基于FPGA的新型智能电梯控制系统优化设计研究

华懿玮 聂贞

摘要：本文在现有基于FPGA的某六层智能电梯控制系统的基础上进行优化设计，在控制系统上加装一组检测机构，可减少电梯不必要的上下行和开门过程，并重新设计系统软硬件，改善电梯运行状况，最后进行模拟仿真并与现有系统进行比较，可以得出：新型智能电梯控制系统可大大减少电梯空载运行，提高电梯运行效率，节约能源。

关键词：FPGA 节能 优化

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0019-01

1 引言

随着城市规模的不断扩大，高层建筑越来越多，电梯的应用变得越来越普遍，与此同时人们对电梯稳定性和安全性等性能要求也不断增加。近年来随着EDA技术的快速发展，传统电梯控制中集成电路复杂，功能扩展不灵活，抗扰性差等缺点得到很大改善。本文主要在现有FPGA智能电梯控制系统的基础上加入检测装置进一步进行优化设计，旨在提高电梯运行的安全可靠性、节约能源[1]。

2 现有电梯控制系统介绍

本设计是基于FPGA的某六层智能电梯控制系统[2]。系统核心采用Altera公司CycloneII系列芯片，EDA软件环境为QuartusII。该系统具有的基本功能有：（1）响应电梯内外所有按键请求，并将指令自动存储到寄存器；（2）运行过程按照运行方向优先原则，上行过程中，优先响应同方向轿厢所处楼层之上较小楼层指令；下行过程中，优先响应同方向轿厢所处楼层之下较大楼层指令；同时存在上下行信号时，应优先响应同方向信号；（3）同方向指令相应完自行相应另一方向指令；（4）指令完成时，电梯停在当前楼层，处于等待状态，在设定时间内自行关闭照明系统；（5）具有超载报警和障碍报警功能，此时电梯门处于打开状态，直至故障解除。

3 电梯控制系统改进

电梯控制系统是一个非常复杂的系统，涉及很多参数，而且这些参数具有不确定性和随机性。目前有很多关于模糊控制和PID控制的仿真研究[3]，针对电梯控制的不确定和随机性。而在现实生活中，有些乘客按下电梯按钮后，由于种种原因离开了，或者有人下电梯后乱按面板按钮，使电梯继续上下行开门等现象经常存在，造成能源浪费，降低电梯运行效率，这是可以控制和改善的[4]。

3.1 硬件系统改进

采用在电梯内部和门外增加检测装置的方法，对原有控制系统进行改进。当按下电梯内外控制面板时，会有信号传递给FPGA主控制器，主控制器发出一个控制信号给电梯外该控制面板所在楼层检测装置，来检测电梯门附近检测区域是否有人。如果有，则电梯执行停止信号，开门接人；如果没有则反馈给主控制器一个信号，电梯不执行该停止命令。而电梯内检测装置任务是当电梯内部没人时，不执行由电梯内控制面板发出的指令并将剩余电梯内控制面板指令全部取消。由此达到提高电梯利用率，节约能源的目的。

3.2 软件系统改进

使用“自顶而下”分功能模块的编程设计思路，采用硬件描述型verilog HDL编程语言进行设计。特点是使用比较简单，可以用简洁的语句来描述复杂的逻辑设计。软件设计中加入了当电梯内外控制面板信号传递给FPGA主控制器后，控制器会通过检测装置反馈回来的信号进行判断，来决定是否停开门，系统流程图如图1所示。

4 仿真

使用Quartus II开发软件进行仿真[5]。先进行各个单元电路的软件仿真和硬件调试，再进行相互之间的系统联调，最后进行硬件编程固化和系统组装。结果显示：当同时给主控制器一个电梯外控制面板按钮信号和检测无人信号时，电梯在该楼层不会执行停止指令。给一个电梯内面板按钮信号和检测无人信号时，电梯同样不会执行运行指令，而是停止指令。

5 结论分析

系统采用FPGA作为主控制器，具有运算速度快、编程简单、可靠性高的特点，同时在成本方面有巨大优势。本文主要研究在现有FPGA智能电梯控制系统的基础上，对其软硬件进行改进，在电梯内外配备检测装置，可有效提高电梯的运行效率，减少了能耗，相应国家号召，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]刘剑丽.基于FPGA的智能电梯控制系统设计[D].成都理工大学，2014.

[2]张志霞，陈宇轩，刘艳昌.基于FPGA的电梯控制系统设计与实现[J].河南科技学院学报，2014，42（3）：65～71.

[3]杨玉洁.基于PLC的模糊PID电梯控制系统研究[D].天津大学，2013.

[4]王新华，邱东勇.国内外电梯节能技术研究[J].节能技术，2013，31（2）：116～119.

[5]杨越.FPGA应用开发实战技巧精粹[M].北京：人民邮电出版社，2009.