基于EDA的电梯控制系统设计(FPGA).doc

1、【摘要】随 着 科 技 的 迅 速 的 发 展 ， 电 梯 已 经 成 为 生 活 中 不 可 缺 少 的 交 通 工 具 ，电 梯 在 国 内 的 需 求 量 也 是 与 日 俱 增 。 然 而 相 比 于 其 他 发 达 国 家 比 如 欧 美 ， 我国 的 创 新 元 素 还 还 相 对 较 少 。 电 梯 的 出 现 要 追 溯 到 上 世 纪 ， 在 那 时 电 梯 就 已经 融 入 到 生 活 中 并 且 取 得 了 使 用 者 的 青 睐 。 电 梯 的 传 统 控 制 系 统 通 常 是 采 用继 电 器 -接 触 器 ， 而 随 着 超 大 规 模 集 成 电 路 技 术 的

2、 成 熟 ， FPGA 作 为 一 个新 的 生 力 军 ， 在 电 梯 的 控 制 中 已 经 取 得 了 广 泛 的 应 用 。 另 外 ， 随 着 可 持 续 发展 理 念 的 深 入 人 心 ， 电 梯 更 是 融 入 了 节 能 的 元 素 。由 于 FPGA 内 部 集 成 了 数 以 万 计 的 逻 辑 单 元 ， 这 样 的 特 点 使 得 它 在 电梯 的 控 制 上 具 有 天 然 的 优 势 。 本 设 计 是 基 于 VHDL 硬 件 描 述 语 言 而 实 现 的多 层 电 梯 控 制 与 远 程 监 控 系 统 ， 在 程 序 的 设 计 上 ， 主 要 采 用 了

3、 有 限 状 态 机 ，程 序 中 设 立 了 两 个 进 程 相 辅 相 成 ， 以 信 号 灯 控 制 进 程 作 为 辅 助 进 程 ， 状 态 机作 为 主 要 进 城 。本 次 设 计 是 采 用 VHDL 硬 件 描 述 语 言 而 设 计 的 十 层 电 梯 控 制 系 统 ， 以Altera 公 司 的 QUARTUS II 软 件 作 为 开 发 平 台 ， 实 现 了 电 梯 的 基 本 功 能 以及 远 程 监 控 功 能 。【 关 键 词 】 ： 电 梯 控 制 器 ， VHDL， 状 态 机 ， 远 程 监 控ABSTRACTAlong with the scienc

4、e and technology rapid development, the elevator has become indispensable in life traffic tools, the elevator is also grow with each passing day in domestic demand. However, compared to other developed countries such as Europe and the United States, innovation elements in China is still relatively s

5、mall. The elevator can be traced to the last century, when the elevator already into life and made users. The traditional elevator control system uses the relay - contactor is usually, but with very large scale integrated circuit technology matures, FPGA as a new force, extensive application has bee

6、n made in elevator control. In addition, with the win support among the people of the concept of sustainable development, the elevator is also incorporate energy-saving elements.Because the FPGA internal integration logic unit of tens of thousands of, this character makes it has a natural advantage

7、in elevator control. This design is the multi-layered elevator control and remote monitoring system and implementation of VHDL based on hardware description language, in the design process, mainly uses the finite state machine, the program has established two process complement each other, with the

8、signal control process as an auxiliary process, state machine as the main town.This design is ten story elevator control system using VHDL hardware description language and design, based on the Altera company QUARTUS II software as the development platform, realizes the display function, according t

9、o the requirements of passengers and make corresponding motion function.【 key words】 ： elevator controller， VHDL， State machine， Remote monitoring目 录第 1 章 引 言 11.1 选 题 的 背 景 .11.2 设 计 任 务 2第 2 章 设 计 基 本 原 理 与 思 路 32.1 控 制 器 的 功 能 及 技 术 指 标 .32.2 全 自 动 电 梯 控 制 方 案 选 择 .32.3 电 梯 模 块 划 分 4第 3 章 模 块 内 部

10、 程 序 设 计 .63.1 系 统 时 钟 分 频 模 块 .63.2 系 统 按 键 综 合 处 理 模 块 73.3 电 梯 运 行 控 制 模 块 .83.4 数 码 管 显 示 模 块 .93.5 模 块 整 合 10第 4 章 系 统 模 块 在 Quartus 上 运 行 与 仿 真 .114.1 时 钟 分 频 模 块 仿 真 效 果 114.2 按 键 处 理 模 块 仿 真 效 果 124.3 数 码 管 显 示 模 块 仿 真 效 果 124.4 电 梯 运 行 控 制 模 块 仿 真 效 果 .134.5 电 梯 整 合 后 总 体 仿 真 效 果 .14第 5 章 远

11、 程 监 控 功 能 设 计 155.1 远 程 监 控 方 案 选 择 .15总 结 .16参 考 文 献 17致 谢 .18附 录 程 序 代 码 180第 1 章 引言1.1 选题的背景随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 社 会 文 明 的 进 步 ， 土 地 资 源 的 也 随 之 变 得 紧 缺 ，建 筑 物 高 度 的 提 高 也 成 为 必 然 的 趋 势 ， 于 是 在 日 常 生 活 当 中 ,电 梯 已 经 是作 为 高 层 建 筑 中 必 不 可 少 的 垂 直 运 输 工 具 了 ， 它 也 已 然 成 为 城 市 物 质 文 化 的一 种 明 显 的 标 志 。

12、同 时 ， 电 梯 的 使 用 也 是 原 来 越 广 泛 了 ， 已 经 不 仅 仅 存 在 于原 来 的 高 楼 大 厦 、 高 级 住 宿 楼 ， 普 通 楼 层 、 居 民 楼 等 公 共 场 所 同 样 也 在 使 用电 梯 ， 甚 至 于 有 的 私 人 家 庭 也 能 够 安 装 使 用 电 梯 了 ， 并 且 电 梯 的 功 能 也 在 随着 需 求 的 增 加 而 不 断 的 提 高 ， 也 不 再 是 机 械 的 手 动 控 制 ， 它 的 控 制 方 式 已 经变 得 自 动 化 ， 多 样 化 。在 电 梯 的 控 制 系 统 上 ， 存 在 多 种 方 式 ， 现 今

13、 欧 美 等 发 达 国 家 在 电 梯 控制 系 统 上 主 要 采 用 的 是 32 位 的 微 型 计 算 机 控 制 系 统 。 闭 环 反 馈 的 单 微 机处 理 控 制 系 统 或 者 多 微 机 的 协 调 处 理 控 制 系 统 是 他 们 主 要 采 用 的 ， 在 电 梯 的传 动 系 统 上 ， 比 较 普 遍 采 用 的 是 VVVF 调 速 技 术 ， 即 交 流 变 压 变 频 ， 这样 保 证 了 梯 从 低 速 度 到 高 速 度 的 转 变 平 稳 ， 实 现 高 精 度 运 行 ， 不 仅 节 能 ，而 且 减 少 了 对 电 网 的 污 染 ， 增 加

14、了 乘 坐 的 舒 适 度 。 对 于 电 梯 当 中 的 反 馈 系统 上 ， 电 梯 位 置 信 号 的 获 得 不 仅 仅 是 采 用 旋 转 编 码 器 ， 绝 对 值 编 码 器 是 不少 的 厂 商 厂 家 采 用 的 方 法 ， 通 过 对 曳 引 电 机 以 距 离 的 原 则 进 行 控 制 ， 实 现了 电 梯 平 层 的 技 术 ， 是 电 梯 在 运 行 上 效 果 接 近 理 想 状 态 。现 今 ， 我 们 国 家 的 生 产 的 电 梯 产 品 ， 不 仅 仅 在 数 量 上 得 到 明 显 提 升 ，在 质 量 上 也 有 了 明 显 的 提 升 。 我 们 国

15、 家 的 电 梯 运 行 速 度 的 控 制 方 式 与 设 计的 理 想 运 行 曲 线 基 本 上 跟 发 达 国 家 的 一 样 。 但 是 考 虑 到 经 济 效 益 ， 如 今国 内 的 电 梯 控 制 系 统 ， 通 常 采 用 的 是 微 机 或 可 编 程 逻 辑 控 制 器 对 变 频 器 进行 多 段 速 度 的 控 制 。 对 于 电 梯 传 动 系 统 上 ， 新 建 筑 新 装 电 梯 及 旧 建 筑 上 电梯 改 造 上 ， 也 大 多 数 采 用 了 交 流 变 压 变 频 (VVVF)调 速 电 梯 。 在 电 梯 反 馈 系统 上 ， 主 要 采 用 的 一

16、般 也 是 闭 环 速 度 反 馈 ， 首 先 利 用 增 量 编 码 器 产 生 脉 冲信 号 ， 它 一 般 套 在 电 机 轴 上 ， 再 将 信 号 反 馈 给 控 制 系 统 。 对 于 电 梯 井 道 内部 信 号 的 采 集 上 ， 增 量 编 码 器 计 数 方 式 是 我 们 国 家 现 今 的 电 梯 大 多 都 采 用的 ， 用 它 来 配 合 光 电 开 关 或 者 双 稳 态 磁 开 关 来 判 别 电 梯 轿 厢 的 位 置 。1随 着 电 梯 中 交 流 调 压 调 速 技 术 的 日 益 成 熟 ， 很 多 企 业 都 有 自 己 设 计 的优 秀 产 品 。

17、通 过 微 机 控 制 电 梯 的 方 式 是 电 梯 控 制 技 术 必 然 的 方 向 ， 于 是 很 多企 业 与 科 学 研 究 单 位 相 结 合 ， 相 继 推 出 了 不 同 的 微 机 控 制 的 电 梯 新 机 型 ， 在电 梯 控 制 功 能 方 面 上 得 到 了 增 强 ， 性 能 改 善 了 不 少 ， 可 靠 性 也 得 到 了 明 显 提升 ， 于 是 ， 用 FPGA/CPLD 取 代 原 来 的 控 制 系 统 的 机 型 对 单 梯 进 行 控 制 是非 常 有 效 的 。 已 经 有 不 少 企 业 生 产 商 开 发 了 电 梯 紧 急 供 电 、 梯

18、内 防 火 控 制 、地 震 发 生 时 电 梯 的 控 制 、 电 梯 功 能 自 我 检 测 以 及 语 音 技 术 等 电 梯 新 功 能 ;同 时 对 电 梯 机 械 系 统 也 采 用 了 新 结 构 、 新 材 料 、 新 技 术 和 新 工 艺 。 总 而 言 之 ，我 国 电 梯 控 制 方 面 ， 虽 然 还 不 能 够 跟 国 外 的 技 术 相 媲 美 ， 但 鉴 于 我 们 国 家 电梯 控 制 的 技 术 的 发 展 速 度 ， 在 不 久 的 将 来 必 然 能 够 赶 超 国 外 先 进 的 技 术 。1.2 设计任务随 着 可 编 程 逻 辑 电 路 和 EDA

19、 技 术 的 发 展 ， 在 逻 辑 电 路 设 计 和 嵌 入 式 系统 设 计 方 面 ， 以 CPLD/FPGA 为 代 表 的 可 编 程 逻 辑 器 件 已 经 逐 步 代 替 了 传 统的 标 准 逻 辑 器 件 ； 本 次 论 文 的 电 梯 控 制 器 所 有 的 程 序 可 以 集 成 在 一 个FPGA 开 发 芯 片 上 面 ， 不 用 在 用 其 他 功 能 的 分 立 逻 辑 元 件 ， 达 到 集 成 度 高 、响 应 快 、 功 耗 低 的 特 点 。本 次 论 文 主 要 是 基 于 FPGA 的 电 梯 控 制 器 与 监 控 系 统 的 设 计 ， 它 也

20、是电 梯 控 制 的 核 心 部 分 ， 电 梯 的 层 数 为 10 层 ， 而 本 次 论 文 采 用 模 块 化 设 计 ，主 要 分 为 四 大 模 块 ： 时 钟 分 频 模 块 、 按 键 处 理 模 块 、 电 梯 运 行 控 制 模 块 、 数码 管 显 示 。2第 2 章 设计基本原理与思路2.1 控制器的功能及技术指标本 设 计 以 FPGA 作 为 主 控 核 心 来 对 升 降 电 梯 的 各 种 操 作 进 行 控 制 ， 从而 来 改 善 电 梯 的 舒 适 感 和 运 行 的 可 靠 性 ， 使 电 梯 安 全 可 靠 的 运 行 。根 据 电 梯 安 全 运 行

21、 的 一 些 主 要 控 制 要 求 ， 十 层 电 梯 控 制 器 将 实 现 的 功能 ：(1)电 梯 内 部 含 有 所 有 楼 层 的 指 令 按 钮 ， 外 部 都 有 上 升 或 下 降 按 钮 。(2)电 梯 外 部 含 有 楼 层 指 示 装 置 ， 还 有 电 梯 运 行 状 态 显 示 。 (3)电 梯 到 达 指 令 信 号 所 在 楼 层 时 ， 电 梯 门 打 开 ， 若 再 有 另 外 请 求 信号 ， 电 梯 门 关 闭 ， 电 梯 继 续 运 行 ， 直 到 执 行 完 所 有 所 有 请 求 信 号 。(4)能 记 忆 电 梯 内 部 与 外 部 所 有 请

22、求 ， 并 且 能 够 依 照 电 梯 应 有 的 运 行规 则 进 行 响 应 ， 且 外 部 与 内 部 请 求 信 号 能 够 在 电 梯 响 应 过 后 清 除 。(5)电 梯 运 行 的 主 要 规 则 ： 在 电 梯 上 升 时 ， 电 梯 只 对 比 电 梯 所 在 楼 层高 的 楼 层 的 请 求 信 号 进 行 响 应 ； 当 高 层 有 下 降 请 求 ， 电 梯 则 直 接 升 到 高 层 所在 下 降 请 求 楼 层 ， 转 换 为 下 降 模 式 。 而 电 梯 下 降 模 式 与 上 升 规 则 完 全 相 同 。(6)电 梯 含 有 初 试 状 态 即 ： 一 层

23、 开 门 。2.2 全自动电梯控制方案选择全 自 动 电 梯 一 般 分 为 三 种 控 制 方 案 ： 内 部 请 求 优 先 响 应 控 制 方 案 ， 层层 停 控 制 方 案 ， 方 向 优 先 控 制 方 案 。1.内 部 请 求 优 先 响 应 控 制 方 案内 部 请 求 优 先 控 制 方 式 的 工 作 方 式 ， 即 先 将 电 梯 内 部 人 员 送 至 目 的楼 层 ， 再 返 回 载 客 。 而 作 为 大 楼 公 共 服 务 的 载 客 通 用 电 梯 ， 必 须 服 务 于 大部 分 人 的 要 求 ， 必 须 考 虑 电 梯 外 部 的 请 求 响 应 ,在 内

24、 部 请 求 优 先 控 制 方 式当 中 ， 当 电 梯 外 部 人 的 请 求 和 电 梯 内 部 人 的 请 求 发 生 冲 突 时 ， 外 部 人 的 请 求3可 能 被 长 时 间 忽 略 ， 因 此 它 不 适 合 作 为 公 用 电 梯 的 设 计 方 案 。2.层 层 停 控 制 方 案层 层 停 控 制 方 式 的 工 作 方 式 ： 即 到 每 一 层 楼 即 停 下 。 这 种 控 制 方 式 可以 满 足 每 个 人 的 请 求 。 但 是 这 种 控 制 方 式 严 重 影 响 到 了 电 梯 的 运 行 效 率 ，很 有 可 能 中 间 楼 层 均 没 有 用 户

25、请 求 ， 这 样 会 浪 费 大 量 的 等 待 时 间 ， 而 电 梯 在这 个 过 程 也 会 浪 费 大 量 的 电 能 。3.方 向 优 先 控 制 方 案方 向 优 先 控 制 方 式 即 ， 即 电 梯 在 运 行 到 某 一 楼 层 时 先 考 虑 这 一 楼 层 是否 有 请 求 ： 有 则 停 止 ， 无 则 继 续 前 进 。 停 下 后 再 启 动 时 的 步 骤 ：1) 检 查 上 方 是 否 存 在 请 求 ， 存 在 电 梯 则 运 行 ， 不 存 在 电 梯 则 停 止2) 检 测 下 方 是 否 存 在 请 求 ， 存 在 电 梯 则 运 行 ， 不 存 在

26、则 维 持 停 止 状态 。方 向 优 先 控 制 方 式 的 效 率 远 大 于 单 层 层 停 等 控 制 方 式 的 效 率 。 而 且 ，方 向 优 先 控 制 方 式 下 ， 电 梯 在 维 持 停 止 的 时 候 可 以 进 入 省 电 模 式 ， 能 节 省大 量 电 能 。通 过 以 上 三 种 控 制 方 案 的 相 互 比 较 ， 可 以 明 显 看 出 方 向 优 先 控 制 的 综合 优 势 还 是 很 明 显 的 ， 而 此 设 计 主 要 依 照 方 向 优 先 控 制 进 行 设 计 的 。2.3 电梯模块划分为 实 现 电 梯 控 制 的 功 能 ， 完 成 设

27、 计 要 求 ， 采 用 模 块 化 设 计 ， 本 设 计 预 计分 为 四 个 模 块 ：时 钟 分 频 模 块 ， 按 键 处 理 模 块 ， 电 梯 运 行 控 制 模 块 ， 数 码 管 显 示 模 块 。电 梯 控 制 模 块 划 分 如 图 2-1 所 示 。各 部 分 功 能 概 述 ：（ 1） 时 钟 频 模 块 功 能 为 把 系 统 时 钟 分 出 两 个 不 同 频 率 的 时 钟 ， 一 个2HZ 时 钟 供 控 制 模 块 使 用 ， 另 一 个 8HZ 供 其 他 模 块 使 用 。（ 2） 按 键 处 理 模 块 的 功 能 是 把 电 梯 外 部 和 内 部

28、的 按 键 信 号 处 理 ， 把 处理 好 的 按 键 信 号 送 到 电 梯 运 行 控 制 模 块 ， 根 据 外 部 按 键 信 号 转 化 为 电 梯 运 行控 制 模 块 的 外 部 请 求 信 号 ， 根 据 电 梯 内 部 按 键 信 号 转 化 为 电 梯 控 制 模 块 的 电4梯 前 往 信 号 ， 根 据 电 梯 所 在 楼 层 信 号 及 时 清 除 电 梯 外 部 与 内 部 的 按 键 信 号 。（ 3） 电 梯 运 行 控 制 模 块 的 功 能 是 在 2HZ 时 钟 的 节 拍 下 ， 根 据 按 键 处理 模 块 输 出 的 信 号 ， 控 制 电 梯 上

29、 升 和 下 降 ， 当 电 梯 关 门 时 输 出 相 应 的 上 升 和下 降 清 除 信 号 ， 同 时 输 出 电 梯 当 前 所 在 楼 层 的 数 码 管 输 出 信 号 与 电 梯 运 行 方向 指 示 。（ 4） 数 码 显 示 模 块 的 功 能 是 把 楼 层 信 号 转 化 为 数 码 显 示 。电 梯 控 制时钟分频数码管显示电梯运行按键处理图 2-1： 电 梯 控 制 器 模 块 划 分 图整 个 系 统 最 主 要 由 运 行 状 态 控 制 ， 按 键 处 理 模 块 ， 显 示 模 块 组 成 ， 楼 层显 示 通 过 运 行 状 态 来 控 制 ， 而 按 键

30、 处 理 又 外 部 按 键 电 路 来 控 制 ， 运 行 状 态 由按 键 处 理 模 块 和 当 前 楼 层 信 号 联 合 控 制 。 如 图 2-2 所 示 。5运行状态控制楼层显示电梯显示电梯外请求电梯内请求按键处理分频楼层信号系统时钟图 2-2 系 统 组 成第 3 章 模块内部程序设计在 程 序 的 设 计 上 ， 采 用 自 上 而 下 的 模 块 下 设 计 ， 对 于 本 系 统 地 构 建 ，分 为 分 频 器 模 块 、 案 件 综 合 处 理 模 块 、 电 梯 运 行 控 制 模 块 以 及 数 码 管 显 示 模块 ， 下 面 分 别 对 各 模 块 进 行 介

31、 绍 ：3.1 系统时钟分频模块时 钟 分 频 模 块 主 要 是 将 输 入 频 率 分 为 两 个 不 同 的 频 率 ， 以 供 其 他 模 块使 用 ， 其 中 一 个 是 2 分 频 以 供 电 梯 运 行 模 块 使 用 ， 另 外 一 个 8 分 频 的 时 钟频 率 为 其 他 模 块 提 供 时 钟 频 率 源 。将 源 程 序 编 写 完 成 后 ， 在 Quartus 进 行 调 试 、 运 行 并 生 成 模 块 文 件 ， 在 编译 后 检 查 无 误 之 后 ， 进 行 波 形 仿 真 ， 硬 件 下 载 调 试 。 在 调 试 中 得 到 的 模 块 原理 图 如

32、 图 3-1 所 示 ：6c lk c lk _ 2c lk _ 8c lk d ivin s t图 3-1 时 钟 分 频 模 块 原 理 图3.2 系统按键综合处理模块按 键 处 理 模 块 的 主 要 功 能 是 就 是 处 理 电 梯 外 部 和 内 部 的 按 键 信 号 ， 然 后把 所 得 到 的 信 号 送 到 电 梯 运 行 模 块 ； 根 据 电 梯 外 部 按 键 信 号 转 化 为 电 梯 运 行控 制 模 块 的 外 部 请 求 信 号 ， 根 据 电 梯 内 部 的 按 键 信 号 转 化 为 电 梯 运 行 控 制 模块 的 电 梯 前 往 信 号 ， 根 据 电

33、 梯 楼 层 信 号 及 时 清 除 电 梯 外 部 与 内 部 按 键 信 号 。源 程 序 编 写 完 成 后 ， 进 行 编 译 、 运 行 并 生 成 模 块 文 件 ， 确 认 没 有 错 误 之后 进 行 波 形 仿 真 、 时 序 分 析 。 其 模 块 原 理 图 如 图 3-2：7图 3-2 按 键 处 理 模 块 原 理 图3.3 电梯运行控制模块电 梯 运 行 控 制 模 块 是 实 际 当 中 的 核 心 部 分 ， 电 梯 的 状 态 与 电 梯 的 运 行 模式 基 本 上 完 全 取 决 于 运 行 控 制 模 块 ， 它 主 要 是 在 时 钟 分 频 模 块

34、输 出 的 2分 频 频 率 下 ， 接 收 按 键 处 理 模 块 输 出 的 按 键 处 理 信 号 ， 来 决 定 电 梯 的 运 行 模式 和 状 态 ， 同 时 在 电 梯 决 定 运 行 模 式 时 输 出 一 定 的 控 制 信 号 来 控 制 外 部 显 示 ，以 达 到 显 示 电 梯 的 位 置 ， 运 行 状 态 ， 本 次 是 设 计 的 10 层 电 梯 控 制 系 统 ，在 源 程 序 中 具 体 要 体 现 以 下 功 能 ：1.每 层 电 梯 入 口 处 设 有 上 升 和 下 降 请 求 按 钮 ， 其 中 第 十 层 没 有 上 升 按 钮 。第 一 层 没

35、 有 下 降 按 钮 ， 电 梯 内 部 设 有 要 到 达 楼 层 的 请 求 按 钮 1-10 楼 。2.设 置 了 电 梯 位 置 显 示 的 LED 数 码 管 ， 到 达 每 一 楼 层 均 能 显 示 当 前 楼层 ， 同 时 设 有 电 梯 运 行 状 态 的 显 示 。3.电 梯 能 对 电 梯 外 部 所 有 请 求 信 号 进 行 记 忆 ， 并 且 能 够 按 照 电 梯 运 行 规则 进 行 顺 序 响 应 ， 同 时 每 个 楼 层 的 请 求 信 号 一 直 保 留 到 电 梯 对 其 进 行 响 应 。4.电 梯 运 行 主 要 规 则 ： 当 电 梯 上 升 时

36、 候 ， 只 响 应 比 电 梯 所 在 楼 层 高 的 上8楼 信 号 ， 由 下 到 上 依 次 执 行 ， 直 到 最 后 一 个 上 升 请 求 信 号 执 行 完 毕 ， 当 电 梯下 降 时 候 ， 只 响 应 比 电 梯 所 在 楼 层 低 的 下 楼 信 号 ， 由 上 到 下 依 次 执 行 ， 直 到最 后 一 下 下 降 请 求 信 号 执 行 完 毕 。电 梯 控 制 运 行 模 块 源 程 序 编 写 完 成 后 ， 进 行 编 译 、 运 行 并 生 成 模 块 文件 ， 确 认 没 有 错 误 之 后 进 行 波 形 仿 真 、 时 序 分 析 。 其 模 块 原

37、 理 图 3-3 如 下 ：图 3-3 电 梯 运 行 控 制 模 块 原 理 图3.4 数码管显示模块数 码 管 显 示 模 块 的 功 能 主 要 是 把 楼 层 信 号 转 化 为 数 字 信 号 ， 通 过 数 码 管进 行 显 示 ， 显 示 电 梯 运 行 状 态 当 前 楼 层 的 指 示 。数 码 管 显 示 模 块 源 程 序 编 写 完 成 后 ， 进 行 编 译 、 运 行 并 生 成 模 块 文 件 ，确 认 没 有 错 误 之 后 进 行 波 形 仿 真 、 时 序 分 析 。 其 模 块 原 理 图 3-4 如 下 ：9图 3-4 数 码 管 显 示 模 块 原 理

38、 图3.5 模块整合将 各 个 模 块 代 码 编 写 完 成 之 后 ， 根 据 模 块 整 体 信 号 之 间 的 关 系 ， 将 各 个模 块 组 合 成 一 个 完 整 的 系 统 ， 以 完 成 对 电 梯 的 综 合 控 制 。模 块 整 合 原 则 ：系 统 输 入 一 个 频 率 clk， 经 过 时 钟 频 模 块 把 系 统 时 钟 分 出 两 个 不 同 频 率的 时 钟 ， 一 个 频 率 clk_2 供 控 制 模 块 和 运 行 模 块 使 用 ， 另 一 个 clk_8 按 键处 理 模 块 使 用 。 按 键 处 理 模 块 主 要 是 根 据 运 行 模 块

39、提 供 的 信 号 ， 把 电 梯 外 部和 内 部 的 按 键 信 号 处 理 ， 把 处 理 好 的 按 键 信 号 送 到 电 梯 运 行 控 制 模 块 ， 电 梯运 行 控 制 模 块 按 键 处 理 模 块 输 出 的 信 号 ， 控 制 电 梯 上 升 和 下 降 ， 当 电 梯 关 门时 输 出 相 应 的 上 升 和 下 降 清 除 信 号 ， 同 时 输 出 电 梯 当 前 所 在 楼 层 的 数 码 管 输出 信 号 与 电 梯 运 行 方 向 指 示 。 数 码 显 示 模 块 的 功 能 接 收 运 行 模 块 的 位 置 信 号 ，转 化 为 七 段 数 码 显 示

40、 。整 合 后 系 统 电 路 图 如 图 3-5 所 示 。10图 3-5 综 合 模 块 整 合 电 路 图第 4 章 系统模块在 Quartus 上运行与仿真4.1 时钟分频模块仿真效果对 时 钟 分 频 模 块 的 源 程 序 进 行 编 译 ， 没 有 出 现 错 误 ， 源 程 序 基 本 正 确 。对 时 钟 模 块 程 序 建 立 波 形 仿 真 文 件 ， 对 各 个 输 入 输 出 端 口 进 行 波 形 仿 真 和 时序 分 析 ， 所 得 波 形 仿 真 结 果 如 图 4-1。图 4-1 时 钟 分 频 模 块 波 形 时 序 仿 真 图从 时 序 仿 真 图 上 可

41、 以 看 到 2 分 频 每 经 过 两 个 时 钟 上 升 沿 突 变 一 次 ， 八分 频 每 经 过 16 个 时 钟 上 升 沿 突 变 一 次 ， 符 合 设 计 的 初 始 愿 想 ， 仿 真 正 确 。114.2 按键处理模块仿真效果对 按 键 处 理 模 块 的 源 程 序 进 行 编 译 、 运 行 ， 没 有 错 误 。 建 立 波 形 图 文 件 ，对 各 个 输 入 输 出 端 口 进 行 波 形 仿 真 和 时 序 分 析 ， 所 得 时 序 仿 真 图 如 图 4-2所 示图 4-2 按 键 处 理 模 块 波 形 时 序 仿 真 图如 图 4-2 所 示 输 入

42、down 为 000000111， up 为 011110000， inside 为0111111100， 当 前 楼 层 为 6， 当 clear_down 为 0 时 ， 依 照 设 计 原 则 ，down_light 输 出 应 为 1111111000， 当 为 1 时 ， 输 出 应 为 1111010000； 当clear_up 为 0 时 ， 依 照 设 计 原 则 ， up_light 输 出 应 为 0100001111， 为 1时 ， 同 样 为 0100001111； 而 对 于 inside_light 输 出 同 样 为1000000011， 而 从 图 4-2 可

43、以 看 出 ， 时 序 仿 真 结 果 与 设 计 结 果 完 全 相 同 ，由 此 可 见 ， 设 计 源 程 序 基 本 正 确 。4.3 数码管显示模块仿真效果对 数 码 管 显 示 模 块 的 源 程 序 进 行 编 译 、 运 行 ， 没 有 错 误 ， 建 立 波 形 图 文件 ， 对 各 个 输 入 输 出 端 口 进 行 波 形 仿 真 和 时 序 分 析 ， 如 图 4-3：12图 4-3 数 码 管 显 示 模 块 波 形 时 序 仿 真 图从 图 中 可 以 看 出 当 position 在 2 层 时 ， 位 置 显 示 为0000000011011010， 结 果 正

44、 确 ； 在 3 层 时 ， 位 置 显 示 为0000000011110010， 结 果 正 确 ； 对 于 4.5.6.7.8.9.10 层 同 样 符 合 设 计 要 求 ，仿 真 结 果 正 确 。4.4 电梯运行控制模块仿真效果对 电 梯 运 行 控 制 模 块 的 源 程 序 进 行 编 译 、 运 行 ， 没 有 错 误 。 建 立 波 形 图文 件 ， 对 各 个 输 入 输 出 端 口 进 行 波 形 仿 真 和 时 序 分 析 ， 如 图 4-4 和 4-5。图 4-4 电 梯 运 行 控 制 模 块 波 形 时 序 仿 真 图13图 4-5 电 梯 运 行 控 制 模 块

45、 波 形 时 序 仿 真 图从 图 4-4 可 以 看 出 初 始 状 态 为 第 一 层 ， 当 inside 给 一 个 8 层 请 求信 号 后 ， 楼 层 位 置 从 1 渐 变 到 8， 稳 定 后 clear_up 为 1， 再 过 一 个 时 钟 脉冲 后 ， door_light 为 1。 从 图 4-5 可 以 看 出 ， 当 到 达 第 8 层 后 ， 给 一 个 第三 层 下 降 请 求 信 号 后 ， 楼 层 信 号 从 8 渐 变 到 3， 相 应 的 clear_down 为1， 在 经 过 一 个 时 钟 脉 冲 后 ， door_light 为 1。 综 上 可

46、 以 看 出 ， 整 个 运 行模 块 符 合 设 计 要 求 。4.5 电梯整合后总体仿真效果对 电 梯 运 行 控 制 模 块 的 源 程 序 进 行 编 译 、 运 行 ， 没 有 错 误 。 建 立 波 形 图文 件 ， 对 各 个 输 入 输 出 端 口 进 行 波 形 仿 真 和 时 序 分 析 ， 如 图 4-5 和 4-7：图 4-6 电 梯 综 合 模 块 波 形 时 序 仿 真 图14图 4-7 电 梯 综 合 模 块 波 形 时 序 仿 真 图在 4-6 可 以 看 出 初 始 状 态 为 第 一 层 ， 当 inside 给 一 个 6 层 请 求 信 号后 ， 楼 层

47、 位 置 从 1 渐 变 到 6， 当 到 达 第 6 层 后 ， 经 过 8 个 时 钟 脉 冲 后 ，door_light 为 1； 从 图 4-7 可 以 看 出 ， 在 六 楼 稳 定 后 给 一 个 第 3 层 下 降 请求 信 号 ， 楼 层 信 号 从 6 渐 变 到 3， 相 应 的 经 过 8 个 时 钟 脉 冲 door_light为 1， 综 上 可 以 看 出 ， 整 个 综 合 模 块 符 合 设 计 要 求 ， 设 计 正 确 。第 5 章 远程监控功能设计5.1 远程监控方案选择方 案 一 ： 采 用 有 线 的 远 程 监 控 模 式 ， 要 不 布 置 非 常

48、 复 杂 并 且 绵 长 的 电 子 线 路 ，当 信 号 线 收 到 干 扰 时 ， 对 电 梯 的 运 行 情 况 会 长 生 干 扰 。 并 且 其 复 杂 的 布 线 系统 将 会 影 响 线 路 周 围 环 境 的 美 观 。方 案 二 ： 采 用 ZigBee 无 线 网 络 技 术 为 核 心 ， 对 电 梯 的 运 行 情 况 进 行 实 时检 测 ， 这 种 无 线 方 式 的 远 程 监 控 没 有 复 杂 的 布 线 系 统 ， 通 信 距 离 在 几 十 米 内 。上 位 机 界 面 有 VC+设 计 ， 硬 件 采 用 TI 公 司 生 产 的 CC2530 型 射

49、频 单 片 机芯 片 ， 其 采 用 的 是 载 频 频 率 为 2.4G 的 棒 状 天 线 ， 其 程 序 在 IAR EW8051环 境 下 用 C 语 言 编 写 。15总结时 间 过 得 很 快 ， 历 经 3 月 的 毕 业 设 计 已 经 落 下 帷 幕 ， 本 次 设 计 任 务 终于 在 一 次 又 一 次 的 徘 徊 挣 扎 中 完 成 ， 其 中 经 过 了 最 初 的 方 案 设 定 、 方 案 对 比 、最 终 方 案 、 资 料 搜 集 、 查 阅 文 献 、 代 码 调 试 、 功 能 仿 真 、 论 文 撰 写 以 及 论文 修 改 等 主 要 过 程 ， 可 谓 是 每 个 过 程 都 充 满 着 挑 战 与 艰 辛 。 即 使 是 一 个 结 构很 简 单 的 功 能 电 路 ， 如 果 出 现 一 个 字 符 问 题 ， 表 现 出 来 的 现 象 也 是 各 种 各样 的 ， 检 查 的 过 程 也 需 要 细 心 和 经 验 ， 就 比 如 说 一 开 始 在 quartus II 上调 试 代 码 时 由 于 出 现 了 一 个 小 小 的 语 法 问 题 ， 结 果 导 致 整 个 系 统 不 运 作 ，所 以 非 常 失 望 没 有 得 到 预 期 的 现 象 ， 但 是 没 有 灰 心 ， 通 过 一 个 一 个 模