自動(dòng)升降電梯控制器設(shè)計(jì)課件

設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)6層樓的電梯控制器。該控制器可控制電梯完成6層樓的載客服而且遵循方向優(yōu)先原則，并能響應(yīng)提前關(guān)門延時(shí)關(guān)門，并具有超載報(bào)警和故障報(bào)警；同時(shí)指示電梯運(yùn)行情況和電梯內(nèi)外請(qǐng)求信息。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)6層樓的電梯控制器。1電梯控制方式1.內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式2.單向?qū)訉油？刂品绞?.方向優(yōu)先控制方式電梯控制方式1.內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式21.內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式方案內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式類似于出租車的工作方式，先將車上的人送至目的地，再去載客。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)率P：Pin=100%;Pout=0~100%;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。1.內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式方案內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先控制方式類似于出租車32.單向?qū)訉油？刂品绞椒桨竼蜗驅(qū)訉油？刂品绞降韧诨疖嚨倪\(yùn)行方式，遇站即停止、開門。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)。然而這樣對(duì)電梯的效率產(chǎn)生消極影響：不必要的等待消耗了大量時(shí)間，而且電梯的運(yùn)作與用戶的請(qǐng)求無(wú)關(guān)，當(dāng)無(wú)請(qǐng)求時(shí)電梯也照常跑空車，就浪費(fèi)了大量電能。對(duì)用戶而言，此種控制方式的請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間也不是很快。因而這不是理想的方案。2.單向?qū)訉油？刂品绞椒桨竼蜗驅(qū)訉油？刂品绞降韧诨疖嚨倪\(yùn)行43.方向優(yōu)先控制方式方案方向優(yōu)先控制是指電梯運(yùn)行到某一樓層時(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)。停下后再啟動(dòng)時(shí)，①考慮前方——上方、或下方是否有請(qǐng)求：有，則繼續(xù)前進(jìn)；無(wú)，則停止；②檢測(cè)后方是否有請(qǐng)求，有請(qǐng)求則轉(zhuǎn)向運(yùn)行，無(wú)請(qǐng)求則維持停止?fàn)顟B(tài)。這種運(yùn)作方式下，電梯對(duì)用戶的請(qǐng)求響應(yīng)率為100%，且響應(yīng)的時(shí)間較短。假設(shè)：電梯每?jī)蓪娱g的運(yùn)行時(shí)間為ΔT,樓層數(shù)為6,在每層樓的停止時(shí)間為t,如果每層樓都有請(qǐng)求,則這種控制方式的效率和上面的單向每層停等控制方式的效率一樣,然而,當(dāng)不是每層樓都有請(qǐng)求(假定為只有第6層有請(qǐng)求輸入)時(shí),上面的方式2(設(shè)為A方式)的響應(yīng)時(shí)間3.方向優(yōu)先控制方式方案方向優(yōu)先控制是指電梯運(yùn)行到某一樓層時(shí)5T=5*(ΔT+t)而方向優(yōu)先控制方式(設(shè)為B方式)對(duì)同一請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間T1=5*ΔT即效率比ηb/ηa=1+t/ΔT方向優(yōu)先控制方式的效率遠(yuǎn)大于單向?qū)訉油５瓤刂品绞降男?。而且，方向?yōu)先控制方式下，電梯在維持停止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候可以進(jìn)入省電模式，又能節(jié)省大量電能，本設(shè)計(jì)選擇方向優(yōu)先控制方式。T=5*(ΔT+t)6系統(tǒng)組成FPGA系統(tǒng)時(shí)鐘樓層請(qǐng)求關(guān)門中斷分頻器中央處理器超載故障清除信號(hào)存儲(chǔ)電梯升、降、停門開、關(guān)、停樓層顯示請(qǐng)求信號(hào)顯示超載、故障報(bào)警狀態(tài)存儲(chǔ)提前關(guān)門系統(tǒng)組成FPGA系統(tǒng)時(shí)鐘樓層請(qǐng)求關(guān)門中斷分頻器超載故障清除7模塊設(shè)計(jì)1.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計(jì)2.信號(hào)存儲(chǔ)模塊3.基于FPGA的中央處理模塊4.信號(hào)的輸出、顯示模塊模塊設(shè)計(jì)1.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計(jì)81.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計(jì)對(duì)外部信號(hào)采集、處理要求電梯控制器：（1）外部請(qǐng)求信號(hào)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集。（2）準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的捕捉樓層到達(dá)信號(hào)。（3）有效的防止樓層到達(dá)信號(hào)、外部請(qǐng)求信號(hào)的誤判?？刂破鞑捎肍PGA作為系統(tǒng)控制的核心，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是32.0000MHz，完全可以滿足實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的要求。由于電路中毛刺現(xiàn)象的存在，信號(hào)的純凈度降低，單個(gè)的毛刺往往被誤作為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號(hào)，嚴(yán)重影響電梯的正常工作?？梢圆捎枚啻螜z測(cè)的方法解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行多次采樣以保證信號(hào)的可信度。外部請(qǐng)求信號(hào)的輸入形式為按鍵輸入，到達(dá)樓層信號(hào)來(lái)自光敏傳感器，關(guān)門中斷信號(hào)及超載信號(hào)則產(chǎn)生于壓力傳感器。鍵盤、光敏外部輸入接口電路未設(shè)計(jì)。1.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計(jì)對(duì)外部信號(hào)采集、處理要求電梯控制92.信號(hào)存儲(chǔ)模塊電梯控制器的請(qǐng)求輸入信號(hào)有18個(gè)（電梯外有6個(gè)上升請(qǐng)求和6個(gè)下降請(qǐng)求的用戶輸入斷口，電梯內(nèi)有6個(gè)請(qǐng)求用戶輸入斷口），由于系統(tǒng)對(duì)內(nèi)、外請(qǐng)求沒(méi)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)。電梯運(yùn)行過(guò)程中，由于用戶的請(qǐng)求信號(hào)的輸入是離散的，而且系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)也是離散的，因此請(qǐng)求信號(hào)的存儲(chǔ)要求新的請(qǐng)求信號(hào)不能覆蓋原來(lái)的請(qǐng)求信號(hào)，只有響應(yīng)動(dòng)作完成后才能清除存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求信號(hào)位。2.信號(hào)存儲(chǔ)模塊電梯控制器的請(qǐng)求輸入信號(hào)有18個(gè)（電梯外有6103.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(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。超載狀態(tài)時(shí)電梯關(guān)門動(dòng)作取消，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，直到警報(bào)被清除；故障時(shí)電梯不執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，直到警報(bào)被清除（看門狗信號(hào)有效的條件是一層樓連續(xù)發(fā)生關(guān)門中斷情況超過(guò)3次）。本系統(tǒng)由請(qǐng)求信號(hào)啟動(dòng)，運(yùn)行中每檢測(cè)到一個(gè)到達(dá)樓層信號(hào)，就將信號(hào)存儲(chǔ)器的請(qǐng)求信號(hào)和樓層狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行比較，再參考原方向信號(hào)來(lái)決定是否停止，轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。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，11（系統(tǒng)狀態(tài)流程圖）（系統(tǒng)狀態(tài)流程圖）124.信號(hào)的輸出、顯示模塊本系統(tǒng)的輸出信號(hào)有兩種：一種是電機(jī)的升降控制信號(hào)（兩位）和開門/關(guān)門控制信號(hào)；另一種是面向用戶的提示信號(hào)（含樓層顯示、方向顯示、已接受請(qǐng)求顯示等）。電機(jī)的控制信號(hào)一般需要兩位，本系統(tǒng)中電機(jī)有3種工作狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)狀態(tài)。兩位控制信號(hào)作為一個(gè)三路開關(guān)的選通信號(hào)，此三路開關(guān)選用模擬電子開關(guān)。系統(tǒng)的顯示輸出包括數(shù)碼管樓層顯示、數(shù)碼管請(qǐng)求信號(hào)顯示和表征運(yùn)動(dòng)方向的箭頭形指示燈的開關(guān)信號(hào)。完全可以滿足人們的需要，而且效率比較高。4.信號(hào)的輸出、顯示模塊本系統(tǒng)的輸出信號(hào)有兩種：一種是電機(jī)13本系統(tǒng)具有請(qǐng)求信號(hào)顯示功能，結(jié)合方向顯示，可以減少用戶對(duì)同一請(qǐng)求的輸入次數(shù)，這樣就延長(zhǎng)了電梯按鍵的使用壽命。假如電梯處于向上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，初始位置是底層，初始請(qǐng)求是6樓，2樓時(shí)進(jìn)入一人，如果他的目的地也是6樓，他看到初始請(qǐng)求是6樓，就可以不再按鍵。同時(shí)，電梯外部的人也可根據(jù)請(qǐng)求信號(hào)顯示（上升請(qǐng)求、下降請(qǐng)求、無(wú)請(qǐng)求），就可以避免沒(méi)必要的重復(fù)請(qǐng)求信號(hào)輸入。電梯使用時(shí)，系統(tǒng)結(jié)合相應(yīng)的電梯使用規(guī)范。本系統(tǒng)具有請(qǐng)求信號(hào)顯示功能，結(jié)合方向顯示，可以減少用戶對(duì)同一14電梯控制器程序設(shè)計(jì)與仿真電梯控制器程序設(shè)計(jì)與仿真15電梯控制器電路符號(hào)電梯控制器電路符號(hào)16電梯控制器VHDL程序--文件名：dianti.vhd。--功能：6層樓的電梯控制系統(tǒng)。--最后修改日期：2004.4.12。libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;useieee.std_logic_arith.all;電梯控制器VHDL程序--文件名：dianti.vhd。17entitydiantiisport(clk:instd_logic;--時(shí)鐘信號(hào)（頻率為2Hz）full,deng,quick,clr:instd_logic;--超載、關(guān)門中斷、提前關(guān)門清除報(bào)警信號(hào)c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5:instd_logic;--電梯外人的上升請(qǐng)求信號(hào)c_d2,c_d3,c_d4,c_d5,c_d6:instd_logic;--電梯外人的下降請(qǐng)求信號(hào)d1,d2,d3,d4,d5,d6:instd_logic;--電梯內(nèi)人的請(qǐng)求信號(hào)g1,g2,g3,g4,g5,g6:instd_logic;--到達(dá)樓層信號(hào)door:outstd_logic_vector(1downto0);--電梯門控制信號(hào)led:outstd_logic_vector(6downto0);--電梯所在樓層顯示led_c_u:outstd_logic_vector(5downto0);--電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)顯示led_c_d:outstd_logic_vector(5downto0);--電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)顯示led_d:outstd_logic_vector(5downto0);--電梯內(nèi)請(qǐng)求信號(hào)顯示wahaha:outstd_logic;--故障報(bào)警信號(hào)ud,alarm:outstd_logic;--電梯運(yùn)動(dòng)方向顯示，超載警告信號(hào)up,down:outstd_logic);--電機(jī)控制信號(hào)和電梯運(yùn)動(dòng)enddianti;entitydiantiis18architecturebehavofdiantiissignald11,d22,d33,d44,d55,d66:std_logic;--電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)寄存信號(hào)signalc_u11,c_u22,c_u33,c_u44,c_u55:std_logic;--電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)寄存信號(hào)signalc_d22,c_d33,c_d44,c_d55,c_d66:std_logic;--電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)寄存信號(hào)signalq:integerrange0to1;--分頻信號(hào)signalq1:integerrange0to6;--關(guān)門延時(shí)計(jì)數(shù)器signalq2:integerrange0to9;--故障計(jì)數(shù)器signaldd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(5downto0);--電梯內(nèi)外請(qǐng)求信號(hào)寄存器signalopendoor:std_logic;--開門使能信號(hào)signalupdown:std_logic;--電梯運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)寄存器signalen_up,en_dw:std_logic;--預(yù)備上升、預(yù)備下降預(yù)操作使能信號(hào)beginarchitecturebehavofdiantii19com:process(clk)beginifclk'eventandclk='1'thenifclr='1'thenq1<=0;q2<=0;wahaha<='0';--清除故障報(bào)警elsiffull='1'thenalarm<='1';q1<=0;--超載報(bào)警ifq1>=3thendoor<="10";elsedoor<="00";endif;elsifq=1thenq<=0;alarm<='0';ifq2=3thenwahaha<='1';--故障報(bào)警else

com:process(clk)20ifopendoor=‘1’thendoor<=“10”;q1<=0;q2<=0;up<=‘0’;down<=‘0’;--開門操作elsifen_up='1'then--上升預(yù)操作ifdeng='1'thendoor<="10";q1<=0;q2<=q2+1;--關(guān)門中斷elsifquick='1'thenq1<=3;--提前關(guān)門elsifq1=6thendoor<="00";updown<='1';up<='1';--關(guān)門完畢，電梯進(jìn)入上升狀態(tài)elsifq1>=3thendoor<="01";q1<=q1+1;--電梯進(jìn)入關(guān)門狀態(tài)elseq1<=q1+1;door<="00";--電梯進(jìn)入等待狀態(tài)endif;elsifen_dw='1'then--下降預(yù)操作ifdeng='1'thendoor<="10";q1<=0;q2<=q2+1;elsifquick='1'thenq1<=3;elsifq1=6thendoor<="00";updown<='0';down<='1';elsifq1>=3thendoor<="01";q1<=q1+1;elseq1<=q1+1;door<="00";endif;endif;ifopendoor=‘1’thend21ifg1='1'thenled<="1001111";--電梯到達(dá)1樓，數(shù)碼管顯示1ifd11='1'orc_u11='1'thend11<='0';c_u11<='0';opendoor<='1';--有當(dāng)前層的請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsifdd_cc>"000001"thenen_up<='1';opendoor<='0';--有上升請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)elsifdd_cc="000000"thenopendoor<=‘1';--無(wú)請(qǐng)求時(shí)，電梯停在1樓待機(jī)endif;自動(dòng)升降電梯控制器設(shè)計(jì)課件22elsifg2='1'thenled<="0010010";--電梯到達(dá)2樓，數(shù)碼管顯示2ifupdown='1'then--電梯前一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)位上升ifd22='1'orc_u22='1'thend22<='0';c_u22<='0';opendoor<='1';--有當(dāng)前層的請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsifdd_cc>"000011"thenen_up<='1';opendoor<='0';--有上升請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)elsifdd_cc<"000010"thenen_dw<='1';opendoor<='0';--有下降請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)endif;--電梯前一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為下降elsifd22='1'orc_d22='1'thend22<='0';c_d22<='0';opendoor<='1';--有當(dāng)前層的請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsifdd_cc<"000010"thenen_dw<='1';opendoor<='0';--有下降請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)elsifdd_cc>"000011"thenen_up<='1';opendoor<='0';--有上升請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)endif;elsifg2='1'thenled<23elsifg3='1'thenled<="0000110";--電梯到達(dá)3樓，數(shù)碼管顯示3ifupdown='1'thenifd33='1'orc_u33='1'thend33<='0';c_u33<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc>"000111"thenen_up<='1';opendoor<='0';elsifdd_cc<"000100"thenen_dw<='1';opendoor<='0';endif;elsifd33='1'orc_d33='1'thend33<='0';c_d33<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc<"000100"thenen_dw<='1';opendoor<='0';elsifdd_cc>"000111"thenen_up<='1';opendoor<='0';endif;elsifg3='1'thenled<24elsifg4='1'thenled<="1001100";--電梯到達(dá)4樓，數(shù)碼管顯示4ifupdown='1'thenifd44='1'orc_u44='1'thend44<='0';c_u44<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc>"001111"thenen_up<='1';opendoor<='0';elsifdd_cc<"001000"thenen_dw<='1';opendoor<='0';endif;elsifd44='1'orc_d44='1'thend44<='0';c_d44<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc<"001000"thenen_dw<='1';opendoor<='0';elsifdd_cc>"001111"thenen_up<='1';opendoor<='0';endif;elsifg4='1'thenled<25elsifg5='1'thenled<="0100100";--電梯到達(dá)5樓，數(shù)碼管顯示5ifupdown='1'thenifd55='1'orc_u55='1'thend55<='0';c_u55<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc>"011111"thenen_up<='1';opendoor<='0';elsifdd_cc<"010000"thenen_dw<='1';opendoor<='0';endif;elsifd55='1'orc_d55='1'thend55<='0';c_d55<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc<"010000"thenen_dw<='1';opendoor<='0';elsifdd_cc>"011111"thenen_up<='1';opendoor<='0';endif;elsifg5='1'thenled<26elsifg6='1'thenled<="0100000";--電梯到達(dá)6樓，數(shù)碼管顯示6ifd66='1'orc_d66='1'thend66<='0';c_d66<='0';opendoor<='1';elsifdd_cc<"100000"thenen_dw<='1';opendoor<='0';endif;elseen_up<='0';en_dw<='0';--電梯進(jìn)入上升或下降狀態(tài)endif;endif;elsifg6='1'thenled<27elseq<=1;alarm<='0';--清除超載報(bào)警ifd1='1'thend11<=d1;--對(duì)電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和寄存elsifd2='1'thend22<=d2;elsifd3='1'thend33<=d3;elsifd4='1'thend44<=d4;elsifd5='1'thend55<=d5;elsifd6='1'thend66<=d6;endif;ifc_u1='1'thenc_u11<=c_u1;--對(duì)電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和寄存elsifc_u2='1'thenc_u22<=c_u2;elsifc_u3='1'thenc_u33<=c_u3;elsifc_u4='1'thenc_u44<=c_u4;elsifc_u5='1'thenc_u55<=c_u5;endif;elseq<=1;alarm<='0';28ifc_d2='1'thenc_d22<=c_d2;--對(duì)電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和寄存elsifc_d3='1'thenc_d33<=c_d3;elsifc_d4='1'thenc_d