基于eda技術(shù)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 顧客要求自動上下的裝置 [4]。四層電梯控制器的功能如下： (1) 每層電梯入口處設(shè)上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)顧客到 達(dá)層次的停站請求開關(guān)。 (2) 設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運行模式 (上升或下降 )指示裝置。 (3) 電梯每秒上升 (下降 )一層樓。 (4) 電梯到達(dá)有停站請求的樓層，經(jīng)過 1 秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門 4 秒后，電梯門關(guān)閉 (開門指示燈滅 )，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號停留在當(dāng)前層。 (5) 能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。 (6) 電梯運行規(guī)則 — 當(dāng)電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置的上樓請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求 執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式則與上升模式相反。 (7) 電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。 采用狀態(tài)機(jī)來實現(xiàn)電梯控制器，思路比較清晰，通過一個統(tǒng)一的 1 秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以把狀態(tài)機(jī)設(shè)置 10 個狀態(tài)，分別是“電梯停留在 1 層”、“開門”、“關(guān)門”、“開門等待第 1 秒”、“開門等待第二秒”、“開門等待第三秒”、“開門等待第四秒”、“上升”、“下降”和“停止”狀態(tài)。各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計要求所決定。黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 四層電梯控制器的設(shè)計思路 電梯控制器流程 圖 21 總流程圖 當(dāng)外部按鍵設(shè)備接受到上升、下降和停止請求時，由請求信號寄存器存儲。數(shù)據(jù)選擇器對按鍵請求進(jìn)行選擇，并將選擇的結(jié)果發(fā)送到狀態(tài)寄存器中。主控制器中的軟件執(zhí)行器響應(yīng)按鍵請求并發(fā)送控制請求給外部硬件，要求其執(zhí)行按鍵請求。 主控制器對當(dāng)前電梯狀態(tài)判斷，顯示當(dāng)前所在樓層并 清平層信號。當(dāng)外部鍵發(fā)出上升或下降請求時，響應(yīng)外部請求并顯示上升或下降。到達(dá)請求樓層后消該層信號之后主控制器判斷有無同相選層信 號如果有則消除同相選層信號，之后掃描電梯位置判斷目的層是否到達(dá)進(jìn)行上行控制后下行控制。其過程如下圖 22 所示。 外部按鍵設(shè)備 狀態(tài)寄存器 請求信號寄存器 內(nèi)部軟件執(zhí)行器構(gòu) 外部硬件執(zhí)行器構(gòu) 黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 Y Y N 圖 22 電梯運行流程圖 Y 停車 初始化 清平層信號 停車 消同向選 層信號 消該層信號 顯示 上下行判斷 掃描電梯位置 有無平層信號 目的層到否 下行控制 上行控制 返回 上 /下運行 等待請求 目的層到否 有無同向選層信號 有無同相選層信號 N N 黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 圖 23 和圖 24 表示當(dāng)分別接收到上升 請求 和下降請求時主控制器對外部的響 應(yīng)過程。 本論文設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)的流程圖主要有：總流程圖 [5]，電梯運行流程圖，上升模式流程圖，下降模式流程圖和停車門控制流程圖，其中總流程圖指出了整個電梯系統(tǒng)各個部分的聯(lián)系，但是本設(shè)計的主要部分為電梯的控制系統(tǒng)，所以對這一部分不做過多介紹；電梯的運行流程圖則明確的指出了控制系統(tǒng)根據(jù)電梯當(dāng)前狀態(tài)和外部請求信號做出相應(yīng)的控制，例如：當(dāng)電梯在二層樓的時候，接收到第四層樓的下降請求和第三層樓的上升請求，則電梯會先響應(yīng)第三層樓的請求，當(dāng)?shù)竭_(dá)第三層樓后，在消除這一信號，接著響應(yīng)第四層樓的請求；而電梯的上升和下降模式 流程圖則更加具體的指出了電梯在什么情況下上升，在什么情況下下降，上升過程中和下降過程中的一些具體情況；門制系統(tǒng)也是很重要的一部分，它形象的表達(dá)了電梯在到達(dá)所指定的樓層后所做出的反應(yīng)及其所等待時間?？傊?，這五個流程圖將電梯控制系統(tǒng)具體化，有利于后面的設(shè)計。 電梯控制器的功能 N Y N Y N N Y Y N 初始化 一層開門等待 下降模式 上升請求 到最高層 一層開門等待 Y 上升 N 下降請求請求 到最低層請求 到目的層請求 掃描當(dāng)前層 下降 停車 上升模式 圖 23 上升模式流 程圖 圖 24 下降模式流 程圖 Y 到目的層請求 黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 (1) 主控制器的功能 (a) 完成 4 個樓層多用戶的載客服務(wù)控制。 (b) 電梯運行時顯示電梯的運行方向和所在的樓層。 (c) 當(dāng)電梯到達(dá)選擇的樓層時，電梯自動開門。 (d) 具有提前關(guān)電梯門和延時關(guān)電梯門 的功能。 (e) 響應(yīng)分控制器的有效請求，如果到達(dá)有請求的樓層，電梯自動開門。 (2) 分控制器的功能 是 顯示電梯的運行狀態(tài)和所在的樓層 ，和 顯示乘客的上升和下降請求。 (3) 分控制器的有效請求原則 ： ( a) 電梯處于等待狀態(tài)時，上升和下降請求都響應(yīng)。 (b) 電梯處于上升狀態(tài)時，有上升請求的分 控制器所在樓層數(shù)大于電梯 所 在 的樓層數(shù)。 (c) 電梯處于下降狀態(tài)時，有下降請求的分控制器所在樓層數(shù)小于電梯所在的樓層數(shù)。 電梯系統(tǒng)的設(shè)計 控制器的功能模塊如圖 26 所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇所要到達(dá)的樓層，通過主控制器的處理，電梯開始運行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運行狀態(tài)，電梯所在的樓層數(shù)通過譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請求傳給主控的樓層數(shù)。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。 圖 26 電梯控制器原理框圖 狀態(tài)顯示 分控制器 主控制器 譯碼器 樓層顯 示 樓層選擇 黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 3. 四層電 梯控制器 的調(diào)試及仿 真 MAX+PlusⅡ 的流程介紹 (1) 設(shè)計準(zhǔn)備在對可編程邏輯器件的芯片進(jìn)行設(shè)計之前，首先要進(jìn)行方案論證、系 統(tǒng)設(shè)計和器件選擇等設(shè)計準(zhǔn)備工作。設(shè)計者首先要根據(jù)任務(wù)要求，如系統(tǒng)所完成的功能及復(fù)雜程度，對工作速度和器件本身的資源、成本及連線的可布通性等方面進(jìn)行權(quán)衡，選擇合適的設(shè)計方案。 (2) 設(shè)計輸入：設(shè)計者將所設(shè)計的系統(tǒng)或電路以開發(fā)軟件要求的某種形式表現(xiàn)出來，并送入計算機(jī)的過程稱為設(shè)計輸入。設(shè)計輸入通常有以下幾種方式。 (a) 原理圖輸入方式 (b) 硬件描述語言輸入方式 (c) 波形輸入方式 (d) 層次化設(shè)計輸入方式 (3) 項目編 譯（設(shè)計處理）這是器件設(shè)計中的核心環(huán)節(jié)。在設(shè)計處理過程中，編譯軟件將對設(shè)計輸入文件進(jìn)行邏輯化簡、綜合和優(yōu)化，并適當(dāng)?shù)赜靡黄蚨嗥骷詣舆M(jìn)行適配，最后產(chǎn)生編程用的編程文件。 (4) 仿真和定時分析（項目校驗）：設(shè)計項目的校驗包括設(shè)計項目的仿真（功能仿真）、定時分析兩個部分。一個設(shè)計項目在編譯完成后只能為項目創(chuàng)建一個編程文件，但并不能保證是否真正達(dá)到了用戶的設(shè)計要求，如邏輯功能和內(nèi)部時序要求等。所以在器件編程之前應(yīng)進(jìn)行全面模擬檢測和仿真調(diào)試，以確保其設(shè)計項目在各種可能的情況下正確響應(yīng)和正常工作，這就是項目校 驗（仿真調(diào)試）的必要性。MAX+plusⅡ 提供的設(shè)計校驗過程包括仿真和定時分析，項目編譯后，為確保設(shè)計無誤 ,再用專門軟件進(jìn)行仿真 [6]。如果發(fā)現(xiàn)了錯誤，則對設(shè)計輸入進(jìn)行部分修改直至無誤。 各模塊的 VHDL 語言 主控制器模塊 中央數(shù)據(jù)處理模塊是系統(tǒng)的核心，通過對存儲的數(shù)據(jù)（含請求、到達(dá)樓層等信號）進(jìn)行比較、判斷以驅(qū)動系統(tǒng)狀態(tài)的流轉(zhuǎn)。電梯工作過程中共有 9 種狀態(tài)：等待、上升、下降、開門、關(guān)門、停止、休眠、超載報警以及故障報警狀態(tài)。一般情況下，電梯工作起始點是第一層，起始狀態(tài)是 等待狀態(tài)，啟動條 件是收到上升請求。電梯控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。電梯控制器的輸入輸出引腳如圖 32 所示。 黃山學(xué)院本科生畢業(yè)論文 14 圖 31 電梯控制器 結(jié)構(gòu) 圖 32 電梯控制器輸入輸出引腳 主控制器的端口定