基于FPGA的电梯控制系统设计

　　0 引言

　　随着社会的发展，电梯的使用越来越普遍，对电梯功能的要求也不断提高，其相应控制方式也在不断发生变化。电梯的微机化控制主要有：PLC控制、单板机控制、单片机控制、单微机控制、多微机控制和人工智能控制等。随着专用集成电路ASIC设计技术和EDA技术的发展，可编程逻辑器件的广泛使用，为数字系统设计带来了革命性的变化，改变了传统的电路设计中使用的芯片多、电路复杂、出现问题不易查找、不易进行功能扩展的缺点。本设计使用FPGA器件作为主控制芯片，采用Verilog-HDL语言设计一个四楼层单个载客箱的电梯控制系统，设计采用模块化设计，便于修改和升级，可稍加改进，实现多层电梯控制。

　　1 电梯控制系统总体设计

　　1.1 设计任务及要求

　　设计一个四层电梯控制系统，要求如下：

　　(1)各层电梯内部信号：各楼层请求按键、开关门请求按键，所在楼层显示，电梯运行状态显示。外部信号：上升下降请求按键，所在楼层显示，电梯运行状态显示。

　　(2)能够存储请求信号，电梯上升(下降)过程中，根据电梯的运行状态，首先按方向优先、循环次序响应各请求。

　　(3)到达请求楼层后，该层的指示灯亮，电梯门自动打开，开门指示灯亮。延时等待时间后，电梯门自动关闭(开门指示灯灭)，电梯继续运行。电梯空闲时，停在0层。

　　(4)具有超载报警功能。

　　1.2 电梯控制系统硬件结构

　　电梯控制系统硬件结构如图1所示。

　　如图1所示，该系统主要由FPGA控制器、各输入信号模块、输出驱动模块组成。FPGA控制模块的输入信号有：电梯内外请求信号、楼层到达信号、重启超载报警等信号;其输出信号分别驱动显示电路、电梯开关门电路、电机驱动电路、以及其他如报警电路等。FPGA控制模块是本设计的核心。

　　2 FPGA控制器的设计与实现

　　本设计的开发软件使用Altera公司的QuartusⅡ集成开发环境，采用自上而下的设计方法，模块设计与Verilog-HDL描述相结合的输入方式，便于程序的维护与升级。FPGA控制器整体设计如图2所示。

　　如图2所示，FPGA控制编程主要由六个模块组成：按键请求模块、状态控制模块、电机驱动模块、显示及报警模块、开关门控模块、分频模块。各模块的信号及功能如下：

　　模块1：按键请求模块

　　该模块的接口信号如表1所示，模块功能如下：

　　(1)利用锁存器对输入的请求信号进行存储，当请求满足后清0。为了数据表示方便，本设计的后缀0～3分别表示1～4层。