【正文】 1 天津電子信息職業(yè)技術(shù)學院 畢 業(yè) 設(shè) 計 課題名稱 無葉風扇控制器 姓 名 周鑫 學 號 28 班 級 電子 S102 專 業(yè) 應(yīng)用電子 所 在 系 電子技術(shù)系 指導教師 張智彬 徐書雨 完成日期 2022125 2 無葉風扇控制器 摘 要 無葉風扇也叫空氣增倍機，它能產(chǎn)生自然持續(xù)的涼風，因無葉片，不會覆蓋塵土或傷到好奇兒童手指。更奇妙的是其造型奇特，外表既流線又清爽。產(chǎn)品靈感源于空氣葉片干手器。干手器的原理是迫使空氣經(jīng)過一個小口 “ 刷 ” 干手上的水，空氣增倍機是讓空氣從一個 毫米寬、繞著圓環(huán)轉(zhuǎn)動的切口里吹出來。因空氣是被強制從這一圓圈里吹出來的，通過的空氣量可增到 15 倍，時速可增至 35 公里。 本次設(shè)計 產(chǎn)品 的 FPGA 芯片采用 XILINX 公司的 XC6SLX9 作為系統(tǒng)控制核心，完成對無葉風扇的閉環(huán)控制 ，提供了一個帶有 8 位 LED 顯示、并使其 集 中到一塊面板上，使得操作方便快捷，直接在 LED 顯示實時 壓強 ， 設(shè)定壓強， 該設(shè)計中使用 成品壓強傳感器 ，對 壓強 進行實時采集，使用紅外傳感器采集人體信號信息， 實現(xiàn)無人自動停機，有人自動開機，使該系統(tǒng)更加人性化、智能化 。 適宜大多數(shù)普通家庭、寢室、辦公住所等。 關(guān)鍵詞 ： FPGA； 閉環(huán)控制 ； 壓強 檢測； 人體 檢測 3 目錄 一、緒 論 ........................................................................................................... 4 1．概述 .............................................................................................................. 4 2．特點 .............................................................................................................. 4 二、系統(tǒng)的總體設(shè)計 ........................................................................................... 5 1．總體設(shè)計思想 .............................................................................................. 5 2．系統(tǒng)總機構(gòu) .................................................................................................. 5 3．系統(tǒng)設(shè)計原理圖 .......................................................................................... 6 三、系統(tǒng)電路模塊 ............................................................................................... 8 FPGA 核心板 ......................................................................... 8 壓力檢測電路 ........................................................................... 9 ......................................................................................................... 9 四、軟件部分設(shè)計 ............................................................................................. 13 五、結(jié) 論 ......................................................................................................... 14 六、致 謝 ......................................................................................................... 15 七、參考文獻 ..................................................................................................... 16 附錄 ..................................................................................................................... 17 程序源碼： ....................................................................................... 17 ： ................................................................................................... 38 4 一、緒 論 1．概述 JamesDyson 公司歷時 4 年研發(fā)了一種神奇的無扇葉風扇，它使用了最新的流體動力工程技術(shù)，通過高效率的無刷電機使氣流增加 15 倍，以每秒 118 加侖的速率釋放出來，合 1580CFM的風量。 Dyson 公司介紹，為了精確估算各項指標，為了優(yōu)化開口的翼型弧度，工程師們花了 4 年時間，經(jīng)歷了數(shù)百次模擬實驗把氣體流動圖通過激光多普勒測量儀繪制出來。Dyson 本人解釋說： “ 風扇開口的弧度設(shè)計是無扇葉風扇的關(guān)鍵，我們發(fā)現(xiàn)利用這種方式對空氣進行引導和放大的效果很好，當然 ，這也是我們最初打算設(shè)計這樣一款無扇葉風扇的原因。 據(jù)了解， “ 無扇葉電風扇 ” 是吸塵器的發(fā)明人戴森爵士的最新發(fā)明，因此還被冠名為“ 戴森空氣倍增器 ” 。其吹風原理類似于烘手機。 62 歲的戴森是英國最知名的發(fā)明家之一，他說自己是在發(fā)明自動烘手機的時候突然得到靈感。 “ 烘手機是從一個小裂縫吹出氣流，把手烘干。于是我想到制造一個不用扇葉的空氣推動裝置。 ” 2． 特點 這款風扇（氣流放大器）有兩個尺寸： 10 英寸直徑和 12 英寸（ 和 ）， 10英寸的版本有瓦藍色和銀白色， 12 英寸的風扇只有銀白色。風扇上旋鈕 可以調(diào)整出風量，而且可以調(diào)整吹風的角度。這款無葉電風扇的外形像一只巨大的指環(huán)，能產(chǎn)生強有力的涼爽空氣，也比傳統(tǒng)電扇安全。另外，它清洗起來也比傳統(tǒng)電風扇方便得多，使用者不需要為清理扇葉上積滿的灰塵發(fā)愁了。和傳統(tǒng)電風扇一樣，它能夠 90 度角擺動。它還能通過人為控制發(fā)生燈光變化。使用這種無扇葉風扇明顯的好處就是你不用擔心孩子的手會被扇葉傷到，你也不用操心給扇葉做清洗了。很多人更感興趣的是這種風扇不存在風扇中心區(qū)的 “ 死區(qū) ” ，此外你也不用操心扇葉切割空氣產(chǎn)生的噪音了，不過無刷電機工作時依然有噪音，大概和 XBox360 工 作時的差不多。不過這款風扇最大的劣勢就是價格， 10 英寸風扇售價 美元， 12 英寸的為 美元，合人民幣 2046 元、 2250 元。要享受真正的技術(shù)革新就得花大價錢。 5 二、系統(tǒng)的總體設(shè)計 1．總體設(shè)計思想 以 FPGA 為控制中心，外部傳感器為檢測元件，通過按鍵控制其 無葉風扇的風速 與開關(guān)，輸出由 LED 顯示數(shù)碼管與 紅外人體 電路組成， FPGA 通過接收各個 壓力 傳感器的返回狀態(tài)值來進行 風速的控制 ， 紅外人體檢測電路判斷是否人 ， 來進行風扇的開關(guān)控制（該功能可設(shè)置是否啟用）。 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 框圖 如圖 11 所示 :。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 2．系統(tǒng)總機構(gòu) 為了實現(xiàn)設(shè)計要求的基本功能，本系統(tǒng)必須包含四個基本功能模塊： 控制模塊 模塊 模塊 其中 FPGA 控制模塊主要用于回應(yīng)傳感器信號和進行顯示程控；傳感器模塊主要用于感應(yīng)是否有物體通過，并形成電平信號輸出 ,對風扇的實時控制； 顯示模塊主要用于顯示當前風扇的氣壓值，及設(shè)置的氣壓值 。 為完善系統(tǒng)的功能同時能夠達到系統(tǒng)的設(shè)計指標，本系統(tǒng)必須包含以下功能模塊： FPGA 按鍵輸入 顯示輸出 人體檢 測 實際氣 壓 壓強檢測 風扇控制 6 ：實現(xiàn) FPGA 的復位 控制 ：提供所需的 FPGA 時鐘頻率 3．系統(tǒng)設(shè)計原理圖 本系統(tǒng)基本原理結(jié)構(gòu)圖如圖 圖 22 所示。 1234GNDabfcgdeDPY[LEDgn]e1d2GND3c4h5b6a7GND8f9g10DS1abfcgdeDPY[LEDgn]e1d2GND3c4h5b6a7GND8f9g10DS2abfcgdeDPY[LEDgn]e1d2GND3c4h5b6a7GND8f9g10DS3ghefcdababcdefgh abcdefgh abcdefghJE8JE9JE7JE4b1 b2 b3acegbdfhb1 b2b3JE4JE7JE8 JE91 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20P1Header 10X2GND GNDGND GNDMode0Mode1R6200R3 1KGNDGNDRESET1C2R210KRSTR18220LED2發(fā)光二極管R11 R12 R15 220GNDDONEINITPROGR20100RR19C11OE1GND2OUT3VCC4XTAL1(布線注意：時鐘盡量靠近 FPGA)CLOCK(布線注意： 100MHz 關(guān)鍵時鐘及數(shù)據(jù)信號，兩元件彼此盡量靠近 )HOLD/DQ31Vcc2DU3DU4DU5DU6S7DQ18WDQ29Vss10DU11DU12DU13DU14DQ015C16IC2NP5Q128A13ESC0ER10CSGND+R5R17DQ2DQ3DQ1R14100R13100SDIR8100R7100C1104GND+配置芯片R16SCKIO_L1P_HSWAPEN_0144IO_L1N_VREF_0143IO_L2P_0142IO_L2N_0141IO_L3P_0140IO_L3N_0139IO_L4P_0138IO_L4N_0137GND136VCCO_0135IO_L34P_GCLK19_0134IO_L34N_GCLK18_0133IO_L35P_GCLK17_0132IO_L35N_GCLK16_0131GND130VCCAUX129VCCINT128IO_L36P_GCLK15_0127IO_L36N_GCLK14_0126VCCO_0125IO_L37P