基于FPGA的全自动电梯控制器的研究

基于FPGA的全自动电梯控制器的研究

摘要

当今社会，有三种关键的电梯控制系统，分别是采用硬件接线来实现操控的继电器操控体系和应用计算机参与获得一定操控目的的计算机操控体系以及可编程逻辑器件FPGA/CPLD的操控体系。继电器操控体系连线复杂且运行效率逐渐被人们遗弃。计算机操控体系虽然在继电器控制系统的基础上有所改进，但在某些方面依然存在一定的缺陷，比如:抗干扰性差、一人多机操控不便。而FPGA操控体系的接口比较多，便于连接外接设备；运算速度快，采用VHDL编程语言，便于更改，设计的灵活性高；同时查错和排错的用时较短；所以FPGA控制系统被许多人所看重，并且成为当前最最流行的电梯控制系统。

关键词:电梯控制系统；FPGA； VHDL

一、电梯控制器的工作原理 1结构设计思想

完成六层电梯的运转操控，是此次设计的紧要目标。当乘客到达电梯前，想要上升并且准备前往目的楼层时，只需按下厅外呼叫按钮-上升键。这时，电梯控制器会自动回应此申请，操控电梯抵达呼唤请求层，这时电梯门会主动敞开，乘客走进电梯内部，按下快速关门键和的想要前往的楼层的按键，这时电梯操控器会控制电梯进入上升运转形式，与此同时，在厢内，会在七段数码管上显示上升标志提示和上升到的楼层号。当电梯运转到想要到达的层数后轿厢门主动敞开，搭乘电梯的人们走出轿厢。就这样，电梯循环往复的执行着操控作用，运送着一批又一批的乘客。

电梯在运转过程中应遵照以下原则:当电梯处在升上去的时候，如果有想要搭乘电梯的人按下升上去的按钮，电梯只回应比它高的楼层。从下到上顺次施行任务，直至完成所有的上升请求。若是电梯在上升的行程中，有乘客按下下降申请按钮，那么，电梯控制器将控制电梯实施完全部的上升申请后，径直抵达有下降需求的顶峰楼层，乘客走进轿厢，电梯投入下降的运行方式。同理假如电梯在下降的行程中，乘客有下楼申请，那么，

电梯只回应比它当前所处位置楼层低的楼层请求，从上到下顺次施行，直至全部的下降申请都施行完毕。

电梯有两种输入信号:即厢内、厢外输入信号，厢内输入信号包含目的楼层键，延时关门键，快速关门键和求救报警键。厢外输入信号是指每层楼的升高与降落按钮。

电梯也有两种输出的提示，分别为里面与外面的提示，里面包含超重报警提示、按下想要到达的楼层键的提示。外面输出信号是指电梯里面标注电梯升高与降落模式的显现信号和电梯运行所达楼层的显现信号。

电梯延时关门、快速关门与超载报警功能，当有多名乘客乘坐电梯时，可以按下延时关门按钮，则等候功夫变长。等到所有乘坐电梯的人们进入电梯以后，可以按下快速关门按钮，则等待时间会缩短。如果电梯处于超重境况，电梯会发出报警信号，并且撤消关门举措，直至消除报警信号，电梯才会施行关门举措。 2电梯运行流程图

图1为系统运行控制的主流程图。当电梯通电后，就进入启动状态，等候并判断是否有厅外呼叫，若是有，则判别此时电梯所在楼层与呼叫层是否同层，假如同层，那么轿厢门直接打开；假如不同层，接下来电梯会判断运动方向，确定方向之后，启动电梯并进入运行状态，在运行行程中实时监测是否抵达目标层，如果已抵达，电梯停止运行并开门。若是还没抵达，那么电梯继续运行，直至抵达为止，抵达后轿厢门随即打开。延时片刻后轿厢门合上，电梯接着运行，在此行程中并判断电梯是否终止运行，如果否，那么电梯进入等待状态同时按以上行程来回运行。

上电 初始化 等待 Y 是否厅外呼叫？ N 确定本层与目标层 Y 是否同层？ N 电梯选向 电梯启动 是否厢内呼叫？ Y 电梯运行 楼层检测 N 是否到目标层？ Y 平层检测 停止 电梯停止 Y 是否停止运动？ N 开门 延时 关门 图1系统运行控制的主流程图

二、电梯控制器的总体设计 1研究的总体方案

为了满足乘客所需请求并且不让电梯经常跑空车，本设计将遵照方向优先把持的准则，为了顺利完成设计，我计划把该设计分为四个模块来进行，它们的原理和运行程序如下面几个标题里面的内容所示：

系统操控器运行原理图如图2：

系统时钟 2倍分频 时钟分频 数码管显示 显示电梯所在楼层 按键请求 8倍分频 按键处理 按键处理响应 图2 电梯控制器原理图

电梯运行控制 2 各模块的设计与实现 时钟分频模块

时钟分频模块把系统频率分成供应电梯运转行使的二分频时钟与供应其它模块行使的八分频时钟。 按键处理模块

该模块的作用是综合解决电梯里面和外面按键信号并为电梯运行模块做铺垫，它将电梯外面的输入信号乞求转变为电梯运行模块的外面信号乞求。当乘客走进电梯内部并且按下准备前往的楼层的按键时，此时又将电梯里面的按键乞求转变为电梯运行模块准备抵达的目的楼层的信号。当乘客到达目的楼层后，电梯控制器会及时消除电梯里面和外面按键请求信号。 电梯运行控制模块

此模块是这次设计的重点，因为系统运转情况和运转模式都是由该模块来达成的。其原理是：电梯上、下的运行形式是在二分频时钟操控下，并结合按键管理模块的输出信号来实现操控的错误！未找到引用源。。乘客走进电梯并且电梯门已合上，

此时电梯外部的上升或下降请求信号立即被清除，与此同时，电梯内部的数码管上将显示电梯的运行方向以及此刻电梯所达的楼层号。 数码管显示模块

该模块的作用是将楼层信号转变成数字信号，然后经过数码管显现出来。 3电梯超载控制的可行性分析

通过个人乘坐电梯的感受以及细心观察，我发现有许多电梯对超载问题处理得不完美。究其原因是，很多电梯都没有设置超载预设值，这样一来即使不能再上一名乘客，电梯门仍然会敞开，这样的话会非常消耗人们的功夫。如果电梯能设置超载范围值，那么浪费时间的问题就消除了，所以此次设计计划对超载控制进行修正了解。其详细达到此目标的原理流程图如图3所示：

电梯载 压电式传感器信号信号运放 A/D转换 模数通过对超重信号处理来控制电梯运行方式 按键处理模块 正常情况下电梯运行请求信号 电梯运行控制模块要实现这一目标，采取的具体办法是：对超载的区间空下一个均衡体重的质量，其内部运行结构是:通过压电式传感器将电梯载重量这一信号运放，再将运放后的Analog Signal转化为digital signal，最终将数字信号传输给电梯运行控制模块，运行控制模块对载重信号分析、处理，并判断是否在超载控制的范围内，如果在这个范围内，则电梯将做开门响应，如果超过了预设的范围，则电梯不会有开门回应，直至有乘客走出电梯，电梯恢复正常运载范围。

图3 操控电梯超重的原理流程图

四、仿真结果

1时钟分频模块的仿真效果

时钟分频模块的代码运行结果像下图4所展示，没有错误，没有警告：

图4 时钟分频模块编译图

创建波形文件，对每个输入/输出端口实行波形仿真与时序分析，图5：

图5 时钟分频仿真图

2电梯运行控制模块仿真效果

该模块的代码运行结果如图6，无差错，无警告：

图6 电梯运行控制模块编译图

创建波形文件，对每个输入/输出端口实行波形仿真与时序分析，如图7：

图7 电梯运行控制仿真图

五、结论

本研究，实现了预期的设计目标，不仅达到了电梯控制器的根基功效与根基

的技术指标，还添加了超重报警与系统毛病报警的功能，改造后的电梯控制系统变的更安全、更牢靠了，但是还有多方面，有待改进与完善，比如：可以增设微机接口以实现互联网对多台电梯进行综合操控，还可以增加应急情形的解决办法，除此之外还可以改进电梯的选向功效即可以随着乘客的流量改变而变化，最终实现高效运送乘客这一目标。以上提到的这几个方面都有待于日后的改进与完善。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rvb6.html