【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)控制；4 單微機(jī)控制；5 多微機(jī)控制；6 人工智能控制；7 EDA 技術(shù)。隨著 EDA技術(shù)的快速發(fā)展，CPLD/FPGA 已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)與控制的各個(gè)方面。但是本設(shè)計(jì)屏棄以前老式的采用 PLC 設(shè)計(jì)電梯控制器，而是使用 EDA 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制的。 四層電梯控制器的功能及設(shè)計(jì)要求 電梯控制器是控制電梯按照顧客要求自動(dòng)上下的裝置 [4]。四層電梯控制器的功能如下：(1) 每層電梯入口處設(shè)上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。(2) 設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運(yùn)行模式(上升或下降)指示裝置。(3) 電梯每秒上升 (下降)一層樓。(4) 電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，經(jīng)過(guò) 1 秒電梯門(mén)打開(kāi)，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén) 4 秒后，電梯門(mén)關(guān)閉(開(kāi)門(mén)指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)停留在當(dāng)前層。(5) 能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。(6) 電梯運(yùn)行規(guī)則—當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置的上樓請(qǐng)求信號(hào)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請(qǐng)求，則直接升到由下樓請(qǐng)求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式則與上升模式相反。(7) 電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。采用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯控制器，思路比較清晰，通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的 1 秒為周期的時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況，可以把狀態(tài)機(jī)設(shè)置 10 個(gè)狀態(tài)，分別是“電梯停留在 1 層” 、 “開(kāi)門(mén)” 、 “關(guān)門(mén)” 、 “開(kāi)門(mén)等待第 1 秒” 、 “開(kāi)門(mén)等待第二秒” 、“開(kāi)門(mén)等待第三秒” 、 “開(kāi)門(mén)等待第四秒” 、 “上升” 、 “下降”和“停止”狀態(tài)。各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計(jì)要求所決定。黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文9 四層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路 電梯控制器流程 圖 21 總流程圖當(dāng)外部按鍵設(shè)備接受到上升、下降和停止請(qǐng)求時(shí)，由請(qǐng)求信號(hào)寄存器存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)選擇器對(duì)按鍵請(qǐng)求進(jìn)行選擇，并將選擇的結(jié)果發(fā)送到狀態(tài)寄存器中。主控制器中的軟件執(zhí)行器響應(yīng)按鍵請(qǐng)求并發(fā)送控制請(qǐng)求給外部硬件，要求其執(zhí)行按鍵請(qǐng)求。主控制器對(duì)當(dāng)前電梯狀態(tài)判斷，顯示當(dāng)前所在樓層并清平層信號(hào)。當(dāng)外部鍵發(fā)出上升或下降請(qǐng)求時(shí)，響應(yīng)外部請(qǐng)求并顯示上升或下降。到達(dá)請(qǐng)求樓層后消該層信號(hào)之后主控制器判斷有無(wú)同相選層信號(hào)如果有則消除同相選層信號(hào)，之后掃描電梯位置判斷目的層是否到達(dá)進(jìn)行上行控制后下行控制。其過(guò)程如下圖 22 所示。外部按鍵設(shè)備狀態(tài)寄存器請(qǐng)求信號(hào)寄存器內(nèi)部軟件執(zhí)行器構(gòu)外部硬件執(zhí)行器構(gòu)黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文10YYN圖 22 電梯運(yùn)行流程圖Y停車(chē)初始化清平層信號(hào)停車(chē)消同向選層信號(hào)消該層信號(hào)顯示上下行判斷掃描電梯位置有無(wú)平層信號(hào)目的層到否下行控制上行控制返回上/下運(yùn)行等待請(qǐng)求目的層到否有無(wú)同向選層信號(hào)有無(wú)同相選層信號(hào)NN黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文11圖 23 和圖 24 表示當(dāng)分別接收到上升請(qǐng)求和下降請(qǐng)求時(shí)主控制器對(duì)外部的響應(yīng)過(guò)程。本論文設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)的流程圖主要有：總流程圖 [5]，電梯運(yùn)行流程圖，上升模式流程圖，下降模式流程圖和停車(chē)門(mén)控制流程圖，其中總流程圖指出了整個(gè)電梯系統(tǒng)各個(gè)部分的聯(lián)系，但是本設(shè)計(jì)的主要部分為電梯的控制系統(tǒng)，所以對(duì)這一部分不做過(guò)多介紹；電梯的運(yùn)行流程圖則明確的指出了控制系統(tǒng)根據(jù)電梯當(dāng)前狀態(tài)和外部請(qǐng)求信號(hào)做出相應(yīng)的控制，例如：當(dāng)電梯在二層樓的時(shí)候，接收到第四層樓的下降請(qǐng)求和第三層樓的上升請(qǐng)求，則電梯會(huì)先響應(yīng)第三層樓的請(qǐng)求，當(dāng)?shù)竭_(dá)第三層樓后，在消除這一信號(hào)，接著響應(yīng)第四層樓的請(qǐng)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(guò)程中和下降過(guò)程中的一些具體情況；門(mén)制系統(tǒng)也是很重要的一部分，它形象的表達(dá)了電梯在到達(dá)所指定的樓層后所做出的反應(yīng)及其所等待時(shí)間?？傊?，這五個(gè)流程圖將電梯控制系統(tǒng)具體化，有利于后面的設(shè)計(jì)。NYNYNNYYN初始化一層開(kāi)門(mén)等待下降模式上升請(qǐng)求到最高層一層開(kāi)門(mén)等待Y上升N下降請(qǐng)求請(qǐng)求到最低層請(qǐng)求到目的層請(qǐng)求掃描當(dāng)前層下降停車(chē)上升模式圖 23 上升模式流程圖圖 24 下降模式流程圖Y到目的層請(qǐng)求黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文12 電梯控制器的功能 (1) 主控制器的功能 (a) 完成 4 個(gè)樓層多用戶的載客服務(wù)控制。 (b) 電梯運(yùn)行時(shí)顯示電梯的運(yùn)行方向和所在的樓層。 (c) 當(dāng)電梯到達(dá)選擇的樓層時(shí)，電梯自動(dòng)開(kāi)門(mén)。 (d) 具有提前關(guān)電梯門(mén)和延時(shí)關(guān)電梯門(mén)的功能。 (e) 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(kāi)門(mén)。 (2) 分控制器的功能是顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和所在的樓層，和顯示乘客的上升和下降請(qǐng)求。 (3) 分控制器的有效請(qǐng)求原則：( a) 電梯處于等待狀態(tài)時(shí)，上升和下降請(qǐng)求都響應(yīng)。 (b) 電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，有上升請(qǐng)求的分控制器所在樓層數(shù)大于電梯所在的樓層數(shù)。(c) 電梯處于下降狀態(tài)時(shí)，有下降請(qǐng)求的分控制器所在樓層數(shù)小于電梯所在的樓層數(shù)。 電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制器的功能模塊如圖 26 所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇所要到達(dá)的樓層，通過(guò)主控制器的處理，電梯開(kāi)始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，電梯所在的樓層數(shù)通過(guò)譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請(qǐng)求傳給主控的樓層數(shù)。由于分控制器相對(duì)簡(jiǎn)單很多，所以主控制器是核心部分。 圖 26 電梯控制器原理框圖狀態(tài)顯示分控制器 主控制器 譯碼器 樓層顯示樓層選擇黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文133. 四層電梯控制器的調(diào)試及仿真 MAX+PlusⅡ的流程介紹 (1) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備在對(duì)可編程邏輯器件的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先要進(jìn)行方案論證、系 統(tǒng)設(shè)計(jì)和器件選擇等設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作。設(shè)計(jì)者首先要根據(jù)任務(wù)要求，如系統(tǒng)所完成的功能及復(fù)雜程度，對(duì)工作速度和器件本身的資源、成本及連線的可布通性等方面進(jìn)行權(quán)衡，選擇合適的設(shè)計(jì)方案。 (2) 設(shè)計(jì)輸入：設(shè)計(jì)者將所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)或電路以開(kāi)發(fā)軟件要求的某種形式表現(xiàn)出來(lái)，并送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程稱為設(shè)計(jì)輸入。設(shè)計(jì)輸入通常有以下幾種方式。(a) 原理圖輸入方式(b) 硬件描述語(yǔ)言輸入方式(c) 波形輸入方式(d) 層次化設(shè)計(jì)輸入方式 (3) 項(xiàng)目編譯（設(shè)計(jì)處理）這是器件設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)處理過(guò)程中，編譯軟件將對(duì)設(shè)計(jì)輸入文件進(jìn)行邏輯化簡(jiǎn)、綜合和優(yōu)化，并適當(dāng)?shù)赜靡黄蚨嗥骷詣?dòng)進(jìn)行適配，最后產(chǎn)生編程用的編程文件。 (4) 仿真和定時(shí)分析（項(xiàng)目校驗(yàn)）：設(shè)計(jì)項(xiàng)目的校驗(yàn)包括設(shè)計(jì)項(xiàng)目的仿真（功能仿真） 、定時(shí)分析兩個(gè)部分。一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目在編譯完成后只能為項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)編程文件，但并不能保證是否真正達(dá)到了用戶的設(shè)計(jì)要求，如邏輯功能和內(nèi)部時(shí)序要求等。所以在器件編程之前應(yīng)進(jìn)行全面模擬檢測(cè)和仿真調(diào)試，以確保其設(shè)計(jì)項(xiàng)目在各種可能的情況下正確響應(yīng)和正常工作，這就是項(xiàng)目校驗(yàn)（仿真調(diào)試）的必要性。MAX+plus Ⅱ提供的設(shè)計(jì)校驗(yàn)過(guò)程包括仿真和定時(shí)分析，項(xiàng)目編譯后，為確保設(shè)計(jì)無(wú)誤,再用專(zhuān)門(mén)軟件進(jìn)行仿真 [6]。如果發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，則對(duì)設(shè)計(jì)輸入進(jìn)行部分修改直至無(wú)誤。 各模塊的 VHDL 語(yǔ)言 主控制器模塊中央數(shù)據(jù)處理模塊是系統(tǒng)的核心，通過(guò)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(guò)程中共有 9 種狀態(tài)：等待、上升、下降、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、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。電梯控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。電梯控制器的輸入輸出引腳如圖 32 所示。黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文14 圖 31 電梯控制器結(jié)構(gòu)圖 32 電梯控制器輸入輸出引腳主控制器的端口定義和初始狀