基于EDA的电梯控制系统设计(FPGA)

【摘要】随着科技的迅速的发展，电梯已经成为生活中不可缺少的交通工具，电梯在国内的需求量也是与日俱增。然而相比于其他发达国家比如欧美，我国的创新元素还还相对较少。电梯的出现要追溯到上世纪，在那时电梯就已经融入到生活中并且取得了使用者的青睐。电梯的传统控制系统通常是采用继电器--接触器，而随着超大规模集成电路技术的成熟，FPGA作为一个新的生力军，在电梯的控制中已经取得了广泛的应用。另外，随着可持续发展理念的深入人心，电梯更是融入了节能的元素。由于FPGA内部集成了数以万计的逻辑单元，这样的特点使得它在电梯的控制上具有天然的优势。本设计是基于VHDL硬件描述语言而实现的多层电梯控制与远程监控系统，在程序的设计上，主要采用了有限状态机，程序中设立了两个进程相辅相成，以信号灯控制进程作为辅助进程，状态机作为主要进城。本次设计是采用VHDL硬件描述语言而设计的十层电梯控制系统，以Altera公司的QUARTUSII软件作为开发平台，实现了电梯的基本功能以及远程监控功能。【关键词】：电梯控制器，VHDL，状态机，远程监控ABSTRACTAlongwiththescienceandtechnologyrapiddevelopment,theelevatorhasbecomeindispensableinlifetraffictools,theelevatorisalsogrowwitheachpassingdayindomesticdemand.However,comparedtootherdevelopedcountriessuchasEuropeandtheUnitedStates,innovationelementsinChinaisstillrelativelysmall.Theelevatorcanbetracedtothelastcentury,whentheelevatoralreadyintolifeandmadeusers.Thetraditionalelevatorcontrolsystemusestherelay-contactorisusually,butwithverylargescaleintegratedcircuittechnologymatures,FPGAasanewforce,extensiveapplicationhasbeenmadeinelevatorcontrol.Inaddition,withthewinsupportamongthepeopleoftheconceptofsustainabledevelopment,theelevatorisalsoincorporateenergy-savingelements.BecausetheFPGAinternalintegrationlogicunitoftensofthousandsof,thischaractermakesithasanaturaladvantageinelevatorcontrol.Thisdesignisthemulti-layeredelevatorcontrolandremotemonitoringsystemandimplementationofVHDLbasedonhardwaredescriptionlanguage,inthedesignprocess,mainlyusesthefinitestatemachine,theprogramhasestablishedtwoprocesscomplementeachother,withthesignalcontrolprocessasanauxiliaryprocess,statemachineasthemaintown.ThisdesignistenstoryelevatorcontrolsystemusingVHDLhardwaredescriptionlanguageanddesign,basedontheAlteracompanyQUARTUSIIsoftwareasthedevelopmentplatform,realizesthedisplayfunction,accordingtotherequirementsofpassengersandmakecorrespondingmotionfunction.【keywords】：elevatorcontroller，VHDL，Statemachine，Remotemonitoring目录第1章引言................................................................................................11.1选题的背景.....................................................................................11.2设计任务.......................................................................................2第2章设计基本原理与思路......................................................................32.1控制器的功能及技术指标..............................................................32.2全自动电梯控制方案选择..............................................................32.3电梯模块划分................................................................................4第3章模块内部程序设计..........................................................................63.1系统时钟分频模块.........................................................................63.2系统按键综合处理模块.................................................................73.3电梯运行控制模块.........................................................................83.4数码管显示模块............................................................................93.5模块整合.....................................................................................10第4章系统模块在Quartus上运行与仿真...............................................114.1时钟分频模块仿真效果...............................................................114.2按键处理模块仿真效果...............................................................124.3数码管显示模块仿真效果...........................................................124.4电梯运行控制模块仿真效果.........................................................134.5电梯整合后总体仿真效果............................................................14第5章远程监控功能设计........................................................................155.1远程监控方案选择.......................................................................15总结...........................................................................................................16参考文献....................................................................................................17致谢...........................................................................................................18附录程序代码..........................................................................................181第1章引言1.1选题的背景随着科学技术的发展，社会文明的进步，土地资源的也随之变得紧缺，建筑物高度的提高也成为必然的趋势，于是在日常生活当中,电梯已经是作为高层建筑中必不可少的垂直运输工具了，它也已然成为城市物质文化的一种明显的标志。同时，电梯的使用也是原来越广泛了，已经不仅仅存在于原来的高楼大厦、高级住宿楼，普通楼层、居民楼等公共场所同样也在使用电梯，甚至于有的私人家庭也能够安装使用电梯了，并且电梯的功能也在随着需求的增加而不断的提高，也不再是机械的手动控制，它的控制方式已经变得自动化，多样化。在电梯的控制系统上，存在多种方式，现今欧美等发达国家在电梯控制系统上主要采用的是32位的微型计算机控制系统。闭环反馈的单微机处理控制系统或者多微机的协调处理控制系统是他们主要采用的，在电梯的传动系统上，比较普遍采用的是VVVF调速技术，即交流变压变频，这样保证了梯从低速度到高速度的转变平稳，实现高精度运行，不仅节能，而且减少了对电网的污染，增加了乘坐的舒适度。对于电梯当中的反馈系统上，电梯位置信号的获得不仅仅是采用旋转编码器，绝对值编码器是不少的厂商厂家采用的方法，通过对曳引电机以距离的原则进行控制，实现了电梯平层的技术，是电梯在运行上效果接近理想状态。现今，我们国家的生产的电梯产品，不仅仅在数量上得到明显提升，在质量上也有了明显的提升。我们国家的电梯运行速度的控制方式与设计的理想运行曲线基本上跟发达国家的一样。但是考虑到经济效益，如今国内的电梯控制系统，通常采用的是微机或可编程逻辑控制器对变频器进行多段速度的控制。对于电梯传动系统上，新建筑新装电梯及旧建筑上电梯改造上，也大多数采用了交流变压变频(VVVF)调速电梯。在电梯反馈系统上，主要采用的一般也是闭环速度反馈，首先利用增量编码器产生脉冲信号，它一般套在电机轴上，再将信号反馈给控制系统。对于电梯井道内部信号的采集上，增量编码器计数方式是我们国家现今的电梯大多都采用的，用它来配合光电开关或者双稳态磁开关来判别电梯轿厢的位置。2随着电梯中交流调压调速技术的日益成熟，很多企业都有自己设计的优秀产品。通过微机控制电梯的方式是电梯控制技术必然的方向，于是很多企业与科学研究单位相结合，相继推出了