基于fpga全自動(dòng)電梯控制器開題報(bào)告

1、HEFEI UNIVERSITY畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論文開題報(bào)告題目 基于FPGA全自動(dòng)電梯控制器的設(shè)計(jì) 系別 電子信息與電氣工程系 專業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 姓名 指導(dǎo)老師 完成時(shí)間 2021年4月2日 合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文開題報(bào)告學(xué)生： 班級(jí)： 論文題目基于FPGA全自動(dòng)電梯控制器的設(shè)計(jì)導(dǎo)師姓名可行性方案分析可行性方案分析見附頁參考文獻(xiàn)1高迎慧，侯忠霞，楊成林。基于FPGA的自動(dòng)升降電梯控制器設(shè)計(jì)J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，252：21532 李艷玲,朱音.基于MSI的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào),2021,37(4):526-529.3程俊,黎福海,

2、代揚(yáng).基于VHDL語言的實(shí)用電梯控制器的設(shè)計(jì)J.現(xiàn)代電子技術(shù),2004,(1):20-21.4 王秀英,鄭海英. PLC 技術(shù)在電梯運(yùn)行中的應(yīng)用J. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2021,28(2):88-90.5張漢杰 現(xiàn)代電梯控制技術(shù) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社20066王子文 駱建華 電梯PLC控制策略及其程序設(shè)計(jì) -起重運(yùn)輸機(jī)械2006(07)：36-527 賀敬凱,王瑞春,萬學(xué)元 基于FPGA的電梯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)-深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2006(02)：14-278陳兆芳 基于FPGA的電梯控制系統(tǒng) -福建電腦2021(02)：1

3、5-169潘松,黃繼業(yè) EDA技術(shù)實(shí)用教程 北京：科學(xué)出版社,202110Kolar J.W.Status of the Techniques of the Three-Phase PWM Rectifier Systems with low Effects on the MainsJ.Profeeional Education Tutouial workbook of IEEE Power Electronics Specialists Conference,2000,21(3):18-231、開題小組及教研室意見 開題小組簽名： 年 月 日 附頁：一、研究背景目前電梯控制系統(tǒng)主要

4、有三種控制方式：繼電器控制系統(tǒng)(早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、微機(jī)控制系統(tǒng)、FPGA控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而FPGA控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。目前國(guó)內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣局部用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，接線多，故障率高，維修保

5、養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機(jī)系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機(jī)械局部無大問題，為節(jié)約資金，大局部老式電梯用戶希望對(duì)電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高電梯的運(yùn)行性能。因此對(duì)電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國(guó)老式電梯的改造方法具有十分重要的意義。 可編程器件的廣泛使用，為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。FPGA作為新一代可編程邏輯器件，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式開展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方

6、向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。FPGA不僅具有可以滿足電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性、開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少等優(yōu)點(diǎn)，而且可以通過軟件編程對(duì)硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)式的硬件的設(shè)計(jì)，如同軟件設(shè)計(jì)那樣的方便快捷。因而FPGAField Programmable Gate Array正是集成芯片設(shè)計(jì)者所尋求的可重復(fù)編程的仿真器件。由于FPGA具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)，因此在電梯控制方面有著廣泛的應(yīng)用。硬件描述語言采用VHDL語言采用模塊設(shè)計(jì)的方法，可以改善并行語句及其結(jié)構(gòu)的可讀性，提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，并且VHDL語具有豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使系統(tǒng)的仿真能力

7、增強(qiáng)。Altera公司的Quartus II 設(shè)計(jì)軟件是適合單芯片可編程系統(tǒng)的最全面的設(shè)計(jì)環(huán)境。綜合以上考慮本設(shè)計(jì)就以FPGA作為工具對(duì)升降電梯的各種操作進(jìn)行控制，利用Quartus軟件和VHDL硬件描述語言對(duì)電梯控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的EDA實(shí)驗(yàn)箱，將程序下載到實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行驗(yàn)證。二、主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以FPGA作為工具對(duì)升降電梯的各種操作進(jìn)行控制，從而來改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，使電梯平安可靠的運(yùn)行。根據(jù)電梯平安運(yùn)行的一些主要控制要求，本設(shè)計(jì)的電梯控制器的設(shè)計(jì)具有比擬完善的功能。本設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)要求：1每層電梯的入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開關(guān)。2設(shè)有

8、電梯所處位置指示裝置以及電梯運(yùn)行模式上升或下降指示裝置。3電梯每秒升降一層。4電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層后，經(jīng)過0.5s電梯門翻開，開門指示燈亮，開門5s后，電梯門關(guān)閉，關(guān)門指示燈滅，電梯繼續(xù)運(yùn)行，直至執(zhí)行完請(qǐng)求信號(hào)后停在當(dāng)前樓層。5能記憶電梯內(nèi)外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照運(yùn)行規(guī)那么依次響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保存至執(zhí)行后消除。6電梯運(yùn)行規(guī)那么：當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓信號(hào)，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請(qǐng)求時(shí)，那么直接升到有下降請(qǐng)求的最高樓接客，然后進(jìn)入下降模式，但電梯處于下降模式時(shí)，那么與上升模式相反。7電梯初始狀態(tài)為一層門關(guān)。8具有超載報(bào)警和

9、故障報(bào)警的功能。當(dāng)超載時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電梯門不能關(guān)閉。三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)思路為實(shí)現(xiàn)電梯控制的功能，完成設(shè)計(jì)要求，采用模塊化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)分為四個(gè)模塊：時(shí)鐘分頻模塊，按鍵處理模塊，電梯運(yùn)行控制模塊，數(shù)碼管顯示模塊。電梯控制模塊劃分如下列圖1所示：電 梯 控 制數(shù)碼管顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)控制按鍵處理時(shí)鐘分頻圖1：電梯控制器模塊劃分圖2. 各局部功能概述1時(shí)鐘頻模塊功能為把系統(tǒng)時(shí)鐘分出兩個(gè)不同頻率的時(shí)鐘，一個(gè)2HZ時(shí)鐘供控制模塊使用，另一個(gè)8HZ供其他模塊使用。2按鍵處理模塊的功能是把電梯外部和內(nèi)部的按鍵信號(hào)處理，把處理好的按鍵信號(hào)送到電梯運(yùn)行控制模塊，根據(jù)外部按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)化為電梯運(yùn)行控制模塊的外

10、部請(qǐng)求信號(hào)，根據(jù)電梯內(nèi)部按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)化為電梯控制模塊的電梯前往信號(hào)，根據(jù)電梯所在樓層信號(hào)及時(shí)去除電梯外部與內(nèi)部的按鍵信號(hào)。圖2 系統(tǒng)組成電梯外請(qǐng)求電梯內(nèi)請(qǐng)求按鍵處理樓層顯示電梯顯示分頻樓層信號(hào)運(yùn)行狀態(tài)控制系統(tǒng)時(shí)鐘3電梯運(yùn)行控制模塊的功能是在2HZ時(shí)鐘的節(jié)拍下，根據(jù)按鍵處理模塊輸出的信號(hào)，控制電梯上升和下降，當(dāng)電梯關(guān)門時(shí)輸出相應(yīng)的上升和下降去除信號(hào)，同時(shí)輸出電梯當(dāng)前所在樓層的數(shù)碼管輸出信號(hào)與電梯運(yùn)行方向指示。4數(shù)碼顯示模塊的功能是把樓層信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼顯示。3. 系統(tǒng)組成整個(gè)系統(tǒng)最主要由運(yùn)行狀態(tài)控制，按鍵處理模塊，顯示模塊組成，樓層顯示通過運(yùn)行狀態(tài)來控制，而按鍵處理又外部按鍵電路來控制，運(yùn)行狀態(tài)由按

11、鍵處理模塊和當(dāng)前樓層信號(hào)聯(lián)合控制。如圖2所示。四、系統(tǒng)模塊方案1.時(shí)鐘分頻模塊：輸入信號(hào)：CLK 輸出信號(hào)：clk2 clk8實(shí)現(xiàn)方式：輸入一個(gè)系統(tǒng)頻率，通過fpga控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，在根據(jù)需要輸出以得到所需頻率信號(hào)。2.按鍵處理模塊：輸入信號(hào)：clk reset fup9.1 fdn10.2 st10.1 position3.0 clearup cleardn 輸出信號(hào)：fuplight10.1 fdnlight10.1 stlight10.1實(shí)現(xiàn)方式：根據(jù)外部按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)化為電梯運(yùn)行控制模塊的外部請(qǐng)求信號(hào)，根據(jù)電梯內(nèi)部按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)化為電梯控制模塊的電梯前往信號(hào)，根據(jù)電梯所在樓層信號(hào)及時(shí)去除電梯外

12、部與內(nèi)部的按鍵信號(hào)3.電梯運(yùn)行處理模塊：輸入信號(hào)：clk alarm reset fuplight10.1 fdnlight10.1 stlight10.1 yanshi tiqian 輸出信號(hào) ：position3.0 doorlight clearup cleardn udsig7.0實(shí)現(xiàn)方式：電梯運(yùn)行控制主要通過狀態(tài)機(jī)控制，而狀態(tài)機(jī)控制主要分為兩種：moore型有限狀態(tài)機(jī)和mealy型有限狀態(tài)機(jī)，根據(jù)需要這里選擇moore型狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)電梯狀態(tài)控制。4.數(shù)碼顯示模塊：輸入信號(hào)：clk position3.0 輸出信號(hào)posled15.0實(shí)現(xiàn)方式:通過FPGA將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管顯示控制信號(hào)來控制數(shù)碼管顯示。五、關(guān)鍵問題1.電梯控制模塊內(nèi)部運(yùn)行的邏輯要理順，否那么無法順利設(shè)計(jì)出程序2