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用CPLD器件及VHDL語言實現(xiàn)電梯控制系統(tǒng)

發(fā)布時間:2010-11-8 15:26    發(fā)布者:eetech
關(guān)鍵詞: CPLD , VHDL , 電梯 , 控制系統(tǒng) , 語言
1 引言

隨著社會的發(fā)展。使用電梯越來越普遍,已從原來只在商業(yè)大廈、賓館過渡到在辦公室、居民樓等多種建筑中,并且對電梯功能的要求也不斷提高,其相應(yīng)控制方式也在不斷發(fā)生變化。電梯的微機(jī)化控制主要有:PLC控制、單板機(jī)控制、單片機(jī)控制、單微機(jī)控制、多微機(jī)控制和人工智能控制等。隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展,PLD器件已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計與控制的各個方面。這里使用CPLD器件,采用VHDL語言設(shè)計一個16 樓層單個載客箱的電梯控制系統(tǒng),此控制系統(tǒng)具有使用安全可靠,功能全面的特點,方便人們生活。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)采用單片CPLD器件實現(xiàn)一個多樓層單個載客箱的電梯控制器,該控制器可控制電梯完成 16個樓層的載客服務(wù),而且遵循方向優(yōu)先的原則,能夠提前關(guān)電梯門和延遲關(guān)電梯門、提供電梯運行的開關(guān)控制鍵同時指示電梯運行情況、樓層間的運行時間以及電梯所在樓層的等待時間。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,并考慮到系統(tǒng)設(shè)計的可驗證性,整個系統(tǒng)的輸入、輸出接口設(shè)計如圖1所示。





各輸入端口的功能如下:

CLKIN:基準(zhǔn)時鐘信號,為系統(tǒng)提供2 Hz的時鐘脈沖,上升沿有效;
UPIN:電梯上升請求鍵。由用戶向電梯控制器發(fā)出上升請求。高電平有效;
DOWNIN:電梯下降請求鍵,由用戶向電梯控制器發(fā)出下降請求,高電平有效;
ST_CH[2..0]:樓層選擇鍵人鍵,結(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入,高電平有效;
CLOSE:提前關(guān)門輸入鍵.可實現(xiàn)無等待時間的提前關(guān)門操作,高電平有效;
DELAY:延遲關(guān)門輸入鍵。可實現(xiàn)有等待時間的延遲關(guān)門操作,高電平有效;
RUN STOP:電梯運行或停止開關(guān)鍵。可實現(xiàn)由管理員控制電梯的運行或停止,高電平有效。

以下為輸出端口:

LAMP:電梯運行或等待指示鍵,指示電梯的運行或等待狀況。高電平有效;
RUN_WAIT[3…0]:電梯運行或等待時間指示鍵,指示電梯運行狀況或等待時間的長短,高電平有效;
ST_OUT[3…0]:電梯所在樓層指示數(shù)碼管,指示電梯當(dāng)前所在的樓層數(shù)。即1"16層,高電平有效;
DIRECT[3…0]:樓層選擇指示數(shù)碼管,指示用戶所要選擇的樓層數(shù),高電平有效。
該設(shè)計中,電梯的控制狀態(tài)包括運行狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)及等待狀態(tài),其中運行狀態(tài)又包含向上和向下狀態(tài)。主要動作有開、關(guān)門,停靠和啟動。乘客可通過鍵入開、關(guān)門按鈕,呼喚按鈕,指定樓層按鈕控制電梯。因此,整個電梯控制器應(yīng)包括5個組成部分:時序輸出及樓選計數(shù)器;電梯服務(wù)請求處理器;電梯升降控制器;上升及下降寄存器和電梯次態(tài)生成器,圖2為電梯控制器系統(tǒng)框圖。圖3為電梯控制器的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)。












從程序中可以看到,若第3層用戶發(fā)送上升/下降請求。則電梯處于等待狀態(tài);若第3層用戶沒有發(fā)送上升/下降請求,且4~16層的用戶發(fā)送上升,下降請求,或者1.2層的用戶沒有發(fā)送任何請求,則電梯處于上升狀態(tài);反之,電梯處于下降狀態(tài)。

程序設(shè)計中采用方向優(yōu)先原則,即若電梯處于上升狀態(tài),即使有1,2層用戶發(fā)出上升/下降請求,電梯也不響應(yīng),而繼續(xù)上升,直到響應(yīng)完所有4~16層用戶的請求后,再下降;反之,若電梯處于下降狀態(tài),即使4~16用戶發(fā)出上升/下降請求,電梯也不響應(yīng),繼續(xù)下降,直到響應(yīng)完所有用戶的請求后再上升。

(4)P4進(jìn)程該進(jìn)程主要完成電梯運行樓層計數(shù)及提前/延遲關(guān)門控制。

4 VHDL源程序的仿真

系統(tǒng)程序編寫完畢后,在MAX+pluslI軟件環(huán)境下對其編譯仿真。其仿真試驗結(jié)果如圖4所示。





圖4中,輸入信號為:UPIN,ST_CH,RUN_STOP,DOWNIN,DELAY,CLOSE和CLKIN;輸出信號為:ST_OUT, RUN_WAIT,LAMP,DIRECT,DIR,LIFTOR和WAI_T。當(dāng)時鐘上升沿到來時,若WAI_T=0,則它的下一狀態(tài)為6;因 DELAY信號始終為低電平,故WAI_T依次自減1計數(shù)。RUN_WAIT是WAI_T和0的并置運算,故其值和WAI_T相同。

當(dāng)時鐘上升沿到來時,DIR進(jìn)行加1計數(shù),且當(dāng)DIR=0XF時,DIR的下一狀態(tài)值為0。與此同時,DIR加1并賦值給DIRECT。

當(dāng)LAMP為低電平時,電梯處于等待狀態(tài),故LIFTOR保持其原值不變保持0和3不變;當(dāng)LAMP為高電平時,電梯處于運行狀態(tài),因UPIN始終為高電平,DOWNIN始終為低電平,故當(dāng)RUN_STOP為高電平時,電梯只能處于上升狀態(tài),故LIFFOR進(jìn)行自加1計數(shù),同時,LIFTOR加1賦值給 ST_OUT。

5 硬件實驗

在MAx+plusII軟件編譯完后,采用EPM7128SLC84-6器件下載VHDL源程序,進(jìn)行硬件試驗。

其下載步驟為:首先,指定采用可編程器件EPM7128SLC84-6;其次,依據(jù)輸入、輸出端口指定與之對應(yīng)的引腳;然后,使用Pof2Jed軟件將編譯后的下載文件*.Pof。轉(zhuǎn)換成*.Jed文件;最后,使用Atmel ISP軟件將轉(zhuǎn)換后的*.Jed文件轉(zhuǎn)換成*.Chn文件。

硬件系統(tǒng)試驗表明,輸出信號的顯示與軟件仿真結(jié)果完全相符,達(dá)到設(shè)計要求。

6 結(jié)論

該系統(tǒng)軟件設(shè)計中,成功編譯并仿真VHDL源程序,且對仿真圖進(jìn)行合理分析。在硬件實驗過程中,對VHDL源程序進(jìn)行成功下載,所得實驗結(jié)果與軟件仿真結(jié)果完全相符,從而證明電梯運行控制器的設(shè)計滿足系統(tǒng)功能要求。
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