基于vhdl的电梯控制系统设计

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1、VHDL数字系统设计与测试实验报告基于VHDL的电梯控制系统设计一、设计背景及说明随着高层建筑的不断涌现，对电梯的需求也与日俱增，电梯已经成为我们日常生活中不可缺少的部分，稳定可靠性高的电梯系统成为了电梯领域的新需求。现在基于VHDL硬件描述语言，用FPGA为控制芯片控制完成一个简单的6层楼的电梯控制系统设计。我们常见的电梯控制系统功能都包括：上升请求、下降请求、电梯门控、楼层显示灯、电梯运动方向显示、超载、报警、电梯内请求信号等。根据这些常用的信号设计一个电梯系统，实现所要求的功能。控制方式的选择：1）

2、内部请求优先控制方式内部请求控制方式类似于出租车的工作方式，先将车上的人送至目地，再去载客。作为通用型电梯应该服务于大多数人，必须考虑电梯对内外请求的响应。在内部请求优先控制方式中，当电梯外部人的请求和电梯内部人的请求冲突时，外部人的请求信号可能被长时间忽略，因为它不能作为通用型电梯的设计方案。2）单层层停控制方案单层层停控制方式等同于火车运行方式，遇到站即停止、开门。这种方案保证所有的人的请求都能得到响应。然而这样对电梯的效率产生了消极的影响：不必要的等待消耗了大量时间，而且电梯的运作与用户的请求无关，

3、当无请求时电梯也照常跑空车，浪费了大量的电能。对于用户而言这种控制方式的请求响应时间也不是很快，因而也不是理想的电梯控制设计方案。3）方向优先控制式方式方案方向优先控制是指电梯运行到某一层楼时，先考虑这一层楼是否有请求：有则停止；无则继续上升或者下降。停止后再启动时，考虑上方或者下方是否有请求，有则继续前进，无则停止。检测后方是否有请求，有请求则转向运行，无请求则维持停止状态。这种运作方式下，电梯对用户的请求相应率为100%，而且响应的时间较短。方向优先控制方式的效率远远大于单向层层停等控制方式的效率。而

4、且，方向控制方式下，电梯在维持停止状态的时候可以进入省电模式，又能节省大量的电能。在本设计中采用方向优先控制方式。l电梯的输入信号分析电梯的输入信号分析主要包括外部输入信号和内部输入信息的分析。对于电梯外部输入信号：每一层电梯门外需要有上升请求按钮和下降请求按钮，其中一楼电梯门外只有上升请求按钮，6楼电梯门外只有下降请求按钮。电梯内部输入信号包括6个前往楼层按钮、提前关门按钮、延时关门按钮、电梯异常求救按钮，另外还有超重等警告信号输入。l电梯的输出信号分析：电梯的输出信号分析也主要包括外部输出信号和内部输

5、出信息的分析。对于电梯外部信号包括上升请求按钮和下降请求按钮是否被按下指示信号灯、电梯当前所在楼层指示信号、电梯运行方向指示信号。电梯内部输出信号包括6个前往楼层按钮是否被按下指示信号、是否超重等告警指示信号、电梯当前所在楼层指示信号、以及电梯运行方向指示信号。l电梯运行规则分析：当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置更高的上楼信号，由下至上依次执行，直到最后一个上楼请求执行完毕，如果高层有下楼请求时，则直接升到有下降请求的最高楼，然后进入下降模式，电梯处于下降模式时，则与上升模式相反。电梯系统框图如

6、下图所示：按键输入乘坐电梯者所想要去的楼层，控制电梯门的开关，可编程逻辑芯片接收到信号后进行处理，发送信号给控制电机系统来控制电梯的上升下降等状态，同时通过LED数码管显示所在的楼层，以及电梯的运动状态。该控制器完成6层电梯的载客服务，而且遵循方向优先原则，并能相应提前关门、延时关门，并且有超载报警和故障报警。同时指示电梯的运行情况以及电梯内外请求信息。二、设计框图及模块说明²设计电梯系统框图如下图所示：²电梯系统大致包括4个模块：1）外部数据采集模块对外部信号采集、处理要求电梯控制器：实现对外部请求信号

7、的实时、准确采集；准确实时地捕捉达到楼层的信号；有效防止楼层到达信号、外部请求信号的误判。采用FPGA为系统控制核心，系统时钟频率足够满足此系统实时采集数据的要求。外部请求信号的输入形式为按键输入，到达楼层信号来自光敏传感器，关门中断信号及超载信号则产生于压力传感器。2）信号存储模块电梯控制系统的请求输入信号有18个（电梯外有6个上升请求和6个下降请求的用户输入端口，电梯内有6个请求用户输入端口），由于系统对内外请求没有设置优先级，各楼层的内外请求信号被采集后可先进行运算，再存到存储器内。要注意的是电梯运

8、行过程中，由于用户的请求信号的输入是离散的，而且系统对请求的响应也是离散的，因此请求信号的存储要新的请求信号不能覆盖原来的请求信号，只有响应动作完成后才能清除存储器内对应的请求信号位。1）基于FPGA的中央处理器模块中央数据处理模块是系统的核心，通过对存储的数据（含请求、到达楼层等信号）进行比较、判断以驱动系统状态的流转。电梯工作过程中共有9种状态：等待、上升、下降、开门、关门、停止、休眠、超载报警及故障报警状态。一般情况下电