【文章內(nèi)容簡介】 地方）安裝一個(gè)超聲波測距儀，超聲波測距儀的發(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由超聲波測距儀的接收頭接收，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。 綜合上述：方案一要在每一個(gè)樓層都安裝一個(gè)金屬接近開關(guān)，而且每個(gè)金屬開關(guān)都要用線接到電梯控制器。當(dāng)樓層很多時(shí)，離控制 器遠(yuǎn)的金屬開關(guān)到控制器的線很長，信號(hào)容易收到干擾，而且整個(gè)系統(tǒng)很復(fù)雜成本高。方案二只需一套超聲波測距系統(tǒng)就能時(shí)時(shí)測量出電梯所處的位置。所以方案二更好。 顯示樓層 要在每一個(gè)樓層安裝一個(gè)顯示電梯所處的樓層的顯示屏，以告知人們當(dāng)前電梯所處的位置。 方案一：使用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管能顯示 0— 9 的數(shù)字，顯示亮度大，顏色單一。缺點(diǎn)是耗電大，顯示內(nèi)容有限。 方案二：使用液晶顯示屏，液晶顯示屏顯示的內(nèi)容多，能顯示數(shù)字、英文字母，有些液晶還能顯示漢字、圖像。而且液晶顯示耗電小，缺點(diǎn)是成本高、顯示亮度不如數(shù)碼管。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 31 頁 綜合上述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是七層樓的電梯控制系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示的信息足夠了。從亮度和成本考慮，本系統(tǒng)選擇方案二。 按鍵去抖 方案一：在 FPGA 程序內(nèi)編寫一個(gè)延時(shí)程序，當(dāng)有按鍵按下之后調(diào)用延時(shí)程序，延時(shí)完畢之后再去檢測按鍵是否按下，如果按鍵是按下的就確認(rèn)有效的按鍵請(qǐng)求；如果延時(shí)之后檢測按鍵沒有按下則屬于干擾信號(hào)的影響，控制器視為無效的按鍵請(qǐng)求。 方案二：使用濾波的方法去抖，使用 RC濾波器和具有施密特功能的非門濾去按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)脈沖，電阻 R和電容 C組成低通濾波器，由于抖動(dòng)的脈沖頻率比較高，所以被 RC 濾波器 濾掉，再經(jīng)過具有施密特功能的非門整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波輸?shù)娇刂破鳌? 綜合上述：方案一不需要增加外圍電路，利用軟件的方法來濾去抖動(dòng)脈沖，這使程序負(fù)擔(dān)加重，影響電梯的實(shí)時(shí)性。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。所 以本系統(tǒng)選擇方案二。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇 方案一：傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，使用常規(guī)的三相交流電直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制核心通過控制繼電器來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而控制電梯的運(yùn)動(dòng)方向。該方法的特點(diǎn)是，控制簡單，成本低，使用方便。 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。各種交流調(diào)速技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 的同時(shí)，電梯的交流調(diào)速控制也日趨完善，而交流變壓變頻調(diào)速是電梯 的理想調(diào)速方法。作為變壓變頻控制裝置變頻器以其成熟的技術(shù)和高可 靠性應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)中。變壓變頻調(diào)速控制電梯速度調(diào)節(jié)平滑，獲 得十分良好的乘坐舒適感，并且能降低電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)電流，與其他類型交流調(diào)速系統(tǒng)相比運(yùn)行效率高、節(jié)能效果顯著。綜合比較，節(jié)能是本系統(tǒng)的主題，所以選擇方案二。 稱重傳感器 電 梯一般都有一個(gè)傳感器用于判斷電梯廂是否超重，如果超重就發(fā)出報(bào)，基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 31 頁 并且電梯停止運(yùn)行。本電梯控制系統(tǒng)也需要稱重傳感器來判斷電梯廂是否超重，另外本系統(tǒng)要求確切的測出電梯廂的重量，控制系統(tǒng)根據(jù)電梯廂的重量調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出功率，電梯廂重量大時(shí)，控制電機(jī)輸出功率大，電梯廂輕時(shí)控制電機(jī)的輸出功率小，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 31 頁 第 3 章 模塊設(shè)計(jì)程序硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 方案 總結(jié)： 1)外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計(jì) 有效的對(duì)外部信號(hào)采集、處理要求電梯控制器對(duì)外部請(qǐng)求信號(hào) 的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的捕捉樓層到達(dá)信號(hào)；有防止樓層到達(dá)信號(hào)、外 部請(qǐng)求信號(hào)的誤判。 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)。 3）基于 FPGA 的中央處理模塊 中央數(shù)據(jù)處理模塊是系統(tǒng)的核心，通過對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)（含請(qǐng)求、到達(dá)樓層等信號(hào)）進(jìn)行比較、判斷以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)的流轉(zhuǎn)。電梯工作過程中共有 9種狀態(tài)：等待、上升、下降、開門、 關(guān)門、停止、休眠、超載報(bào)警以及故障報(bào)警狀態(tài)。一般情況下，電梯工作起始點(diǎn)是第一層，起始狀態(tài)是等待狀態(tài)，啟動(dòng)條件是收到上升請(qǐng)求。 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。而每個(gè)按鍵按下時(shí)會(huì)點(diǎn)亮亮對(duì)應(yīng)的 LED 燈，當(dāng)電梯到達(dá)該樓層時(shí)就熄滅該樓層對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)方向的 LED 燈。當(dāng)燈熄滅的時(shí)候就表示電梯已經(jīng)執(zhí)行了相應(yīng)的操作了?？紤]到系統(tǒng) I/O 資源有限。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 共 31 頁 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。它安裝在電梯內(nèi)部，一共需要 4 個(gè)按鍵和 4個(gè) LED 燈。而每個(gè)按鍵按下時(shí)會(huì)點(diǎn)亮亮對(duì)應(yīng)的 LED 燈，當(dāng)電梯到達(dá)該樓層時(shí)就熄滅該樓層的 LED 燈?？紤]到系統(tǒng) I/O資源需求， 4 個(gè)按鍵值采用掛在 PORTB 口。其模塊電路如圖 3所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D 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 n d 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 dbD r a w n B y:4MC1 3 0pC2 3 0pM C L R1R A 02R A 13R A 24R A 35R A 46R A 57V s s8O S C 19O S C 210RC011RC112RC213RC314RC415RC516RC617RC718V s s19VDD20RB021RB122RB223RB324RB425RB526RB627RB728A1 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 共 31 頁 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。 2）電梯運(yùn)行時(shí)顯示電梯的運(yùn)行方向和所在的樓層。 3）當(dāng)電梯到達(dá)選擇的樓層時(shí)，電梯自動(dòng)開門。 4）具有提前關(guān)電梯門和延時(shí)關(guān)電梯門的功能。 5）響應(yīng)分控制器的有效請(qǐng)求，如果到達(dá)有請(qǐng)求的樓層，電梯自動(dòng)開門。 程序如下： library ieee。 use 。 use 。 use 。 entity tenlift is port ( clk : in std_logic。 時(shí)鐘信號(hào) overweight,close,quick,clr : in std_logic。 超載 up1,up2,up3,up4,up5,up6,up7,up8,up9: in std_logic。 電梯外人的上升請(qǐng)求信號(hào) down2,down3,down4,down5,down6,down7,down8,down9,down10 : in std_logic。 電梯外人的下降請(qǐng)求信號(hào) a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10 : in std_logic。 電梯內(nèi)人的請(qǐng)求信號(hào) gate1,gate2,gate3,gate4,gate5,gate6,gate7,gate8,gate9,gate10 : in std_logic。 到達(dá)樓層信號(hào) door : out std_logic_vector(1 downto 0)。 電梯門控制信號(hào) led_c_f : out std_logic_