EDA电梯控制器课程设计Word下载.docx
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节能电梯技术应与其他技术相结合。
与节能相比，使用者目前更为看重的还是电梯的安全性能。
传统电梯安全部件正在改用双向安全系统，电梯使用的安全技术也在不断扩大。
将节能技术和其他安全技术相结合有利于提升产品品质，更容易进入采购商的视野。
2基于EDA技术的四层电梯控制器设计
2.1系统控制要求
2.1.1四层电梯控制器的功能
四层电梯控制器的功能如下：
（1）每层电梯入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关。
（2）设有电梯入口处位置指示装置及电梯运行模式（上升或下降）指示装置。
（3）电梯每秒上升（下降）一层楼。
（4）电梯到达有停站请求的楼层，经过1秒电梯门打开，开门指示灯亮，开门4秒后，电梯门关闭（开门指示灯灭），电梯继续进行，直至执行完最后一个请求信号停留在当前层。
（5）能记忆电梯内外所有请求，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个请求信号保留至执行后消除。
（6）电梯运行规则—当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置的上楼请求信号，由下而上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕；
如果高层有下楼请求，则直接升到由下楼请求的最高楼层，然后进入下降模式。
当电梯处于下降模式则与上升模式相反。
（7）电梯初始状态为一层开门状态
2.1.2控制方案的制定
通过一个统一的1秒为周期的时钟来触发状态机。
根据电梯的实际工作情况，可以把状态机设置10个状态，分别是“电梯停留在1层”、“开门”、“关门”、“开门等待第1秒”、“开门等待第二秒”、“开门等待第三秒”、“开门等待第四秒”、“上升”、“下降”和“停止”状态。
各个状态之间的转换条件可由上面的设计要求所决定。
2.1.3控制方案的实现
（1）四层电梯控制系统的实体实际：
首先考虑输入端口，一个异步复位端口reset，用于在系统不正常时回到初始状态；
在电梯外部，必须有升降请求端口，一层最低，不需要下降请求，四层是最高层。
不需要有上升请求，二层与三层则上升，下降请求端口都有；
在电梯内部，应该设有各层停留的请求端口；
一个电梯时钟输入端口，该输入时钟以1秒为周期，用于驱动电梯的升降及开门关门等动作；
另有一个是按键时钟输入端口，时钟频率比电梯时钟高。
其次是输出端口，有升降请求信号，就得有一个输出端口来指示请求是否被响应，有请求信号以后，该输出端口输出逻辑’1’，被响应以后则恢复逻辑’0’；
同样，在电梯内部也应该有这样的输出端口来显示各层停留是否被响应；
在电梯外部，需要一个端口来指示电梯现在所处的位置；
电梯开门关门的状态也能用一个输出端口来指示；
为了观察电梯的运行是否正确，可以设置一个输出端口来指示电梯的升降状态。
在端口的定义中定义position时选用的是整型数据类型（INTEGRER），主要是为了在电梯运行是便于观察。
整型直接可以看出电梯运行是楼层的变化，在第一层就显示1，第二层就显示2，很直观。
当然，position的定义也可以用标准逻辑矢量（STD_LOGIC_VECTOR）来定义，但是如果选用标准逻辑矢量，在电梯运行时就不是那么好观察。
这里是四层的电梯控制器，那么只需定义一个两位的就足够显示了。
”00”的时候对应电梯的第一层，”11”的时候就对应第四层。
但是”11”的十进制值为3，没有和层次显示的第四层想对应起，所以就放弃选用标准逻辑矢量来定义position，而选用的整型。
（2）四层电梯控制系统的结构体设计
首先说明一下状态。
状态机设置了10个状态，分别是电梯停留在1层（stopon1）、开门（dooropen）、关门（doorclose）、开门等待第1秒（doorwait1）、开门等待第2秒（doorwait2）、开门等待第3秒（doorwait3）、开门等待第4秒（doorwait4）、上升（up）、下降（down）和停止（stop）。
在实体说明中定义完端口之后，在结构体个之间需要有如下的定义语句，来定义状态机。
TYPElift_stateIS
（stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,
doorwait4,up,down,stop）--电梯的10个状态
SIGNALmylift:
lift_state;
--定义为lift类型的信号mylift
在结构体中，设计了两个进程互相配合，一个状态机进程作为主要进程，另外一个是信号灯控制进程作为辅助进程。
状态机进程中的很多判断条件是以信号灯进程产生的信号灯信号为依据的，而信号灯进程中信号灯的熄灭又是有状态机进程中传出clearup和cleardn信号来控制。
在状态机进程中，在电梯上升状态中，通过对信号灯的判断，决定下一个状态是继续上升还是停止；
在电梯下降状态中，也是通过对信号灯的判断，决定下一个状态是继续下降还是是停止；
在电梯停止状态中，判断是最复杂的，通过对信号的判断，决定电梯是上升、下降还是停止。
在信号灯控制进程中，由于使用了专门的频率较高的按键时钟，所以使得按键的灵敏度增大，但是时钟频率不能过高，否则容易使按键过于灵敏。
按键后产生的点亮的信号灯（逻辑值为’1’）用于作为状态机进程中的判断条件，而clearup和cleardn信号为逻辑’1’使得相应的信号灯熄灭。
（3）四层电梯控制系统的设计
输入输出端口定义表
Buttonclk
按键时钟
Liftclk
电梯时钟
Reset
异步复位信号
f1upbutton
第一层上升请求
f2upbutton
第二层上升请求
f3upbutton
第三层上升请求
f2dnbutton
第二层下降请求
f3dnbutton
第三层下降请求
f4dnbutton
第四层下降请求
Fuplight
上升指示灯（1到4）
Fdnlight
下降指示灯（1到4）
stop1button
第一层到站请求
stop2button
第二层到站请求
stop3button
第三层到站请求
stop4button
第四层到站请求
Stoplight
停止指示灯（1到4）
Position
电梯位置（1到4）
Doorlight
门灯
Udsig
电梯模式
表2-1输入输出端口定义表
Table2-1inputandoutputportdefinitiontable
源程序见附录
3系统仿真
图3-1系统仿真
Figure3-1systemsimulation
图3-1描述的是系统的仿真波形。
电梯初始状态是停在一楼，电梯门打开，当有人操作是会先关闭然后升到相应楼层，门打开。
因为不可以自行关门，所以，停留四秒之后自动关闭电梯门。
人在电梯内部按相应楼层，电梯到达相应楼层后门打开。
并且在相应楼层等待。
4结束语
由于CPLD具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点，配合VHDL语言的突出的优点，因此在工业控制方面得到了广泛应用。
相信以后必将受到世界范围内电子工程设计人员人员的广泛关注和普遍欢迎。
本文中设计的电梯控制器利用以CPLD为实现载体，以VHDL为描述语言实现了电梯的升降舒适感和运行的可靠性，更相信在以后的智能建筑中得到广泛的应用和推广。
参考文献
[1]潘松，黄继业．EDA技术实用教程．北京：
科学出版社，2002.
[2]徐志军，徐光辉编著《CPLD/FPGA的开发与应用》,电子工业出版社，2005.
附录：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
ENTITYdiantiIS
PORT（buttonclk:
INSTD_LOGIC;
liftclk:
reset:
f1upbutton:
f2upbutton:
f2dnbutton:
f3upbutton:
f3dnbutton:
f4dnbutton:
fuplight:
BUFFERSTD_LOGIC_VECTOR（4DOWNTO1）;
fdnlight:
stop1button,stop2button,stop3button,stop4button:
stoplight:
position:
BUFFERINTEGERRANGE1TO4;
doorlight:
OUTSTD_LOGIC;
udsig:
BUFFERSTD_LOGIC）;
ENDdianti;
ARCHITECTUREartOFdiantiIS
TYPElift_stataIS
（stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,doorwait4,up,down,stop）;
lift_stata;
SIGNALclearup:
STD_LOGIC;
SIGNALcleardn:
BEGIN
ctrlift:
PROCESS（reset,liftclk）
VARIABLEpos:
INTEGERRANGE4DOWNTO1;
IFreset='
1'
THEN
mylift<
=stopon1;
clearup<
='
0'
;
cleardn<
ELSE
IFliftclk'
EVENTANDliftclk='
CASEmyliftIS
WHENstopon1=>
doorlight<
position<
=1;
pos:
=doorwait1;
WHENdoorwait1=>
mylift<
=doorwait2;
WHENdoorwait2=>
clearup<
=doorwait3;
WHENdoorwait3=>
=doorwait4;
WHENdoorwait4=>
=doorclose;
WHENdoorclose=>
IFudsig='
IFposition=4THEN
IF
stoplight="
0000"
ANDfuplight="
ANDfdnlight="
udsig<
ELSEudsig<
=down;
ENDIF;
ELSIFposition=3THEN
IF
ANDfuplight="
andfdnlight="
ELSIF
stoplight（4）='
ORfdnlight（4）='
=up;
ELSIFposition=2THEN
ELSIF
（stoplight（3）='
ORfuplight（3）='
）THEN
（stoplight（4）='
）THEN
（fdnlight（3）='
ELSIFposition=1THEN
stoplight<
="
ANDfuplight<
ANDfdnlight<
ELSIFudsig='
IFposition=1THEN
THEN
cleardn<
stoplight
（1）='
ORfuplight
（1）='
（stoplight
（2）='
ORfdnlight
（2）='
（stoplight
（1）='
（fuplight
（2）='
ELSIFposition=4THEN
WHENup=>
position<
=position+1;
pos:
=pos+1;
IFpos<
4AND（stoplight（pos）='
ORfdnlight（pos）='
）
THENmylift<
=stop;
ELSIFpos=4AND（stoplight（pos）='
ELSEmylift<
WHENdown=>
=position-1;
=pos-1;
IFpos>
1AND（stoplight（pos）='
ORfuplight（pos）='
ELSIFpos=1AND（stoplight（pos）='
WHENstop=>
=dooropen;
WHENdooropen=>
=3AND（stoplight（position）='
ORfuplight（position）='
）THEN
ELSEclearup<
position>
=2AND（stoplight（position）='
ORfdnlight（position）='
ENDCASE;
ENDprocessctrlift;
ctrlight:
PROCESS（reset,buttonclk）
fuplight<
fdnlight<
ELSE
IFbuttonclk'
EVENTANDbuttonclk='
IFclearup='
stoplight（position）<
fuplight（position）<
IFf1upbutton='
THENfuplight
（1）<
ELSIFf2upbutton='
THENfuplight
（2）<
ELSIFf3upbutton='
THENfuplight（3）<
IFcleardn='
fdnlight（position）<
IFf2dnbutton='
THENfdnlight
（2）<
ELSIFf3dnbutton='
THENfdnlight（3）<
ELSIFf4dnbutton='
THENfdnlight（4）<
IFstop1button='
THENstoplight
（1）<
ELSIFstop2button='
THENstoplight
（2）<
ELSIFstop3button='
THENstoplight（3）<
ELSIFstop4button='
THENstoplight（4）<
ENDIF;
ENDprocessctrlight;
ENDart;
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