EDA技术在商场电梯中的应用

[摘要] 本文介绍了一种基于EDA技术电梯控制器的设计。通过对系统进行结构分析，采用层次化的设计方法，给出了控制器的VHDL程序，利用MAXPLUS II对其程序进行了仿真，并给出了仿真结果。

[关键词] VHDL 商场 控制器 EDA

随着微电子技术和半导体工业的不断创新和发展，集成电路的集成度和生产工艺技术水平不断提高，使得在一个半导体芯片上完成系统级的集成已成为可能。现代数字技术已进入电子设计自动化EDA时代，大大改变了现代电子系统设计的理念，极大的提高了大规模系统电子设计的自动化程度。VHDL(即超高速集成电路硬件描述语言)是随着可编程逻辑器件（PLD）发展起来的一种硬件描述语言，主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口，是电子设计自动化(EDA)的关键技术之一。它采用一种自上而下的设计方法，即从系统总体要求出发进行设计。本文介绍了以Altera公司可编程逻辑器件为控制核心，采用VHDL语言设计电梯控制器的方法，并进行了仿真。

一、电梯控制器的功能和运行规则

设计一个5层楼的商场电梯控制器，该控制器可控制电梯完成6层楼的载客服务而且遵循方向优先原则，并能响应提前关门和延时关门，并具有超载报警和故障报警；同时指示电梯运行情况和电梯内外的请求信息。

电梯控制器功能：

1.完成5个楼层的多用户载客服务控制。

2.电梯内设有乘客到达层数的停站请求开关。

3.每层电梯外设有上下请求开关，显示乘客的上升和下降请求。

4.电梯运行时，楼内外同时显示电梯的运行状态和所在的楼层。

5.当电梯到达选择的楼层时，经过1s电梯门打开，开门指示灯亮，开门3s后，电梯关闭，指示灯灭，电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号停在1层。

6.能记忆电梯外的所有请求信号，按照电梯运行规则次序响应，每个请求信号保留至执行后消除。

7.响应电梯外的有效请求，到达请求的楼层，电梯自动开门。

电梯运行规则：

（1）电梯处于上升状态时，响应上升请求的楼层大于电梯的所在层。

（2）电梯处于下降状态时，响应有下降请求的楼层小于电梯的所在层。

（3）执行完上升状态时，若更高层有下楼请求，则直接开到下楼请求的最高层接客，然后进入下降模式。

（4）先执行完所有的上楼请求再执行下楼请求，抑或先执行完所有的下楼请求再执行上楼请求。

二、电梯控制器的设计方案

电梯控制器系统模块如图1所示，该系统包括外部数据采集模块、信号存储模块、中央处理模块、显示模块。外部数据采集模块通过按键输入用户请求信号，光敏传感器采集到达楼层信号，压力传感器采集关门中断和超载信号。信号存贮模块存储电梯内外及各层用户请求信号。中央处理模块处理电梯运行中的各种状态，在电梯运行过程中，对信号存储模块的用户请求数据进行比对，从而确定电梯是否停止。显示模块主要显示电梯电梯内外用户的上升或是下降请求，并显示电梯的当前运动状态。

电梯控制器的实体程序如下：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

entity dianti5 is

port ( clk : in std_logic;――时钟信号（频率为1Hz）

full,deng,quick,clr : in std_logic; ――超载、关门中断、提前关门清除报警信号

c_u1,c_u2,c_u3,c_u4: in std_logic;――电梯外人的上升请求信号

c_d2,c_d3,c_d4,c_d5 : in std_logic;――电梯外人的下降请求信号

d1,d2,d3,d4,d5 : in std_logic; ――电梯内人的请求信号

g1,g2,g3,g4,g5 : in std_logic;――到达楼层信号

door : out std_logic_vector(1 downto 0);――电梯门控制信号

led : out std_logic_vector(6 downto 0);――电梯所在楼层显示

led_c_u:out std_logic_vector(4 downto 0); ――电梯外人上升请求信号显示

led_c_d:out std_logic_vector(4 downto 0); ――电梯外人下降请求信号显示

led_d : out std_logic_vector(4 downto 0);――电梯内请求信号显示

wa : out std_logic;――看门狗报警信号

ud,alarm : out std_logic;――电梯运动方向显示，超载警告信号

up,down : out std_logic ); ――电机控制信号和电梯运动

end dianti5;

结构体中首先对电梯中的故障信号和超载信号进行处理。如果压力传感器连续采集到3次关门中断信号，则启动电梯故障信号，除非人为对故障进行清除，否则电梯将保持开门状态并不进行任何操作。如果压力传感器采集到电梯超载，电梯将报警，并保持开门状态不进行任何操作，直到压力传感器采集到电梯不再超载。电梯打开后，如果用户不进行任何操作，电梯3秒后将自动关门，如果用户按提前关门键，电梯将立即响应关门指令。

中央处理模块对电梯内及电梯外用户的上升和下降请求进行处理，处理结果并置后存入信号存储模块。电梯在运行过程中，每到达一层将通过中央处理模块，对信号存储模块的存储指令进行比对，以判断是否需要停止，并通过光敏采集到的信号来判断电梯所到达的楼层，并通过显示模块进行显示。

三、电梯控制器的仿真波形

控制器由MAXPLUS II进行仿真，仿真结果如图2，电梯初始状态在1楼，当4层有外部请求上升信号时，电梯启动，到达4层后停止，待乘客进入电梯后，电梯运行到5楼。5楼进入到电梯超载，电梯报警，电梯保持开门状态不变，压力传感器检测到电梯不再超载后，报警解除，电梯转为下降状态，响应4层外部请求下降信号。

四、总结

本文通过VHDL语言对电梯控制器进行了设计，并进行了仿真，通过本设计可以看到EDA的发展给了工程设计人员更多的选择，使电路从硬件设计转变为软件设计，提高了设计的灵活性，降低了电路的复杂度，并可以随意的进行更改。

参考文献:

[1]杨晖张凤言:大规模可编程逻辑器件和数字系统设计.北京航空航天大学出版社,1998

[2]赵雅兴:FPGA原理、设计与应用.天津大学出版,1999

[3]潘松黄继业:EDA技术实用教程.科学技术出版社,2005

[4]黄仁欣:EDA技术实用教程.清华大学出版社,2006

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。