn)移之外，復雜的狀態(tài)機還具有重復和歷程功能。摩爾狀態(tài)機的輸出只是當前狀態(tài)的函數(shù)，而米立狀態(tài)機的輸出一般是當前狀態(tài)和輸入信號的函數(shù)。 一般狀態(tài)機的 VHDL 設計 （ 1） 狀態(tài)機的一般組成 用 VHDL 設計有限狀態(tài)機方法有多種，但最一般和最常用的狀態(tài)機 設計通常包括說明部分，主控時序部分，主控組合部分和輔助進程部分 , 附錄 1 為狀態(tài)機的一種設計情況。 2 主控時序進程 是指負責狀態(tài)機運轉(zhuǎn)和在時鐘驅(qū)動下負責狀態(tài)機轉(zhuǎn)換的進程。 在一般狀態(tài)機的設計過程中，為了能獲得可綜合的，高效的 VHDL 狀態(tài)機描述，建議使用枚舉類數(shù)據(jù)類型來定義狀態(tài)機的狀態(tài)，并使用多進程方式來描述狀態(tài)機的內(nèi)部邏輯。通常傾向于使用信號的方式。根據(jù)VHDL 綜合器的規(guī)則，對于所有可能的輸入條件，如果進程 中的輸出信號沒有被明確的賦值時，此信號將自動被指定，即在未列出的條件下保持原值，這就意味著引入了寄存器。 (3) 由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，用 VHDL 語句對狀態(tài)機描述。 一位熱碼編碼就是用 n 個觸發(fā)器來實現(xiàn) n 個狀態(tài)的編碼方式，狀態(tài)機中的每一個狀態(tài)都由 其中一個觸發(fā)器的狀態(tài)來表示。四層電梯控制器的功能如下： (1) 每層電梯入口處設有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設有顧客到達層次的停站請求開關(guān)。 (5)能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。 采用狀態(tài)機來實現(xiàn)電梯控制器，思路比較清晰，通過一個統(tǒng)一的 1 秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機。不需要有上升請求，二層與三層則上升，下降請求端口都有；在電梯內(nèi)部，應該設有各層停留的請求端口；一個電梯時鐘輸入端口，該輸入時鐘以 1秒為周期，用于驅(qū)動電梯的升降及開門關(guān)門等動作；另有一個是按鍵時鐘輸入端口，時鐘頻率比電梯時鐘高。當然， position 的定義也可以用標準邏輯矢量（ STD_LOGIC_VECTOR）來定義，但是如果選用標準邏輯矢量，在電 16 梯運行時就不是那么好觀察。 （ 2） 四層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設計 首先說明一下狀態(tài)。 定義為 lift 類型的信號 mylift 在結(jié)構(gòu)體中，設計了兩個進程互相配合，一個狀態(tài)機進程作為主要進程，另外一個是信號燈控制進程作為輔助進程。按鍵后產(chǎn)生的點亮的信號燈 (邏輯值為 “ 1” )用于作為狀態(tài)機進程中的判斷條件，而 clearup和 cleardn 信號為邏輯 “ 1” 使得相應的信號燈熄滅。在同一時刻有很多人按鍵的概率很小，所以按鍵一定有先后順序。在仿真的可以看出來 buttonclk很密集，基本上近似于一條黑線，是因為采用了頻率較高的時鐘脈沖。 圖 7 19 圖 8 圖 8 是有兩次停站請求 的仿真波形圖，符合停站的要求。 圖 10 圖 11 21 圖 10 和圖 11 是有兩站停站的請求，顯示是正確的，沒有混亂的現(xiàn)象。例如電梯現(xiàn)在處于第三層的上升，如果電梯要上升，就不能單單的判斷第四層是否有升降請求，還要根據(jù)第五層的請求指令來判斷電梯到達第四層是該繼續(xù)上升還是就停止，或者是轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)，例如，現(xiàn)在電梯的狀態(tài)是上升，這個時候的邏輯關(guān)系是： Fdnlight(4)=’1’ and fdnlight(5)=’1’。CPLD 作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進性，在電梯控制中得到廣泛應用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制 方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術(shù)改造的熱點之一。本文中設計的電梯控制器利用以 CPLD 為實現(xiàn)載體，以 VHDL 為描述語言實現(xiàn)了電梯的升降舒適感和運行的可靠性，更相信在以后的智能建筑中得到廣泛的應用和推廣 謝辭 本課題在選題及研究過程中得到李曉敏老師的 悉心指導。 再就感謝 幫助過我 的同學，在他們的幫助下，我才能完成本次設計，他們也同樣的鼓勵我。天津大學 。 State_inputs: IN STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1)。 定義 states 為枚舉型數(shù)據(jù)類型 SIGNAL current_state, next_state : states。 ELSIF clk=39。 當檢測到時鐘上升沿時轉(zhuǎn)換至下一狀態(tài) END IF。 在下一時鐘后，進程 REG 的狀態(tài)將維持為 st0 ELSE next_state=st1。 在下一時鐘后，進程 REG 的狀態(tài)將維持為st1 ELSE next_state=st2。 ELSE next_state=st3。 26 ELSE next_state=st0。 END ARCHITECTURE behv。 USE 。 f1upbutton:IN STD_LOGIC。 f3dnbutton:IN STD_LOGIC。 stop1button,stop2button,stop3button,stop4button:IN STD_LOGIC。 udsig:BUFFER STD_LOGIC)。 確定 mylift 取值為 lift_stata 的 10 個狀態(tài) SIGNAL clearup:STD_LOGIC。139。 cleardn=39。139。pos:=1。039。 WHEN doorwait3=mylift=doorwait4。 28 IF udsig=39。 mylift=doorclose。clearup=39。039。 OR fdnlight(4)=39。 mylift=up。139。 END IF。 ELSIF (stoplight(3)=39。) THEN udsig=39。139。139。clearup=39。) THEN udsig=39。139。clearup=39。039。mylift=up。 END IF。039。mylift=up。 ELSIF position=2 THEN IF stoplight=0000 AND fuplight=0000 AND fdnlight=0000 THEN udsig=39。139。139。 30 ELSE udsig=39。139。mylift=doorclose。139。cleardn=39。 OR fuplight(1)=39。mylift=down。139。cleardn=39。mylift=up。 ELSIF position=4 THEN IF stoplight=0000 AND fuplight=0000 AND fdnlight=0000 THEN udsig=39。139。 END IF。 pos:=pos+1。139。 OR fdnlight(pos)=39。 END IF。139。 ELSIF pos=1 AND (stoplight(pos)=39。) THEN mylift=stop。 WHEN dooropen=doorlight=39。 THEN IF position=3 AND(stoplight(position)=39。)THEN clearup=39。cleardn=39。139。139。139。 END IF。 END IF。 THEN stoplight=0000