基于FPGA的電梯控制系統設計

摘要：介紹了基于FPGA的四層電梯控制系統的設計。該系統采用Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA芯片EP2C5T144作為主控制芯片，采用Verilog-HDL編程描述，實現對電梯的智能控制，經仿真驗證，完成所要求功能。該設計采用模塊化編程，升級可實現任意多層電梯系統，具有很強的適應性和實用性。
關鍵詞：電梯控制；FPGA；Verilog；控制模塊

0 引言
隨著社會的發展，電梯的使用越來越普遍，對電梯功能的要求也不斷提高，其相應控制方式也在不斷發生變化。電梯的微機化控制主要有：PLC控制、單板機控制、單片機控制、單微機控制、多微機控制和人工智能控制等。隨著專用集成電路ASIC設計技術和EDA技術的發展，可編程邏輯器件的廣泛使用，為數字系統設計帶來了革命性的變化，改變了傳統的電路設計中使用的芯片多、電路復雜、出現問題不易查找、不易進行功能擴展的缺點。本設計使用FPGA器件作為主控制芯片，采用Verilog-HDL語言設計一個四樓層單個載客箱的電梯控制系統，設計采用模塊化設計，便于修改和升級，可稍加改進，實現多層電梯控制。

1 電梯控制系統總體設計
1．1 設計任務及要求
設計一個四層電梯控制系統，要求如下：
(1)各層電梯內部信號：各樓層請求按鍵、開關門請求按鍵，所在樓層顯示，電梯運行狀態顯示。外部信號：上升下降請求按鍵，所在樓層顯示，電梯運行狀態顯示。
(2)能夠存儲請求信號，電梯上升(下降)過程中，根據電梯的運行狀態，首先按方向優先、循環次序響應各請求。
(3)到達請求樓層后，該層的指示燈亮，電梯門自動打開，開門指示燈亮。延時等待時間后，電梯門自動關閉(開門指示燈滅)，電梯繼續運行。電梯空閑時，停在0層。
(4)具有超載報警功能。
1．2 電梯控制系統硬件結構
電梯控制系統硬件結構如圖1所示。

如圖1所示，該系統主要由FPGA控制器、各輸入信號模塊、輸出驅動模塊組成。FPGA控制模塊的輸入信號有：電梯內外請求信號、樓層到達信號、重啟超載報警等信號；其輸出信號分別驅動顯示電路、電梯開關門電路、電機驅動電路、以及其他如報警電路等。FPGA控制模塊是本設計的核心。

2 FPGA控制器的設計與實現
本設計的開發軟件使用Altera公司的QuartusⅡ集成開發環境，采用自上而下的設計方法，模塊設計與Verilog-HDL描述相結合的輸入方式，便于程序的維護與升級。FPGA控制器整體設計如圖2所示。