CN203079443U - 基于fpga的电梯控制*** - Google Patents

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丁健
汪俊
张锦
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Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA的电梯控制***，包括FPGA主控制器、请求按键、用于检测各楼层电梯门外是否有乘客的红外检测器、用于检测电梯是否超载的超载检测器、用于在电梯超载时或电梯故障时发出语音报警信息的超载与故障报警装置、升降控制单元、电梯门开关控制单元、用于显示电梯轿厢所在楼层数并显示楼层的显示单元；所述请求按键、红外检测器、超载检测器、超载与故障报警装置、升降控制单元、电梯门开关控制单元和显示单元均与所述FPGA主控制器相连接。本实用新型的基于FPGA的电梯控制***，具有可提高电梯运行的安全可靠性、节约能源等优点。

Description

基于FPGA的电梯控制***
技术领域
本实用新型涉及一种基于FPGA的电梯控制***。
背景技术
随着经济建设的持续高速发展，电梯是在高层建筑中不可缺少的垂直运输设备，我国电梯需求量越来越大，电梯生产已成为我国一门极具前景的新兴产业。电梯已经成为现代智能化建筑内必不可少的代步工具，随之而来人们对电梯的要求也越来越高。目前电梯控制***主要有三种控制方式：继电路控制***(早期安装的电梯多为继电器控制***)、微机控制***。继电器控制***由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制***虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，***设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
实用新型内容
本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种基于FPGA的电梯控制***，以提高电梯运行的安全可靠性、节约能源。
本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。
基于FPGA的电梯控制***，其结构特点是，包括FPGA主控制器、用于使得乘客能够输入楼层请求信息和开关门信息的请求按键、用于检测各楼层电梯门外是否有乘客的红外检测器、用于检测电梯是否超载的超载检测器、用于在电梯超载时或电梯故障时发出语音报警信息的超载与故障报警装置、用于接收FPGA主控制器的升降控制指令并将控制指令传送给升降控制电机的升降控制单元、用于接收FPGA主控制器的开关门控制指令并将开关门控制指令传送给开关门控制电机的电梯门开关控制单元、用于显示电梯轿厢所在楼层数并显示楼层的显示单元；所述请求按键、红外检测器、超载检测器、超载与故障报警装置、升降控制单元、电梯门开关控制单元和显示单元均与所述FPGA主控制器相连接。
本实用新型的基于FPGA的电梯控制***还具有以下技术特点。
所述的基于FPGA的电梯控制***还包括用于在电梯超载时提示超载和在电梯到达楼层时播报楼层数的语音提示单元。
所述超载检测器包括用于检测电梯的称重负载的压力传感器、用于接收压力传感器发送的信号并放大的信号放大器和用于接收信号放大器传送的放大后的压力信号并转化为数字信号后传送给FPGA主控制器的A/D转换器；所述压力传感器、信号放大器和A/D转换器依次相连接，所述A/D转换器与FPGA主控制器相连接。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
本实用新型的基于FPGA的电梯控制***，具有以下几个方面的优点：
1）采用FPGA作为控制部分，具有运算速度快、编程简易而且有些高端的FPGA芯片内部集成了很多有用的模块等优点，设计周期短，灵活；
2）每层电梯的门外设置红外检测器，当乘客按下按键后又离开，红外检测器将会通知主控制器乘客已离开，电梯停止运行，减少了因电梯无效停留开门而造成的能源浪费，提高了电梯的运行效率。
本实用新型的基于FPGA的电梯控制***，具有可提高电梯运行的安全可靠性、节约能源等优点。
附图说明
图1为本实用新型的基于FPGA的电梯控制***的结构框图。
图2为本实用新型的基于FPGA的电梯控制***的超载检测器的结构框图。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，基于FPGA的电梯控制***，包括FPGA主控制器、用于使得乘客能够输入楼层请求信息和开关门信息的请求按键、用于检测各楼层电梯门外是否有乘客的红外检测器、用于检测电梯是否超载的超载检测器、用于在电梯超载时或电梯故障时发出语音报警信息的超载与故障报警装置、用于接收FPGA主控制器的升降控制指令并将控制指令传送给升降控制电机的升降控制单元、用于接收FPGA主控制器的开关门控制指令并将开关门控制指令传送给开关门控制电机的电梯门开关控制单元、用于显示电梯轿厢所在楼层数并显示楼层的显示单元；所述请求按键、红外检测器、超载检测器、超载与故障报警装置、升降控制单元、电梯门开关控制单元和显示单元均与所述FPGA主控制器相连接。
所述的基于FPGA的电梯控制***还包括用于在电梯超载时提示超载和在电梯到达楼层时播报楼层数的语音提示单元。
所述超载检测器包括用于检测电梯的称重负载的压力传感器、用于接收压力传感器发送的信号并放大的信号放大器和用于接收信号放大器传送的放大后的压力信号并转化为数字信号后传送给FPGA主控制器的A/D转换器；所述压力传感器、信号放大器和A/D转换器依次相连接，所述A/D转换器与FPGA主控制器相连接。
乘客按下请求按键后，FPGA主控制器根据请求按键传送的信号辨别需要到哪一楼层，并发送控制信号给升降控制单元，由升降控制单元驱动电机将电梯轿厢升降至该楼层，到达该楼层后，由电梯门开关控制单元控制打开电梯门，并在计时后关闭电梯门。当有多个请求信息时，由FPGA主控制器对多个请求信息依次处理。当电梯超载时，压力传感器将压力信号传递给放大器，放大器放大的信号经过A/D转换器后传送给FPGA主控制器，FPGA主控制器控制超载与故障报警装置进行超载警报，并语音提示超载。乘客按下请求按键后如果走开，红外传感器检测到电梯门外无人，将自动停止动作，以节约能源。显示单元包括多个显示装置，一般选用数码管作为显示装置。电梯内和各楼层均设有用于显示楼层数的显示装置。
要检测出轿厢内物体的重量,判断电梯是否超载，需要利用对压力敏感的元件来感应轿厢中的物重。由于一般的传感器产生的点信号很微弱，采集到的信号必须经过放大处理，再转换为数字信号送到电梯控制器处理。如图2为本实用新型的超载检测器的结构框图。
在输入楼层请求信号前，需要对电梯的楼层进行检测。电梯楼层的检测是电梯的整个***中尤为重要的一部分, 为了准确可靠的检测及指示轿厢的运行状态,在电梯竖井模型的每一层安装一个光电断路器,再在轿厢底部的适当位置安装一个挡板, 当挡板经过每一层的光电断路器时, 电路就有电平信号的变化,将此变化的电平送入电梯控制器处理。
请求信号分析：电梯的请求信号分为梯内请求和梯外请求，电梯的运行是根据梯内和梯外的请求信号、行程信号进行控制的，而梯内和梯外的请求是随机且不能以有限的规则去对其进行说明的。因此，很难对电梯的运行情况做出一个统一的分析。出于这方面的考虑，本设计把电梯的请求信号划分为上升请求和下降请求。电梯接收到请求信号后，都必须作预操作。使电梯进入预上升状态的请求信号就是上升请求信号。具体来说，就是当电梯所在楼层低于发出请求的楼层所要到达的目的楼层时，电梯必须在下一操作中做出上升运行，这时的请求信号就是上升请求信号。反之，则是下降请求信号。
电梯控制器的请求输入信号有12个（电梯外有6个上升请求和6个下降请求的用户输入端口，电梯内有6个请求用户输入端口），由于***对内、外请求没有设置优先级，各楼层的内、外请求信号被采集后可先进行运算，再存到存储器内。
电梯运行过程中，由于用户的请求信号的输入是离散的，而且***对请求的响应也是离散的，因此请求信号的存储要求新的请求信号不能覆盖原来的请求信号，只有响应动作完成后才能清除存储器内对应的请求信号位。
采用红外检测的方式目的是减少无效开门次数。采用红外传感器，对有外部请求信号的楼层进行扫描，检测电梯门前是否有乘客，并将结果通过接口电路传送给通用控制器。如果电梯在到达目的楼层之前已经检测到请求者离开指定区域，则取消在该楼层的停止命令，电梯继续上下行而不响应停止命令，即智能取消此种无效开门命令。此方法不仅提高了电梯的运行效率，同时减少了因电梯无效停留开门而造成的能源浪费。
控制器采用FPGA作为***控制的核心，***时钟频率是20MHz,完全可以满足实时采集数据的要求。由于电路中毛刺现象的存在，信号的纯净度降低，单个的毛刺现象往往被误作为***状态转换的触发信号，严重影响电梯的正常工作。可以采用多次检测的方法解决这个问题，对一个信号进行多次采样以保住信号的可信度。电梯控制器模块是***的核心，通过对存储的数据（含请求、到达楼层等信号）进行比较、判断以驱动***状态的流转。电梯工作过程中共有9种状态：等待、上升、下降、开门、关门、停止、休眠、超载报警以及故障报警状态。一般情况下，电梯工作的起始点是第一层，起始状态是等待状态，启动条件是收到上升请求。超载状态时电梯关门动作取消，同时发出报警，直到警报被消除；故障时电梯不执行关门动作，同时发出报警，直到警报被消除（看门狗信号有效的条件是一层楼连续发生关门中断情况超过3次）。本***由请求信号启动，运行中每检测到一个到达楼层信号，就将信号存储器的请求信号和楼层状态信号进行比较，再参考原方向信号来决定是否停止，转向等动作。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、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请求信息。
本实用新型的电梯控制***，采用FPGA作为主控制器，FPGA具有运算速度快、编程简易而且有些高端的FPGA芯片内部集成了很多有用的模块等优点，使得电梯具有关门延时功能、超载报警功能、故障报警功能等多种功能，使电梯运行更加安全更加可靠。

Claims (3)

1.基于FPGA的电梯控制***，其特征是，包括FPGA主控制器、用于使得乘客能够输入楼层请求信息和开关门信息的请求按键、用于检测各楼层电梯门外是否有乘客的红外检测器、用于检测电梯是否超载的超载检测器、用于在电梯超载时或电梯故障时发出语音报警信息的超载与故障报警装置、用于接收FPGA主控制器的升降控制指令并将控制指令传送给升降控制电机的升降控制单元、用于接收FPGA主控制器的开关门控制指令并将开关门控制指令传送给开关门控制电机的电梯门开关控制单元、用于显示电梯轿厢所在楼层数并显示楼层的显示单元；所述请求按键、红外检测器、超载检测器、超载与故障报警装置、升降控制单元、电梯门开关控制单元和显示单元均与所述FPGA主控制器相连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电梯控制***，其特征是，还包括用于在电梯超载时提示超载和在电梯到达楼层时播报楼层数的语音提示单元。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的电梯控制***，其特征是，所述超载检测器包括用于检测电梯的称重负载的压力传感器、用于接收压力传感器发送的信号并放大的信号放大器和用于接收信号放大器传送的放大后的压力信号并转化为数字信号后传送给FPGA主控制器的A/D转换器；所述压力传感器、信号放大器和A/D转换器依次相连接，所述A/D转换器与FPGA主控制器相连接。
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