專(zhuān)利名稱(chēng)：基于fpga的電梯控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，電梯是在高層建筑中不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備，我國(guó)電梯需求量越來(lái)越大，電梯生產(chǎn)已成為我國(guó)一門(mén)極具前景的新興產(chǎn)業(yè)。電梯已經(jīng)成為現(xiàn)代智能化建筑內(nèi)必不可少的代步工具，隨之而來(lái)人們對(duì)電梯的要求也越來(lái)越高。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式:繼電路控制系統(tǒng)(早期安裝的電梯多為繼電器控制系統(tǒng))、微機(jī)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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，以提高電梯運(yùn)行的安全可靠性、節(jié)約能源。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案?；贔PGA的電梯控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括FPGA主控制器、用于使得乘客能夠輸入樓層請(qǐng)求信息和開(kāi)關(guān)門(mén)信息的請(qǐng)求按鍵、用于檢測(cè)各樓層電梯門(mén)外是否有乘客的紅外檢測(cè)器、用于檢測(cè)電梯是否超載的超載檢測(cè)器、用于在電梯超載時(shí)或電梯故障時(shí)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息的超載與故障報(bào)警裝置、用于接收FPGA主控制器的升降控制指令并將控制指令傳送給升降控制電機(jī)的升降控制單元、用于接收FPGA主控制器的開(kāi)關(guān)門(mén)控制指令并將開(kāi)關(guān)門(mén)控制指令傳送給開(kāi)關(guān)門(mén)控制電機(jī)的電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元、用于顯示電梯轎廂所在樓層數(shù)并顯示樓層的顯示單元；所述請(qǐng)求按鍵、紅外檢測(cè)器、超載檢測(cè)器、超載與故障報(bào)警裝置、升降控制單元、電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元和顯示單元均與所述FPGA主控制器相連接。本實(shí)用新型的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)還具有以下技術(shù)特點(diǎn)。所述的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)還包括用于在電梯超載時(shí)提示超載和在電梯到達(dá)樓層時(shí)播報(bào)樓層數(shù)的語(yǔ)音提示單元。所述超載檢測(cè)器包括用于檢測(cè)電梯的稱(chēng)重負(fù)載的壓力傳感器、用于接收壓力傳感器發(fā)送的信號(hào)并放大的信號(hào)放大器和用于接收信號(hào)放大器傳送的放大后的壓力信號(hào)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳送給FPGA主控制器的A/D轉(zhuǎn)換器；所述壓力傳感器、信號(hào)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與FPGA主控制器相連接。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:本實(shí)用新型的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):I)采用FPGA作為控制部分，具有運(yùn)算速度快、編程簡(jiǎn)易而且有些高端的FPGA芯片內(nèi)部集成了很多有用的模塊等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)周期短，靈活；2)每層電梯的門(mén)外設(shè)置紅外檢測(cè)器，當(dāng)乘客按下按鍵后又離開(kāi)，紅外檢測(cè)器將會(huì)通知主控制器乘客已離開(kāi)，電梯停止運(yùn)行，減少了因電梯無(wú)效停留開(kāi)門(mén)而造成的能源浪費(fèi)，提聞了電梯的運(yùn)行效率。本實(shí)用新型的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，具有可提高電梯運(yùn)行的安全可靠性、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)的超載檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖。以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，包括FPGA主控制器、用于使得乘客能夠輸入樓層請(qǐng)求信息和開(kāi)關(guān)門(mén)信息的請(qǐng)求按鍵、用于檢測(cè)各樓層電梯門(mén)外是否有乘客的紅外檢測(cè)器、用于檢測(cè)電梯是否超載的超載檢測(cè)器、用于在電梯超載時(shí)或電梯故障時(shí)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息的超載與故障報(bào)警裝置、用于接收FPGA主控制器的升降控制指令并將控制指令傳送給升降控制電機(jī)的升降控制單元、用于接收FPGA主控制器的開(kāi)關(guān)門(mén)控制指令并將開(kāi)關(guān)門(mén)控制指令傳送給開(kāi)關(guān)門(mén)控制電機(jī)的電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元、用于顯示電梯轎廂所在樓層數(shù)并顯示樓層的顯示單元；所述請(qǐng)求按鍵、紅外檢測(cè)器、超載檢測(cè)器、超載與故障報(bào)警裝置、升降控制單元、電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元和顯示單元均與所述FPGA主控制器相連接。所述的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)還包括用于在電梯超載時(shí)提示超載和在電梯到達(dá)樓層時(shí)播報(bào)樓層數(shù)的語(yǔ)音提示單元。所述超載檢測(cè)器包括用于檢測(cè)電梯的稱(chēng)重負(fù)載的壓力傳感器、用于接收壓力傳感器發(fā)送的信號(hào)并放大的信號(hào)放大器和用于接收信號(hào)放大器傳送的放大后的壓力信號(hào)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳送給FPGA主控制器的A/D轉(zhuǎn)換器；所述壓力傳感器、信號(hào)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與FPGA主控制器相連接。乘客按下請(qǐng)求按鍵后，F(xiàn)PGA主控制器根據(jù)請(qǐng)求按鍵傳送的信號(hào)辨別需要到哪一樓層，并發(fā)送控制信號(hào)給升降控制單元，由升降控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電梯轎廂升降至該樓層，到達(dá)該樓層后，由電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元控制打開(kāi)電梯門(mén)，并在計(jì)時(shí)后關(guān)閉電梯門(mén)。當(dāng)有多個(gè)請(qǐng)求信息時(shí)，由FPGA主控制器對(duì)多個(gè)請(qǐng)求信息依次處理。當(dāng)電梯超載時(shí)，壓力傳感器將壓力信號(hào)傳遞給放大器，放大器放大的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后傳送給FPGA主控制器，F(xiàn)PGA主控制器控制超載與故障報(bào)警裝置進(jìn)行超載警報(bào)，并語(yǔ)音提示超載。乘客按下請(qǐng)求按鍵后如果走開(kāi)，紅外傳感器檢測(cè)到電梯門(mén)外無(wú)人，將自動(dòng)停止動(dòng)作，以節(jié)約能源。顯示單元包括多個(gè)顯示裝置，一般選用數(shù)碼管作為顯示裝置。電梯內(nèi)和各樓層均設(shè)有用于顯示樓層數(shù)的顯示裝置。要檢測(cè)出轎廂內(nèi)物體的重量，判斷電梯是否超載，需要利用對(duì)壓力敏感的元件來(lái)感應(yīng)轎廂中的物重。由于一般的傳感器產(chǎn)生的點(diǎn)信號(hào)很微弱，采集到的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)放大處理，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送到電梯控制器處理。如圖2為本實(shí)用新型的超載檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖。在輸入樓層請(qǐng)求信號(hào)前，需要對(duì)電梯的樓層進(jìn)行檢測(cè)。電梯樓層的檢測(cè)是電梯的整個(gè)系統(tǒng)中尤為重要的一部分，為了準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)及指示轎廂的運(yùn)行狀態(tài)，在電梯豎井模型的每一層安裝一個(gè)光電斷路器，再在轎廂底部的適當(dāng)位置安裝一個(gè)擋板，當(dāng)擋板經(jīng)過(guò)每一層的光電斷路器時(shí)，電路就有電平信號(hào)的變化，將此變化的電平送入電梯控制器處理。請(qǐng)求信號(hào)分析:電梯的請(qǐng)求信號(hào)分為梯內(nèi)請(qǐng)求和梯外請(qǐng)求，電梯的運(yùn)行是根據(jù)梯內(nèi)和梯外的請(qǐng)求信號(hào)、行程信號(hào)進(jìn)行控制的，而梯內(nèi)和梯外的請(qǐng)求是隨機(jī)且不能以有限的規(guī)則去對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明的。因此，很難對(duì)電梯的運(yùn)行情況做出一個(gè)統(tǒng)一的分析。出于這方面的考慮，本設(shè)計(jì)把電梯的請(qǐng)求信號(hào)劃分為上升請(qǐng)求和下降請(qǐng)求。電梯接收到請(qǐng)求信號(hào)后，都必須作預(yù)操作。使電梯進(jìn)入預(yù)上升狀態(tài)的請(qǐng)求信號(hào)就是上升請(qǐng)求信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，就是當(dāng)電梯所在樓層低于發(fā)出請(qǐng)求的樓層所要到達(dá)的目的樓層時(shí)，電梯必須在下一操作中做出上升運(yùn)行，這時(shí)的請(qǐng)求信號(hào)就是上升請(qǐng)求信號(hào)。反之，則是下降請(qǐng)求信號(hào)。電梯控制器的請(qǐng)求輸入信號(hào)有12個(gè)(電梯外有6個(gè)上升請(qǐng)求和6個(gè)下降請(qǐng)求的用戶輸入端口，電梯內(nèi)有6個(gè)請(qǐng)求用戶輸入端口)，由于系統(tǒng)對(duì)內(nèi)、外請(qǐng)求沒(méi)有設(shè)置優(yōu)先級(jí)，各樓層的內(nèi)、外請(qǐng)求信號(hào)被采集后可先進(jìn)行運(yùn)算，再存到存儲(chǔ)器內(nèi)。電梯運(yùn)行過(guò)程中，由于用戶的請(qǐng)求信號(hào)的輸入是離散的，而且系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)也是離散的，因此請(qǐng)求信號(hào)的存儲(chǔ)要求新的請(qǐng)求信號(hào)不能覆蓋原來(lái)的請(qǐng)求信號(hào)，只有響應(yīng)動(dòng)作完成后才能清除存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求信號(hào)位。采用紅外檢測(cè)的方式目的是減少無(wú)效開(kāi)門(mén)次數(shù)。采用紅外傳感器，對(duì)有外部請(qǐng)求信號(hào)的樓層進(jìn)行掃描，檢測(cè)電梯門(mén)前是否有乘客，并將結(jié)果通過(guò)接口電路傳送給通用控制器。如果電梯在到達(dá)目的樓層之前已經(jīng)檢測(cè)到請(qǐng)求者離開(kāi)指定區(qū)域，則取消在該樓層的停止命令，電梯繼續(xù)上下行而不響應(yīng)停止命令，即智能取消此種無(wú)效開(kāi)門(mén)命令。此方法不僅提高了電梯的運(yùn)行效率，同時(shí)減少了因電梯無(wú)效停留開(kāi)門(mén)而造成的能源浪費(fèi)?？刂破鞑捎肍PGA作為系統(tǒng)控制的核心，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是20MHz，完全可以滿足實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的要求。由于電路中毛刺現(xiàn)象的存在，信號(hào)的純凈度降低，單個(gè)的毛刺現(xiàn)象往往被誤作為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號(hào)，嚴(yán)重影響電梯的正常工作。可以采用多次檢測(cè)的方法解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行多次采樣以保住信號(hào)的可信度。電梯控制器模塊是系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(含請(qǐng)求、到達(dá)樓層等信號(hào))進(jìn)行比較、判斷以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)的流轉(zhuǎn)。電梯工作過(guò)程中共有9種狀態(tài):等待、上升、下降、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、停止、休眠、超載報(bào)警以及故障報(bào)警狀態(tài)。一般情況下，電梯工作的起始點(diǎn)是第一層，起始狀態(tài)是等待狀態(tài)，啟動(dòng)條件是收到上升請(qǐng)求。超載狀態(tài)時(shí)電梯關(guān)門(mén)動(dòng)作取消，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，直到警報(bào)被消除；故障時(shí)電梯不執(zhí)行關(guān)門(mén)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，直到警報(bào)被消除(看門(mén)狗信號(hào)有效的條件是一層樓連續(xù)發(fā)生關(guān)門(mén)中斷情況超過(guò)3次)。本系統(tǒng)由請(qǐng)求信號(hào)啟動(dòng)，運(yùn)行中每檢測(cè)到一個(gè)到達(dá)樓層信號(hào)，就將信號(hào)存儲(chǔ)器的請(qǐng)求信號(hào)和樓層狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行比較，再參考原方向信號(hào)來(lái)決定是否停止，轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。該控制器可控制電梯完成6層樓的載客服務(wù)而且遵循方向優(yōu)先原則，并能響應(yīng)提前關(guān)門(mén)、延時(shí)關(guān)門(mén)，并具有超載報(bào)警和故障報(bào)警；同時(shí)指示電梯運(yùn)行情況和電梯內(nèi)外請(qǐng)求信息。本實(shí)用新型的電梯控制系統(tǒng)，采用FPGA作為主控制器，F(xiàn)PGA具有運(yùn)算速度快、編程簡(jiǎn)易而且有些高端的FPGA芯片內(nèi)部集成了很多有用的模塊等優(yōu)點(diǎn)，使得電梯具有關(guān)門(mén)延時(shí)功能、超載報(bào)警功能、故障報(bào)警功能等多種功能，使電梯運(yùn)行更加安全更加可靠。
權(quán)利要求1.基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，其特征是，包括FPGA主控制器、用于使得乘客能夠輸入樓層請(qǐng)求信息和開(kāi)關(guān)門(mén)信息的請(qǐng)求按鍵、用于檢測(cè)各樓層電梯門(mén)外是否有乘客的紅外檢測(cè)器、用于檢測(cè)電梯是否超載的超載檢測(cè)器、用于在電梯超載時(shí)或電梯故障時(shí)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息的超載與故障報(bào)警裝置、用于接收FPGA主控制器的升降控制指令并將控制指令傳送給升降控制電機(jī)的升降控制單元、用于接收FPGA主控制器的開(kāi)關(guān)門(mén)控制指令并將開(kāi)關(guān)門(mén)控制指令傳送給開(kāi)關(guān)門(mén)控制電機(jī)的電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元、用于顯示電梯轎廂所在樓層數(shù)并顯示樓層的顯示單元；所述請(qǐng)求按鍵、紅外檢測(cè)器、超載檢測(cè)器、超載與故障報(bào)警裝置、升降控制單元、電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元和顯示單元均與所述FPGA主控制器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，其特征是，還包括用于在電梯超載時(shí)提示超載和在電梯到達(dá)樓層時(shí)播報(bào)樓層數(shù)的語(yǔ)音提示單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，其特征是，所述超載檢測(cè)器包括用于檢測(cè)電梯的稱(chēng)重負(fù)載的壓力傳感器、用于接收壓力傳感器發(fā)送的信號(hào)并放大的信號(hào)放大器和用于接收信號(hào)放大器傳送的放大后的壓力信號(hào)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳送給FPGA主控制器的A/D轉(zhuǎn)換器；所述壓力傳感器、信號(hào)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與FP GA主控制器相連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，包括FPGA主控制器、請(qǐng)求按鍵、用于檢測(cè)各樓層電梯門(mén)外是否有乘客的紅外檢測(cè)器、用于檢測(cè)電梯是否超載的超載檢測(cè)器、用于在電梯超載時(shí)或電梯故障時(shí)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息的超載與故障報(bào)警裝置、升降控制單元、電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元、用于顯示電梯轎廂所在樓層數(shù)并顯示樓層的顯示單元；所述請(qǐng)求按鍵、紅外檢測(cè)器、超載檢測(cè)器、超載與故障報(bào)警裝置、升降控制單元、電梯門(mén)開(kāi)關(guān)控制單元和顯示單元均與所述FPGA主控制器相連接。本實(shí)用新型的基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)，具有可提高電梯運(yùn)行的安全可靠性、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B66B1/14GK203079443SQ201320107539
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者丁健, 汪俊, 張錦 申請(qǐng)人:滁州學(xué)院