第 2 期                                      高迎慧等：基于 FPGA 的自动升降电梯控制器设计

 

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2  模块设计 

2.1  外部数据高速采集模块 

对外部信号采集、处理要求电梯控制器对外部

请求信号的实时、准确采集；准确、实时的捕捉楼

层到达信号；有效的防止楼层到达信号、外部请求

信号的误判。控制器采用 FPGA 作为系统控制的核
心，系统时钟频率是 32.0000MHZ，完全可以满足
实时采集数据的要求

[2]

。由于电路中毛刺现象的存

在，信号的纯净度降低，单个的毛刺往往被误作为

系统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证信号的可信度。 

外部请求信号的输入形式为按键输入，到达楼

层信号来自光敏传感器

[2]

，关门中断信号及超载信

号则产生于压力传感器。 

 

 

图 1  电梯控制器系统方框图 

Fig.1 block chart of elevator controller system 

 

2.2  信号存储模块 

电梯控制器的请求输入信号有 18 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），由于系统对内、
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，而且系统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。对应某一楼层的请求信号

的存储、清除电路如图 2

[3]

。 

 

RAM

的
对
应
位

外部某一楼层

的请求信号

内部某一楼层

的请求信号

响应信号

（CLR）

 

图 2   请求信号操作电路图 

Fig.2    operation circuit of request signal 

2.3  基于 FPGA 的中央处理模块 

中央数据处理模块是系统的核心，通过对存储

的数据（含请求、到达楼层等信号）进行比较、判
断以驱动系统状态的流转。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。 

系统的状态流程图如图 3。图中超载状态时电

梯关门动作取消，同时发出报警，直到警报被清除；
故障时电梯不执行关门动作，同时发出警报，直到
警报被清除（看门狗信号有效条件是一层楼连续发
生关门中断情况超过 3 次）。本系统由请求信号启
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

[4]

。 

超载

关门

上升

下降

停止

故障

休眠

等待3秒

开门

清

除

报

警

超

载

清

除

报

警

看门

狗信

号有

效

出

现

请

求

请

求

未

响

应

完

毕

等待时间超

时

开门完成

关

门

中

断

前

方

请

求

未

响

应

前

方

请

求

未

响

应

继续
前进

到

顶

层

转

向

到

底

层

转

向

继续
前进

停

止

动

作

完

成

停止信

号

有效

停止
信号
有效

 

图 3   系统状态流程图 

Fig.3    system state flow chart 

2.4  信号的输出、显示模块 

系统的输出信号有两种：一种是电机的升降控

制信号（两位）和开门/关门控制信号；另一种是面
向用户的提示信号（含楼层显示、方向显示、已接
受请求显示等）。电机的控制信号一般需要两位，
本系统中电机有三种工作状态：正转、反转和停转
状态。两位控制信号作为一个三路开关选通信号，
此三路开关选用模拟电子开关。 

系统的显示输出包括数码管楼层显示、数码管