【正文】 1 天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 課題名稱 無葉風(fēng)扇控制器 姓 名 周鑫 學(xué) 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(dǎo)教師 張智彬 徐書雨 完成日期 2022125 2 無葉風(fēng)扇控制器 摘 要 無葉風(fēng)扇也叫空氣增倍機(jī)，它能產(chǎn)生自然持續(xù)的涼風(fēng)，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(gè)小口 “ 刷 ” 干手上的水，空氣增倍機(jī)是讓空氣從一個(gè) 毫米寬、繞著圓環(huán)轉(zhuǎn)動的切口里吹出來。因空氣是被強(qiáng)制從這一圓圈里吹出來的，通過的空氣量可增到 15 倍，時(shí)速可增至 35 公里。 本次設(shè)計(jì) 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(fēng)扇的閉環(huán)控制 ，提供了一個(gè)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(shí)時(shí) 壓強(qiáng) ， 設(shè)定壓強(qiáng)， 該設(shè)計(jì)中使用 成品壓強(qiáng)傳感器 ，對 壓強(qiáng) 進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，使用紅外傳感器采集人體信號信息， 實(shí)現(xiàn)無人自動停機(jī)，有人自動開機(jī)，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(qiáng) 檢測； 人體 檢測 3 目錄 一、緒 論 ........................................................................................................... 4 1．概述 .............................................................................................................. 4 2．特點(diǎn) .............................................................................................................. 4 二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ........................................................................................... 5 1．總體設(shè)計(jì)思想 .............................................................................................. 5 2．系統(tǒng)總機(jī)構(gòu) .................................................................................................. 5 3．系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì) ............................................................................................. 13 五、結(jié) 論 ......................................................................................................... 14 六、致 謝 ......................................................................................................... 15 七、參考文獻(xiàn) ..................................................................................................... 16 附錄 ..................................................................................................................... 17 程序源碼： ....................................................................................... 17 ： ................................................................................................... 38 4 一、緒 論 1．概述 JamesDyson 公司歷時(shí) 4 年研發(fā)了一種神奇的無扇葉風(fēng)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(jī)使氣流增加 15 倍，以每秒 118 加侖的速率釋放出來，合 1580CFM的風(fēng)量。 Dyson 公司介紹，為了精確估算各項(xiàng)指標(biāo)，為了優(yōu)化開口的翼型弧度，工程師們花了 4 年時(shí)間，經(jīng)歷了數(shù)百次模擬實(shí)驗(yàn)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(fēng)扇開口的弧度設(shè)計(jì)是無扇葉風(fēng)扇的關(guān)鍵，我們發(fā)現(xiàn)利用這種方式對空氣進(jìn)行引導(dǎo)和放大的效果很好，當(dāng)然 ，這也是我們最初打算設(shè)計(jì)這樣一款無扇葉風(fēng)扇的原因。 據(jù)了解， “ 無扇葉電風(fēng)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(fēng)原理類似于烘手機(jī)。 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(jī)的時(shí)候突然得到靈感。 “ 烘手機(jī)是從一個(gè)小裂縫吹出氣流，把手烘干。于是我想到制造一個(gè)不用扇葉的空氣推動裝置。 ” 2． 特點(diǎn) 這款風(fēng)扇（氣流放大器）有兩個(gè)尺寸： 10 英寸直徑和 12 英寸（ 和 ）， 10英寸的版本有瓦藍(lán)色和銀白色， 12 英寸的風(fēng)扇只有銀白色。風(fēng)扇上旋鈕 可以調(diào)整出風(fēng)量，而且可以調(diào)整吹風(fēng)的角度。這款無葉電風(fēng)扇的外形像一只巨大的指環(huán)，能產(chǎn)生強(qiáng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)扇明顯的好處就是你不用擔(dān)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(fēng)扇不存在風(fēng)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(jī)工作時(shí)依然有噪音，大概和 XBox360 工 作時(shí)的差不多。不過這款風(fēng)扇最大的劣勢就是價(jià)格， 10 英寸風(fēng)扇售價(jià) 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(jià)錢。 5 二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 1．總體設(shè)計(jì)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(fēng)扇的風(fēng)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(gè) 壓力 傳感器的返回狀態(tài)值來進(jìn)行 風(fēng)速的控制 ， 紅外人體檢測電路判斷是否人 ， 來進(jìn)行風(fēng)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(jì) 框圖 如圖 11 所示 :。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 2．系統(tǒng)總機(jī)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的基本功能，本系統(tǒng)必須包含四個(gè)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(jìn)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(fēng)扇的實(shí)時(shí)控制； 顯示模塊主要用于顯示當(dāng)前風(fēng)扇的氣壓值，及設(shè)置的氣壓值 。 為完善系統(tǒng)的功能同時(shí)能夠達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，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(shí)際氣 壓 壓強(qiáng)檢測 風(fēng)扇控制 6 ：實(shí)現(xiàn) FPGA 的復(fù)位 控制 ：提供所需的 FPGA 時(shí)鐘頻率 3．系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)鐘盡量靠近 FPGA)CLOCK(布線注意： 100MHz 關(guān)鍵時(shí)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