自動升降電梯控制器設(shè)計課件

設(shè)計要求設(shè)計一個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)門延時關(guān)門，并具有超載報警和故障報警；同時指示電梯運行情況和電梯內(nèi)外請求信息。設(shè)計要求設(shè)計一個6層樓的電梯控制器。1電梯控制方式1.內(nèi)部請求優(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)部請求優(yōu)先控制方式21.內(nèi)部請求優(yōu)先控制方式方案內(nèi)部請求優(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，必須考慮電梯對內(nèi)、外請求的響應(yīng)率P：Pin=100%;Pout=0~100%;在內(nèi)部請求優(yōu)先控制方式中，當(dāng)電梯外部人的請求和電梯內(nèi)部人的請求沖突時，外部人的請求信號可能被長時間忽略，因而它不能作為通用型電梯的設(shè)計方案。1.內(nèi)部請求優(yōu)先控制方式方案內(nèi)部請求優(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\行方式，遇站即停止、開門。這種方案的優(yōu)點在于“面面俱到”，可以保證所有人的請求都能得到響應(yīng)。然而這樣對電梯的效率產(chǎn)生消極影響：不必要的等待消耗了大量時間，而且電梯的運作與用戶的請求無關(guān)，當(dāng)無請求時電梯也照常跑空車，就浪費了大量電能。對用戶而言，此種控制方式的請求響應(yīng)時間也不是很快。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\行43.方向優(yōu)先控制方式方案方向優(yōu)先控制是指電梯運行到某一樓層時先考慮這一樓層是否有請求：有，則停止；無，則繼續(xù)前進(jìn)。停下后再啟動時，①考慮前方——上方、或下方是否有請求：有，則繼續(xù)前進(jìn)；無，則停止；②檢測后方是否有請求，有請求則轉(zhuǎn)向運行，無請求則維持停止?fàn)顟B(tài)。這種運作方式下，電梯對用戶的請求響應(yīng)率為100%，且響應(yīng)的時間較短。假設(shè)：電梯每兩層間的運行時間為ΔT,樓層數(shù)為6,在每層樓的停止時間為t,如果每層樓都有請求,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)不是每層樓都有請求(假定為只有第6層有請求輸入)時,上面的方式2(設(shè)為A方式)的響應(yīng)時間3.方向優(yōu)先控制方式方案方向優(yōu)先控制是指電梯運行到某一樓層時5T=5*(ΔT+t)而方向優(yōu)先控制方式(設(shè)為B方式)對同一請求的響應(yīng)時間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)的時候可以進(jìn)入省電模式，又能節(jié)省大量電能，本設(shè)計選擇方向優(yōu)先控制方式。T=5*(ΔT+t)6系統(tǒng)組成FPGA系統(tǒng)時鐘樓層請求關(guān)門中斷分頻器中央處理器超載故障清除信號存儲電梯升、降、停門開、關(guān)、停樓層顯示請求信號顯示超載、故障報警狀態(tài)存儲提前關(guān)門系統(tǒng)組成FPGA系統(tǒng)時鐘樓層請求關(guān)門中斷分頻器超載故障清除7模塊設(shè)計1.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計2.信號存儲模塊3.基于FPGA的中央處理模塊4.信號的輸出、顯示模塊模塊設(shè)計1.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計81.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計對外部信號采集、處理要求電梯控制器：（1）外部請求信號的實時、準(zhǔn)確采集。（2）準(zhǔn)確、實時的捕捉樓層到達(dá)信號。（3）有效的防止樓層到達(dá)信號、外部請求信號的誤判。控制器采用FPGA作為系統(tǒng)控制的核心，系統(tǒng)時鐘頻率是32.0000MHz，完全可以滿足實時采集數(shù)據(jù)的要求。由于電路中毛刺現(xiàn)象的存在，信號的純凈度降低，單個的毛刺往往被誤作為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號，嚴(yán)重影響電梯的正常工作?？梢圆捎枚啻螜z測的方法解決這個問題，對一個信號進(jìn)行多次采樣以保證信號的可信度。外部請求信號的輸入形式為按鍵輸入，到達(dá)樓層信號來自光敏傳感器，關(guān)門中斷信號及超載信號則產(chǎn)生于壓力傳感器。鍵盤、光敏外部輸入接口電路未設(shè)計。1.外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計對外部信號采集、處理要求電梯控制92.信號存儲模塊電梯控制器的請求輸入信號有18個（電梯外有6個上升請求和6個下降請求的用戶輸入斷口，電梯內(nèi)有6個請求用戶輸入斷口），由于系統(tǒng)對內(nèi)、外請求沒有設(shè)置優(yōu)先級，各樓層的內(nèi)、外請求信號被采集后可先進(jìn)行運算，再存到存儲器內(nèi)。電梯運行過程中，由于用戶的請求信號的輸入是離散的，而且系統(tǒng)對請求的響應(yīng)也是離散的，因此請求信號的存儲要求新的請求信號不能覆蓋原來的請求信號，只有響應(yīng)動作完成后才能清除存儲器內(nèi)對應(yīng)的請求信號位。2.信號存儲模塊電梯控制器的請求輸入信號有18個（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，通過對存儲的數(shù)據(jù)（含請求、到達(dá)樓層等信號）進(jìn)行比較、判斷以驅(qū)動系統(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、超載報警以及故障報警狀態(tài)。一般情況下，電梯工作起始點是第一層，起始狀態(tài)是等待狀態(tài)，啟動條件是收到上升請求。超載狀態(tài)時電梯關(guān)門動作取消，同時發(fā)出警報，直到警報被清除；故障時電梯不執(zhí)行關(guān)門動作，同時發(fā)出警報，直到警報被清除（看門狗信號有效的條件是一層樓連續(xù)發(fā)生關(guān)門中斷情況超過3次）。本系統(tǒng)由請求信號啟動，運行中每檢測到一個到達(dá)樓層信號，就將信號存儲器的請求信號和樓層狀態(tài)信號進(jìn)行比較，再參考原方向信號來決定是否停止，轉(zhuǎn)向等動作。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.信號的輸出、顯示模塊本系統(tǒng)的輸出信號有兩種：一種是電機的升降控制信號（兩位）和開門/關(guān)門控制信號；另一種是面向用戶的提示信號（含樓層顯示、方向顯示、已接受請求顯示等）。電機的控制信號一般需要兩位，本系統(tǒng)中電機有3種工作狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)狀態(tài)。兩位控制信號作為一個三路開關(guān)的選通信號，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)碼管請求信號顯示和表征運動方向的箭頭形指示燈的開關(guān)信號。完全可以滿足人們的需要，而且效率比較高。4.信號的輸出、顯示模塊本系統(tǒng)的輸出信號有兩種：一種是電機13本系統(tǒng)具有請求信號顯示功能，結(jié)合方向顯示，可以減少用戶對同一請求的輸入次數(shù)，這樣就延長了電梯按鍵的使用壽命。假如電梯處于向上運動狀態(tài)，初始位置是底層，初始請求是6樓，2樓時進(jìn)入一人，如果他的目的地也是6樓，他看到初始請求是6樓，就可以不再按鍵。同時，電梯外部的人也可根據(jù)請求信號顯示（上升請求、下降請求、無請求），就可以避免沒必要的重復(fù)請求信號輸入。電梯使用時，系統(tǒng)結(jié)合相應(yīng)的電梯使用規(guī)范。本系統(tǒng)具有請求信號顯示功能，結(jié)合方向顯示，可以減少用戶對同一14電梯控制器程序設(shè)計與仿真電梯控制器程序設(shè)計與仿真15電梯控制器電路符號電梯控制器電路符號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;--時鐘信號（頻率為2Hz）full,deng,quick,clr:instd_logic;--超載、關(guān)門中斷、提前關(guān)門清除報警信號c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5:instd_logic;--電梯外人的上升請求信號c_d2,c_d3,c_d4,c_d5,c_d6:instd_logic;--電梯外人的下降請求信號d1,d2,d3,d4,d5,d6:instd_logic;--電梯內(nèi)人的請求信號g1,g2,g3,g4,g5,g6:instd_logic;--到達(dá)樓層信號door:outstd_logic_vector(1downto0);--電梯門控制信號led:outstd_logic_vector(6downto0);--電梯所在樓層顯示led_c_u:outstd_logic_vector(5downto0);--電梯外人上升請求信號顯示led_c_d:outstd_logic_vector(5downto0);--電梯外人下降請求信號顯示led_d:outstd_logic_vector(5downto0);--電梯內(nèi)請求信號顯示wahaha:outstd_logic;--故障報警信號ud,alarm:outstd_logic;--電梯運動方向顯示，超載警告信號up,down:outstd_logic);--電機控制信號和電梯運動enddianti;entitydiantiis18architecturebehavofdiantiissignald11,d22,d33,d44,d55,d66:std_logic;--電梯內(nèi)人請求信號寄存信號signalc_u11,c_u22,c_u33,c_u44,c_u55:std_logic;--電梯外人上升請求信號寄存信號signalc_d22,c_d33,c_d44,c_d55,c_d66:std_logic;--電梯外人下降請求信號寄存信號signalq:integerrange0to1;--分頻信號signalq1:integerrange0to6;--關(guān)門延時計數(shù)器signalq2:integerrange0to9;--故障計數(shù)器signaldd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(5downto0);--電梯內(nèi)外請求信號寄存器signalopendoor:std_logic;--開門使能信號signalupdown:std_logic;--電梯運動方向信號寄存器signalen_up,en_dw:std_logic;--預(yù)備上升、預(yù)備下降預(yù)操作使能信號beginarchitecturebehavofdiantii19com:process(clk)beginifclk'eventandclk='1'thenifclr='1'thenq1<=0;q2<=0;wahaha<='0';--清除故障報警elsiffull='1'thenalarm<='1';q1<=0;--超載報警ifq1>=3thendoor<="10";elsedoor<="00";endif;elsifq=1thenq<=0;alarm<='0';ifq2=3thenwahaha<='1';--故障報警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)前層的請求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsifdd_cc>"000001"thenen_up<='1';opendoor<='0';--有上升請求，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)elsifdd_cc="000000"thenopendoor<=‘1';--無請求時，電梯停在1樓待機endif;自動升降電梯控制器設(shè)計課件22elsifg2='1'thenled<="0010010";--電梯到達(dá)2樓，數(shù)碼管顯示2ifupdown='1'then--電梯前一運動狀態(tài)位上升ifd22='1'orc_u22='1'thend22<='0';c_u22<='0';opendoor<='1';--有當(dāng)前層的請求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsifdd_cc>"000011"thenen_up<='1';opendoor<='0';--有上升請求，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)elsifdd_cc<"000010"thenen_dw<='1';opendoor<='0';--有下降請求，則電梯進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)endif;--電梯前一運動狀態(tài)為下降elsifd22='1'orc_d22='1'thend22<='0';c_d22<='0';opendoor<='1';--有當(dāng)前層的請求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsifdd_cc<"000010"thenen_dw<='1';opendoor<='0';--有下降請求，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';--清除超載報警ifd1='1'thend11<=d1;--對電梯內(nèi)人請求信號進(jìn)行檢測和寄存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;--對電梯外人上升請求信號進(jìn)行檢測和寄存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;--對電梯外人下降請求信號進(jìn)行檢測和寄存elsifc_d3='1'thenc_d33<=c_d3;elsifc_d4='1'thenc_d