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基于EDA 技術(shù)(FPGA)的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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樓主
發(fā)表于 2010-3-18 13:35:50 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
關(guān)鍵詞: EDA , FPGA , 技術(shù) , 控制系統(tǒng) , 自動
引 言
  門和人類文明是孿生的,它伴隨著人類文明的發(fā)展而躍動。21 世紀(jì)的今天,門更加突出了安全理念,強(qiáng)調(diào)了有效性:有效地防范、通行、疏散,同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念,強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。
  門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150 年前,在不斷發(fā)展和完善的過程中,涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式--自動門起源在歐美,迅速發(fā)展至今天,已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動門家族。
  中國早在十多年前就開始引用歐洲自動門,并把它應(yīng)用在酒店、機(jī)場、購物中心、銀行、寫字樓等大中型公共場所,為這些建筑增添了亮麗、時(shí)尚的姿彩。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸,是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認(rèn)識應(yīng)該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門,從最基本的意義上講,要同時(shí)滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。
  因此,設(shè)計(jì)一個(gè)**作方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、成本低的自動門的控制系統(tǒng)具有一定的市場。
  本文設(shè)計(jì)的自動門控制系統(tǒng)為了達(dá)到上述目的,采用了如下設(shè)計(jì)方案:采用按鈕、無線遙控、紅外感應(yīng)三種驅(qū)動方式,既可自動控制又可人工控制,**作簡單并且適用范圍廣;采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,可軟件診錯(cuò);采用自動復(fù)位以及電機(jī)專用控制芯片來保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。由于設(shè)計(jì)采用了EDA 技術(shù)的VHDL 設(shè)計(jì)而非傳統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì),是一種自上向下的設(shè)計(jì)方法,使得系統(tǒng)的開發(fā)周期短、成本降低。下文將詳細(xì)介紹系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)。
  1 系統(tǒng)分析
  本系統(tǒng)通過按鈕、無線遙控、紅外感應(yīng)三種驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)自動門的開、關(guān)、停,且按鈕優(yōu)先級別最高。紅外感應(yīng)開關(guān)在有人來時(shí)自動門開。還可以通過人工控制方式使用按鍵與遙控器來控制自動門的開、關(guān)、停。無線遙控器可根據(jù)實(shí)際情況在市場考查選用。自動門主控制器電路用一片FPGA 芯片,根據(jù)驅(qū)動信號以及位置和遇阻外部信號來完成對門運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制;自動門的電機(jī)控制電路則根據(jù)主控制器發(fā)出的正反轉(zhuǎn)以及?刂菩盘杹砜刂齐姍C(jī)的開、關(guān)、停以及實(shí)現(xiàn)自動門正反運(yùn)行的分別調(diào)速。
  2 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)
  為了保證電機(jī)的控制簡便可靠,設(shè)計(jì)中使用了電機(jī)專用控制芯片MC33033 如圖1。該芯片可對直流電機(jī)速度進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)控制,亦可分別對電機(jī)正反轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)速。MC33033 是第二代無刷直流電機(jī)控制器的典型芯片,該芯片內(nèi)含轉(zhuǎn)子位置譯**器,并可為傳感器工作提供帶有溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖蓟鶞?zhǔn)電壓。MC33033 的另一個(gè)特點(diǎn)是內(nèi)含三個(gè)集電極開路的頂部驅(qū)動器和為MOSFET 驅(qū)動電源而設(shè)計(jì)的三個(gè)高電流推拉式底部驅(qū)動器,并具有電機(jī)過流檢測和保護(hù)功能。



下載 (130.21 KB) 2010-3-10 16:28

  MC33033 應(yīng)用到自動門的電機(jī)控制時(shí),將邏輯運(yùn)算電路得出的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)作為三個(gè)輸入信號(優(yōu)先級高低順序是停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn),正常情況下三個(gè)信號中有且僅有一個(gè)有效)。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號經(jīng)過邏輯門接入MC33033 的3 端,如果該端為高電平時(shí),MC33033 將使AT 輸出高電平,同時(shí)CB 端輸出PWM 調(diào)制波形,相應(yīng)控制開關(guān)動作,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)并進(jìn)行速度調(diào)整;反之,MC33033 將使AB 輸出高電平,同時(shí)CT 端輸出PWM 調(diào)制波形,相應(yīng)控制開關(guān)動作,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)并進(jìn)行速度調(diào)整。低電平時(shí),停止信號接入到MC33033 的19 端(使能端),如果它為高電平時(shí),芯片將停止正常工作,此時(shí)就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停轉(zhuǎn)。這就是電機(jī)部分如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止以及正反轉(zhuǎn)分別調(diào)速的原理。
  3 基于FPGA 的自動門主控制電路
  用 VHDL 進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是從上而下的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)者不用考慮實(shí)際工藝,可以全心在思路設(shè)計(jì)上,這樣更有利于系統(tǒng)的簡單和實(shí)際應(yīng)用。
  3.1 設(shè)計(jì)思路
  首先畫出自動門控制器的狀態(tài)圖。分析自動門的運(yùn)行過程可知:門開始處于閉合狀態(tài),有開信號則開門,開關(guān)門過程中如遇到阻力則暫停一段時(shí)間,然后自動繼續(xù)原來的開關(guān)門動作。門在運(yùn)行過程中遇到停信號以及起始位置(門關(guān)時(shí))則停,遇到底(門全開時(shí))位置信號則暫停一段時(shí)間,然后自動執(zhí)行關(guān)門動作。假設(shè)x1、x2、x3 分別表示開、關(guān)、停控制信號;x4 表示門在運(yùn)行過程中遇到障礙時(shí)傳感器發(fā)出的信號;x5 表示門完全閉合;x6 表示門完全打開。COUT 為控制器內(nèi)部的定計(jì)時(shí)控制信號(這里假定三個(gè)暫停狀態(tài)的暫停時(shí)間一樣)。
s0 表示電動門處于零位置時(shí)的狀態(tài),此時(shí)電動門處于關(guān)閉的位置;s1 表示電動門開的狀態(tài)、電機(jī)正轉(zhuǎn)的情況;s2 表示電動門關(guān)的狀態(tài)、電機(jī)反轉(zhuǎn)的情況;s3 表示電動門停止時(shí)的狀態(tài),此時(shí)要求電機(jī)停止轉(zhuǎn)動;s4 表示電動門處于底位置時(shí)的狀態(tài),此時(shí)電動門處于開的臨界位置;s5 表示在反轉(zhuǎn)過程中電動門在遇到障礙時(shí)的暫停狀態(tài);s6 表示在正轉(zhuǎn)過程中電動門在遇到障礙時(shí)的暫停狀態(tài)。Z1、Z2、Z3 分別表示控制器發(fā)給電機(jī)控制電路的開、關(guān)、停控制信號。
  3.2 自動門控制器的VHDL 語言設(shè)計(jì)
  (1) VHDL 的實(shí)體描述:

  LIBRARY IEEE;
  USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
  ENTITY door IS
  PORT(
  Clk,reset: IN STD_LOGIC;--時(shí)鐘和復(fù)位信號;
  X1,x2,x3,x4,x5,x6:OUT STD_LOGIC;--開關(guān)量;
  Outputs:OUT_LOGIC_VECTOR(1 TO 3);
  Ten:OUT STD_LOGIC);
  END door;

  (2) 主控組合進(jìn)程部分程序

  PROCESS(current_state,x1,x2,x3,x4,x5,x6)
  BEGIN
  CASE current_state IS
  WHEN so=>comb_output<=’001’;
  en<=’0’;
  IF x1=’1’ THEN next_state   ………………
  ELSE next_state   ………………
  END IF;
  4 結(jié)束語
  本文中介紹的自動控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的EDA 技術(shù),從上而下的設(shè)計(jì)方法,與工藝無關(guān)的設(shè)計(jì)思路,使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中更多的考慮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),更好的簡化系統(tǒng),同時(shí)大大縮短了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成時(shí)間。EDA 技術(shù)將在自動控制中應(yīng)用會越來越廣泛。
沙發(fā)
 樓主| 發(fā)表于 2010-3-18 13:36:06 | 只看該作者
奇怪了為什么圖片看不到呢~~~~
板凳
發(fā)表于 2010-3-18 14:12:54 | 只看該作者
奇怪了為什么圖片看不到呢~~~~
srvee 發(fā)表于 2010-3-18 13:36


幫你編輯了一下,把圖片上傳的本地了,現(xiàn)在圖片可以顯示了,下載地址還是原來的不變。
地板
發(fā)表于 2010-7-18 20:02:47 | 只看該作者
看看,學(xué)習(xí)下
地下室
發(fā)表于 2010-7-30 11:26:43 | 只看該作者
看看,學(xué)習(xí)下
6
發(fā)表于 2010-8-13 18:41:17 | 只看該作者
學(xué)習(xí)
7
發(fā)表于 2010-8-16 09:56:49 | 只看該作者
xuexi xia ha
8
發(fā)表于 2010-8-23 08:09:36 | 只看該作者
謝謝分享,我也要學(xué)習(xí)
9
發(fā)表于 2010-8-25 21:07:07 | 只看該作者
xuezhi xia a
10
發(fā)表于 2010-11-1 12:11:55 | 只看該作者
kan kan
11
發(fā)表于 2010-11-3 13:40:46 | 只看該作者
狀態(tài)機(jī)有沒有錯(cuò)誤控制?
12
發(fā)表于 2010-11-6 07:25:07 | 只看該作者
感恩大大~
13
發(fā)表于 2010-11-16 16:24:32 | 只看該作者
學(xué)習(xí)了,看下
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