【正文】 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................22 附 錄 ...................................................................................................................................... I 附錄 A 外文資料 ................................................................................................................. I 附錄 B 程序清單 ............................................................................................................ VIII 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 問(wèn)題的提出 當(dāng)今世界，部分地區(qū)人口高度密集，人和土地資源短缺的矛盾日趨激化。以 QuartusⅡ 為開(kāi)發(fā)環(huán)境，最終將在 EDA實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)三層電梯控制的基本功能顯示。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘 要 摘要 ： 電梯作為現(xiàn)代化的產(chǎn)物，早在上個(gè)世紀(jì)就進(jìn)入到我們的生活當(dāng)中，對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器 接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，隨著 EDA 技術(shù)的發(fā)展， FPGA 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)控制的各個(gè)方面中，本設(shè)計(jì)就是利用一片 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的設(shè)計(jì)。 方向優(yōu)先控制方案：指電梯運(yùn)行到某一樓層的時(shí)先考慮這一樓層是否有請(qǐng)求：有則停止；無(wú)則繼續(xù)前進(jìn) 五 、主要技術(shù)指標(biāo)： ； ； ； ； 1 萬(wàn)字，查閱文獻(xiàn)資料不少于 10 篇，其中外文文獻(xiàn) 2 篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000漢字。 單向?qū)訉油？刂品绞椒桨福旱韧疖?chē)頭的運(yùn)行方式，遇到即停止、開(kāi)門(mén)。作為通用型電梯應(yīng)該服務(wù)于大多數(shù)人，必須考慮電梯對(duì)內(nèi)外請(qǐng)求的響應(yīng)頻率。該控制器可控制電梯完成 3層樓的載客服務(wù)而且遵循方向優(yōu)先原則 。電梯能夠正確顯示電梯的運(yùn)行情況、 及電梯所在樓層。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請(qǐng)求上下開(kāi)關(guān)，供乘客選擇到達(dá)樓層。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)乘其他交通工具的人數(shù)每年約為 80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有 540億人次之多。因此，可以說(shuō)乘坐電梯更安全。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面電子商務(wù)資料庫(kù)保證電梯的最終高質(zhì)量。事實(shí)上，在電梯上己經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。 電梯是集機(jī)電一體的 復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問(wèn)題。 國(guó)外電梯的情況 目前，國(guó)外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來(lái)越多的使用液壓電梯。中國(guó)電梯行業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為 ,2021 年我國(guó)所有電梯中 ,如果 80%采用節(jié)能電梯 ,全年可節(jié)電 122 億度。據(jù)測(cè)算 ,在冬夏兩季 ,建筑中空調(diào)的能耗一般占整個(gè)建筑能耗的 50%,因此控制空 調(diào)溫度、使用節(jié)能空調(diào) ,對(duì)降低建筑能耗起著至關(guān)重要的作用。而 FPGA 控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)（“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng)”）、 FPGA的控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采樣、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制。 EP1C12Q240C8 芯片的使用手冊(cè)和接口電路。 Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)工具。 4. 論文正文不少于 1萬(wàn)字，查閱文獻(xiàn)資料不少于 10篇，其中外文文獻(xiàn) 2篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000漢字。 2. 原理圖，波形圖。電梯具有延時(shí)功能，并能 夠正確顯示電梯的運(yùn)行情況、電梯所在樓層。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請(qǐng)求上下開(kāi)關(guān)，供乘客選擇到達(dá)樓層。兩者協(xié)調(diào)工作可以完成電梯控制的整個(gè)過(guò)程。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 電梯控制器的設(shè)計(jì) The Design of Elevator Controller 2021 屆 電氣工程 系 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 20216377 學(xué)生姓名 張煒瑋 指導(dǎo)教師 高迎霞 完成日期 2021 年 5月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 學(xué)生姓名 張煒瑋 學(xué)號(hào) 20216377 班級(jí) 方 08093 專(zhuān)業(yè) 電子信息工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 基于 FPGA電 梯控制器的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 高迎霞 指導(dǎo)教師職稱(chēng) 講師 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)閱人 得分 答辯小組組長(zhǎng) 得分 成績(jī)： 院長(zhǎng) (主任 )簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目 基于 FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì) 姓名 張煒瑋 學(xué)號(hào) 20216377 班級(jí) 方 08093 專(zhuān)業(yè) 電子信息工程 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程系 導(dǎo)師姓名 高 迎霞 導(dǎo)師職稱(chēng) 講師 一、主要內(nèi)容 該項(xiàng)目主要模擬電梯控制的整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)電梯控制。主要包含硬件部分和軟件部分，硬件部分完成模擬電梯控制所需控制電路和顯示部分，軟件部分通過(guò) VHDL語(yǔ)言完成電梯控制的整個(gè)過(guò)程。 二、基本要求 設(shè)計(jì)一個(gè)多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成 3個(gè)樓層的載客服務(wù)。電梯運(yùn)行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號(hào)，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1．完成主要功能。 3. 使用說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) VHDL 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。 關(guān)于 cyclone 系列相關(guān) FPGA 開(kāi)發(fā)文檔。 五、進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周 — 第 2 周 開(kāi)題報(bào)告和任務(wù)分配 第 3 周 — 第 7 周 需求分析，概要設(shè)計(jì) 第 8 周 — 第 12 周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核 第 13 周 — 第 14 周 寫(xiě)論文 第 15 周 — 第 16 周 上交論文，答辯 教研室主任簽字 時(shí)間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目 基于 FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 張煒瑋 學(xué)號(hào) 20886377 班級(jí) 080903 專(zhuān)業(yè) 電氣工程系 一、研究背景 當(dāng)今社會(huì)，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日 常生活密不可分。從控制方式和性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這兩中方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。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(diǎn)，目前已逐漸被淘汰，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。 二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著我國(guó)城鄉(xiāng)居民生活水平的不斷提高 ,住宅和一般公共建筑內(nèi) ,空調(diào)和電梯成為最大的兩只“電老虎”。與此同時(shí) ,電梯的耗能不容忽視 ,據(jù)了解 ,目前我國(guó)星級(jí)酒店每年每平方米耗電量為 150 度 ,其中將近一半用于電梯。如果 2021 年全部采用節(jié)能電梯 ,將節(jié)電 800 億度 ,幾乎相當(dāng)于三峽大壩一年的發(fā)電量。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中新的組成部分。而對(duì)現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候，對(duì)機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險(xiǎn)系數(shù)。在國(guó)外己 法規(guī) 實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專(zhuān)業(yè)安裝隊(duì)和維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗(yàn)，從而為電梯運(yùn)行的可靠 性和安全性提供了保證。美國(guó)一家保險(xiǎn)公司對(duì)電梯的安全性做過(guò)認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是 :乘電梯比走樓梯安全 5 倍。 三、研究方案 設(shè)計(jì)一個(gè)多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成 3個(gè)樓層的載客服務(wù)。電梯運(yùn)行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號(hào)，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。 四、預(yù)期結(jié)果 此系統(tǒng)是個(gè) 3層樓的電梯控制器設(shè)計(jì)。 內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式方案：類(lèi)似于出租車(chē)的工作方式，先將車(chē)上的人送至目的地，再去載客。在內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式中，當(dāng)電梯外部人的請(qǐng)求和電梯內(nèi)部人的請(qǐng)求沖突時(shí)，外部人的請(qǐng)求信號(hào)可能被長(zhǎng)時(shí)間忽略，因而它不能作為通用型電梯的設(shè)計(jì)方案。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于“面面俱 到”，可以保證所有人的請(qǐng)求都能得到響應(yīng)。 六 、進(jìn)度計(jì)劃： 第 1周 — 第 2周 開(kāi)題報(bào)告和任務(wù)分配 第 3周 — 第 7周 需求分析，概要設(shè)計(jì) 第 8周 — 第 12周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核 第 13周 — 第 14周 寫(xiě)論文 第 15周 — 第 16周 上交論文，答辯 。 本設(shè)計(jì)是基于 VHDL 開(kāi)發(fā)上的三層電梯控制器。其功能包括：顯示電梯樓層數(shù)、響應(yīng)樓層請(qǐng)求、 電梯上升下降指示、電梯開(kāi)關(guān)門(mén)。這就注定了必須合理地利用土地去解決人和土地的矛盾。因此，能使人們快速、便捷地到達(dá)目的樓層的電梯便應(yīng)運(yùn)而生了。中國(guó)的電梯市場(chǎng)增長(zhǎng)也很樂(lè)觀，目前，每年增長(zhǎng)率為 15%－ 18%。如何更安全、更快捷地到達(dá)目的樓層，也就成了人們對(duì)電梯最為根本的要求。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成了在電梯設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最為核心的技術(shù)。電子設(shè)計(jì)在日常生活和物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)都占到了舉足輕重的地位，這尤其體現(xiàn)在其對(duì)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)上。因此，本設(shè)計(jì)就是希望在以開(kāi)發(fā)更安全、更快捷的三層電梯控制系統(tǒng)為前提下，結(jié)合電子設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)電梯控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。其使用便捷，貨運(yùn)周期短，效率高，成本低，對(duì) 貨運(yùn)事業(yè)具有普相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，在某些層面上說(shuō)，三層電梯的設(shè)計(jì)也具有一定的社會(huì)價(jià)值。 針對(duì)目前中小型電梯所能實(shí)現(xiàn)的功能，本控制設(shè)計(jì)擬實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1）每 層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。 （ 3）電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén) 8 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)后停留在當(dāng)前層。 （ 5）電梯運(yùn)行規(guī)則一當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請(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)求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。 （ 6）電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。電梯控制系統(tǒng)如何與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將是未來(lái)電梯設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。電梯上網(wǎng)能確保為客戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)全程的服務(wù)。電梯上網(wǎng) 主要能實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1）用網(wǎng)絡(luò)把所有電梯監(jiān)管起來(lái)，保證電梯安全運(yùn)行，確保乘客安全。 （ 3）也可以通過(guò)電梯網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)掃描每臺(tái)電梯內(nèi)各部件以發(fā)現(xiàn)事故隱患做到事先維修，減少停梯時(shí)間，提高企業(yè)的服務(wù) ?；?EDA 技術(shù)開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)三層電梯自動(dòng)控制與目前主流的利用可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)電梯控制緊密相連。使用 VHDL 語(yǔ)言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，在 MAX +plusⅡ 軟件上對(duì)程序進(jìn)行編譯、仿真。 EDA 概述 EDA 在通信行業(yè)（電信）里的另一個(gè)解釋是企業(yè)數(shù)據(jù)架構(gòu)， EDA 給出了一個(gè)企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)架構(gòu)的總體視圖，并按照 電信企業(yè)的特征，進(jìn)行了框架和層級(jí)的劃分。 什么是 EDA 20世紀(jì) 90 年代，國(guó)際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。這些器件可以通過(guò)軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。 EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在 EDA 軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言 HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線(xiàn)和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 利用 EDA 工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出 IC 版圖或 PCB 版圖的整