Verilog实现的基于FPGA的五层楼电梯运行控制逻辑设计.doc

摘要:电梯是高层建筑不可缺少的运输工具,用于垂直运送乘客和货物,传统的电梯控制系统主要采用继电器,接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,本设计根据电梯自动控制的要求利用Verilog语言编写并完成系统设计,在利用软件仿真之后,下载到了FPGA上进行硬件仿真。FPGA(Field-ProgrammableGateArray),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了之前的可编程器件门电路数有限及速度上的缺点。关键词:电梯控制FPGAVerilog软件设计硬件设计在当今社会,随着城市建设的不断发展,高层建筑的不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯控制系统主要有三种控制方式:继电路控制系统(早期安装的电梯多位继电器控制系统),FPGA/CPLD[1]的控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点,目前已逐渐被淘汰,而微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能,但也存在抗扰性差,系统设计复杂,一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而FPGA/CPLD控制系统由于运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点[2],倍受人们重视等优点,已经成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式,目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。随着现代化城市的高度发展,每天都有大量人流及物流需要输送,因此在实际工程应用中电梯的性能指标相当重要,主要体现在:可靠性,安全性,便捷快速性。电梯的可靠性非常重要,直接或间接的影响着人们的生产,生活,而电梯的故障主要表现在电力拖动控制系统中,因此要提高可靠性也要从电力拖动控制系统入手。本次设计尝试用Verilog实现电梯控制器部分,进行了多层次的电梯控制,也进行了软件及硬件上的仿真验证,时序分析以保证设计的正确。在设计中先用软件进行模拟仿真,然后又下载到FPGA开发板上进行硬件仿真,以确保设计的正确性。,该电梯有5层楼,设计的电梯调度算法满足提高服务质量、降低运行成本的原则;电梯的内部有一个控制面板,它负责按下请求到的楼层,并且显示当前尚未完成的目的地请求,当到达该楼层以后自动撤销本楼层的请求,即将面板灯熄灭;除1层和5层分别只有上和下按钮外,其余每个楼层(电梯门口旁)的召唤面板都有两个按钮,分别指示上楼和下楼请求。当按下后,对应按钮灯亮。如果电梯已经到达该楼层,按钮灯熄灭;电梯的外部面板会显示电梯当前所在的楼层,及上行还是下行(暂停显示刚才运行时的状态);电梯向一个方向运行时,只对本方向前方的请求进行应答,直到本方向前方无请求时,才对反方向的请求进行应答。当前内部控制面板上有的请求,,电梯转入等待。,将当前所处的楼层置为第一层,电梯为暂停状态,方向向上,然后等待控制器的调度;等待过程当中(FLOOR保持在该楼层),首先去判断当前楼层(第i层)以上的楼层是否发出召唤或者已经有人已经发请求,若有则向上运行;否则以同样的方法判断是否向下运行;若不向下运行则重复等待状态(故向上运行的优先级要高于向下运行);保持该状态循环进行操作直到检测到有向上或向下的任务;若已经判明要向上运行,则首先将运行停止状态置为运行,且标志向上运行,控制LED在该楼层亮T时间后将所在楼层加1,这时新的当前楼层(第i+1层)灯亮起,接着电梯检索去判断当前楼层是否发出向上召唤或者已经有人已经发出目的地为第i+1层的请求,若有则在第i+1层停靠;否则检索去判断第i+1层以上的楼层是否发出召唤或者已经有人已经发出目的地为第i+1层以上的请求,若有则向上运行;否则(必定是有第i+1层向下的请求)在第i+1层,向下运行过程同理。[3]:当前层i以上有召唤请求或者电梯内部目的地请求有>i的请求;K2:当前层i以下有召唤请求或者电梯内部目的地请求有<i的请求;K3:所到达的i层为目的地或者i层有向上的请求;K4:所到达的i层为目的地或者i层有向下的请求;—S14共15个状态[4]:S0:初始化,电梯位于1楼,清除各请求无条件转入下一状态S1等待S1:等待状态,判断K1,若满足转入S3向上运行,不满足,转入S2判断S2:判断K2,若满足转入S9向下运行,不满足返回S1继续等待判断S3:电梯向上运行修改状态信息无条件转入下一状态S4计数S4:运行时间计数器开