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FPGA的电梯控制器系统设计

发布时间:2017-05-30 22:36nbsp;  浏览:49   作者:admin

概要:

核心提示:电子设计自动化技术是19世纪末21世纪初新兴的技术,其在数字电路设计和日常的控制系统 中已经体现了强大的功能和优势。随着EDA技术的高速发展, 电子系统设计技术和工具发生了深刻的变化,大规模可编程逻辑器件FPGA的出现,给设计人员带来了诸多的方便。

电子设计自动化技术是19世纪末21世纪初新兴的技术,其在数字电路设计和日常的控制系统 中已经体现了强大的功能和优势。随着EDA技术的高速发展, 电子系统设计技术和工具发生了深刻的变化,大规模可编程逻辑器件FPGA的出现,给设计人员带来了诸多的方便。HDL(硬件描述语言)是随着可编程逻辑器 件(PLD)发展起来的,主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口,是电子设计自动化(EDA)的关键技术之一。它通常采用一种自上而下的设计方法,即从系统总体要求出发进行设计。

目前从期刊杂志中看到一些采用FPGA实现电梯控制系统的设计文章,在这些文章中看 不到针对任意楼层的控制器算法,而针对任意层数的控制器算法是保证控制器实用性和适用性的关键。因此,本文尝试采用EDA技术来设计一个N层电梯控制系统,具体思路是:首先给出电梯控制器的算法,然后在硬件平台上实现并验证。

电梯控制系统要求

电梯控制系统通常包含图1中的功能:电梯升、降、停;电梯门开、关;请求信号显示、楼层显示;超载、故障报警。其中超载、故障报警需要用到传感器,该控制相对比较简单,因此本文不再展开讨论。

 

本文着重讨论涉及其他功能的控制器算法。

针对深圳信息职业技术学院第一教学楼的电梯,其电梯控制器实现了以下功能:

1)电梯内部每层均有相应的STop按钮;电梯外部除顶层外每层都有up按钮,除底层外每层都有down按钮;up按钮被按下表示该层有人要去高 层,down按钮被按下表示该层有人要去低层,stop按钮被按下表示该层有人要出电梯。对于stopupdown按钮,当被按下后,相应的指示灯 亮,直到该请求被满足后,指示灯才灭;

2)电梯运行过程中,上升、下降、停止时相应的指示灯要亮,楼层随时显示;

3)电梯上升过程中,首先满足向上的需求,对于低层或者向下的需求,在电梯上升过程中会记录该需求,然后在电梯向上需求全部满足后电梯再次下降的过程中给予满足;

4)电梯下降过程中,首先满足向下的需求,对于高层或者向上的需求,在电梯下降过程中会记录该需求,然后在电梯向下需求全部满足后电梯再次上升的过程中给予满足。

本文设计的电梯控制器,其基本要求就是满足上述实际运行电梯的要求。

电梯控制系统实现

2.1 整体方案设计

整体设计由四个模块组成,各模块功能具体描述如下:

a. 分频器模块:该模块实现了任意时钟频率输入,任意频率输出的功能,输出频率精度为1Hz;模块输入为系统工作时钟clk,系统复位信号rst,输出为分频时钟。模块定义如下:

module freq_divreset,clk,keyclk,liftclk);

模块中keyclk为处理按键时钟,liftclk为电梯运行控制时钟。

b. 按键请求模块:该模块实现了记录并处理各楼层的updownstop按钮被按下的情况,模块端口如下:

module key_req

reset,keyclk,

stop, //电梯间内部各层按钮,每1位代表1层,当相应位置1时表示指示该层的按钮被按下;

up, //各楼层up按钮(顶层无),每1位代表1层,当相应位置1时表示该层up按钮被按下

down, //各楼层down按钮(底层无),每1位代表1层,当相应位置1时表示该层down按钮被按下;

stop_r, //电梯内各层按键信息

up_r, //电梯外各层向上按键信息

down_r //电梯外各层向下按键信息

);

c. 电梯控制器模块和指示模块:该模块根据各层按钮被按下的情况,控制电梯运行,并设置指示灯。模块定义如下:

module Lift_cONtrol

keyclk, //处理按键时钟

liftclk, //电梯运行控制时钟

reset, //电梯复位按钮,复位后电梯停在一楼;

stop_r, //电梯内各层按键信息

up_r, //电梯外各层向上按键信息

down_r, //电梯外各层向下按键信息

position, //当前楼层位置,每1位代表1层,当相应的位置1时表示电梯运行至该层;

stoplight, //内部各层按钮指示灯,每1位代表1层,当相应位置1时表示指示该层指示灯亮;