本设计是以ALTERA公司的EPM240T100C5为主控芯片，配合外围键盘请求电路、显示电路、传感器电路、电机驱动电路完成6层楼的电梯载客服务系统。给出了系统的结构框图，主要的硬件电路设计和系统软件设计。
电梯是我们日常生活中经常用到的一个运载工具，从商业大厦、办公楼到宾馆、居民楼等多种建筑都有它的身影，而且电梯的功能也越来越多和齐全、电梯的控制方式也在不断变化，比如各种型号的单片机为主控系统等。本文讨论了基于CPLD的电梯控制模型的设计，CPLD不仅具有可以满足电子系统小型化、低功耗、高可靠性、开发过程投资小、周期短等优点，而且可以通过软件编程对硬件的结构和工作方式进行重构，大大减少外围器件的使用，使得硬件设计如同软件设计一样方便快捷。
1．系统总体设计
系统设计了一个6层自动升降的电梯模型，遵循方向优先的原则控制电梯完成6层楼的载客服务，同时指示电梯运行情况和电梯内外请求信息。具体要求如下：每层电梯入口处设有上下请求开关，电梯内设有乘客到达楼层的请求开关；设有电梯所处楼层指示和电梯运行模式（上升或下降）指示：电梯到达停站请求后，开门时间为4s，关门时间为3s，可以通过快速开门按键和关门按键控制开关f]：能记忆电梯内外的所有请求信号，并按照电梯运行规则次序相应，响应动作完成后清除请求信号：能检测到是否超载和紧急呼救响应。
电梯控制电路通过乘客在电梯内外的请求信号控制上升或下降，而楼层信号由电梯架上的红外传感器触发，产生到达楼层信号，从而确定电梯处于哪个楼层。乘客在电梯中选择所要到达的楼层，通过CPLD芯片处理，电梯开始运行，状态显示器显示电梯的运行状态，电梯所在的楼层通过LED数码管显示。整个控制系统的结构框图如下图所示。
2．主要电路模块的设计
整个电梯模型的设计主要采用AL-TERA公司的EPM240T100C5这款CPLD为主控芯片，配合外围键盘请求电路、显示电路、传感器电路、电机驱动电路等组成整个系统，系统硬件结构电路框图如下图所示。
电源电路电梯控制模型采用2种供电系统，即+5V和+3.3V。其中+5V主要给外围步进电机驱动电路供电，由稳压模块LM7805稳压得到。+3.3V为主控芯片的工作电压，由稳压模块LM1117稳压得到。整个系统的电路图如下图所示。
输入电路输入电路主要包括键盘请求电路，JTAG接口电路和传感器电路。
(1)键盘请求电路分为电梯外请求和内请求，外请求为电梯外上下楼层请求按键电路，组成简单：内请求包括楼层请求（1—6层），快速关门请求(CLOSE)，报警请求(ALARM)等，采用3×3矩阵键盘实现，如下图所示。
(2)传感器电路主要负责电梯楼层的判断。电梯共设有6对红外线传感器，在电梯上下的过程中，根据电梯到达某楼层得到的反射信号的强弱（在电梯模型边缘贴上黑白线，以便能够得到电梯精确的位置），会产生不同强弱的红外反射信号，通过电压比较器LM324放大，输入到EPM240T的1/0口，得到楼层信号。电路图如下图所示。
输出电路输出电路主要包括楼层显示电路和电机驱动电路。
(1)显示电路。该电路利用共阴极数码管实时显示电梯到达的楼层数，直接由EPM240T的7个I/O口驱动显示，电路图如下图所示。
(2)电机驱动电路。电梯的升降是运行的关键，一般有直流电机和步进电机两种类型。本模型采用步进电机来带动电梯升降。步进电机具有容易控制，转动步伐精确等特点，非常适合于电梯控制系统。当改变步进电机绕组的磁场时，就可以控制其正转或反转。本模型采用的是四相五线步进电机，其中一根为电源线，其它三个触头为ABCD四相，采用四相四拍运行方式，即AB-BC-CD-DA-AB这种导通状态。由于步进电机的驱动电流较大，一般采用达林顿管来驱动。本文采用ULN2003达林顿管来驱动，它是高耐压、大电流达林顿陈列，由7个硅NPN达林顿管组成，灌电流可达500mA，并且能够在关闭状态时承受50V的电压。整个电机驱动电路图如下图所示。
3．软件设计
本系统是在OUARTusll9．O开发环境下，采用文本编辑法，利用VHDL语言描述电梯控制器。整个电梯控制器的电路符号如下图所示。
其中，CLK为系统时钟信号输入端(1Hz)，FULL为超载信号输入端，STOP为关门中断信号输入端，CLOSE为快速关门信号输入端，UP1—UP5为电梯外的上升请求信号输入端，DOWN2—‘DOWN6为电梯外的下降请求信号输入端，K1~K6为电梯内请求信号输入端，G1~G6为到达楼层信号输入端，DOOR[1.0]为电梯门控制信号输入端，LED[6．．0]为楼层显示信号输入端，UP为电梯上升控制信号输入端，DOWN为电梯下降控制信号输出端，UD为电梯状态显示信号输出端，ALARM为超载报警信号输入端。
4．软硬件仿真
由于电梯运行的状态很多，这里只给出一种电梯运动状态的仿真结果：电梯处于1楼，当3楼有上升请求和6楼有下降请求时的仿真结果如下图所示。观察波形可知电梯在1楼等待，当超载信号FULL为1时超载电梯不关门(door=10)，同时报警信号ALARM为1，并等待乘客减少使超载信号解除：当电梯不超载时，电梯关门并上升，经过2楼不停，直到3楼开门载客(door=00)．当人进入电梯后按6楼请求信号；最后电梯上升经过4楼和5楼不停，直到6楼开门，载客后进入预备下降状态。
仿真完成后，通过设置EPM240T100C5的引脚，然后再编译完成配置，最后通过JTAG下载线将ele-vator．pof文件下载到实验板进行硬件实验，实验结果与仿真结果相同，运行良好。
5．总结
本电梯系统的设计经过硬件电路设计，软件编程，模型打磨等工作，最后形成一个完整电梯控制模型，在实验室测试运行效果良好，实现了设计要求。当然，整个系统还存在一点问题，就是楼层传感器容易受到外界光线的影响而反应迟钝，需要在这方面进一步改进。
本文关键字：模型设计 实用软件，电子知识资料 - 实用软件
