基于FPGA的四层电梯控制系统设计

大连海事大学毕业论文二○一四年六月┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊基于FPGA的四层电梯控制系统设计专业班级:电子信息工程10-1班姓名:刘刊儒指导老师:严飞信息科学技术学院I摘要随着科技的发展，电梯早在上个世纪就已进入人们的生活。对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器－接触器控制系统进行控制。随着EDA技术的发展，FPGA已广泛应用于各项电子设计中，本设计即利用FPGA来实现对电梯控制系统的设计。本文基于VHDL即超高速集成电路硬件描述语言开发的四层电梯控制系统，以QuartusII为开发环境，最终在EDA实验箱上实现四层电梯控制系统的基本功能，其功能包括：显示电梯楼层数、响应楼层请求、电梯升降指示、电梯开关门、电梯开门超时报警等。本文采用模块化设计的方法，整个系统主要分为五个模块，其中包括：请求信号显示模块、楼层检测模块、数码管楼层显示模块、开关门控制模块及电梯运行模块。首先，通过EDA实验箱上的按键输入楼层请求，其中包括电梯内部楼层请求、电梯外上升请求及电梯外下降请求；同时，利用LED灯及数码管显示输入的请求；然后，遵照电梯运行时的方向优先原则及内部响应优先原则来逐次应答请求；并且，如果开门时间过长，电梯将发出报警并自动关门。关键字：电梯控制；EDA；FPGA；QuartusII；VHDLIIABSTRACTWiththedevelopmentofscientifictechnology,lifthascomeintoourdailylifesincelastcentury.Thetraditionalapproachforelevatorcontrolistouserelay-contactorsystem.While,thankstotheimprovementofEDAtechnology,FPGAhasbeenwidelyusedinvariousofelectronicdesign.AndthisdesignusestheFPGAtorealizetheelevatorcontrol.Firstly,requiredinformation,includingtheinteriorfloorrequiredinformationandexternalrequiredinformationforrisingandexternalrequiredinformationfordropping,willbeinputbybutton.Secondly,therequiredinformationwillbeshowbyLED.Andthen,followingtheprincipleofoperation,theelevatorcontrolsystemwillrespondrequiredinformationonebyone.Finally,thereisanalarmforovertime.ThisdesignisanelevatorcontrolsystembasingonVHDL.InthedevelopmentenvironmentofQuartus,theultimatefunctionswillberealizeintestcaseofEDA.Thebasicfunctionsofthiselevatorincludeshowingthecurrentfloorofelevator,respondingtherequiredinformationofelevator,controllingthedoorofelevatorandalarmingforovertime.Andthiselevatorcontrolsystemusemodularizationdesign.Therearefiveblockinthisdesign,includingdisplayingrequiredinformation,detectingcurrentfloor,displayingcurrentfloorbyLED,thecontrolofthedoorandoperationofelevator.Keywords:elevatorcontrolsystem;EDA;FPGA;QuartusII;VHDLIII目录第1章绪论.....................................................11.1电梯的起源..............................................11.2电梯的现状与发展........................................11.3四层电梯控制系统的设计要求..............................2第2章开发技术基础.............................................32.1EDA技术简介............................................32.1.1EDA技术基本概述..................................32.1.2EDA技术的基本特征................................32.1.3EDA技术的主要内容................................42.1.4EDA技术发展趋势..................................42.2FPGA简介...............................................42.2.1可编程逻辑器件（PLD）简介.........................42.2.2FPGA简介.........................................52.3VHDL设计基础...........................................62.3.1实体（Entity）....................................62.3.2结构体（Architecture）............................62.3.3配置（Configuration）.............................62.3.4包集合（Package）.................................62.3.5库（Library）.....................................72.4开发软件QuartusII......................................72.5硬件介绍：ZY11EDA13BE...................................72.5.1ZY11EDA13BE实验系统的特点........................72.5.2ZY11EDA13BE实验系统主板组成......................8第3章四层电梯控制系统的设计...................................93.1系统器件端口说明........................................93.2请求信号响应模块.......................................113.2.1外部上升请求信号响应.............................113.2.2外部下降请求信号响应.............................123.2.3内部请求信号响应.................................143.3电梯所处楼层检测模块...................................153.4楼层数码管显示模块.....................................163.5开关门控制模块.........................................173.6电梯运行模块...........................................18第4章四层电梯控制系统展示....................................21IV4.1系统软件验证...........................................214.2四层电梯控制系统相应图片展示...........................22第5章总结..................................................35参考文献.....................................................36致谢.........................................................37基于FAGA的四层电梯控制系统设计1第1章绪论1.1电梯的起源电梯，是指动力驱动，利用刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级，进行升降或者平行运送人、货物的机电设备，包括人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。其实，人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，安全性问题是人类一直在突破的问题。直到1854年，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的发明了人类历史上第一部安全升降梯。在纽约水晶宫举行的世界博览会上，他向世人展示了这一伟大的伟大的发明。此后搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1.2电梯的现状与发展随着社会的发展，越来越多高层建筑出现在人们的生活中，电梯作为高层建筑中不可缺少的垂直运输设备，已然成为城市物质文明的一个重要标志。随着电梯的普遍使用，电梯功能也在随之提高，其控制方式也在不断的改善。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新，一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。伴随经济的快速发展，我国的电梯行业正经历着一个高速发展期。据前瞻网统计，我国电梯产量从1990年的1.03万台增长到2010年的36.5万台，年复合增长率19.5%，国内电梯需求量从2000年的仅3.72万台增长到2010年的32.97万台，到2010年底，我国电梯保有量超过160万台。基于FAGA的四层电梯控制系统设计21.3四层电梯控制系统的设计要求对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器－接触器控制系统进行控制。随着EDA技术的发展，FPGA已广泛应用于各项电子设计中，本设计即利用FPGA来实现对电梯控制系统的设计。本次设计的基于FPGA的四层电梯控制系统，要求按键输入楼层请求、各楼层的上升下降请求及快速关门与延时关门，LED灯显示按键请求的状况以及电梯运行方向和电梯开关门状况，数码管显示电梯当前所在楼层。具体要求如下：（1）每层电梯设有上升和下