【正文】 杭州電子科技大學(xué) 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 基于 FPGA 無葉風(fēng)扇控制器的設(shè)計與制作 學(xué)習(xí)類別 成人本科 年 級 20xx級 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 金華學(xué)習(xí)中心 （函授站） 學(xué) 號 11131401007 學(xué)生姓名 彭召翔 指導(dǎo)教師 劉子堅 完成日期 20xx 年 5 月 15 日 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 FPGA無葉風(fēng)扇控制器的設(shè)計 與制作 杭州電子科技 大學(xué)電子信息工程 專業(yè) 彭召翔 摘要 本產(chǎn)品是無葉風(fēng)扇的核心部件之一，使用簡單，運行穩(wěn)定可靠。功能豐富 ,質(zhì)量可靠 , 人性化設(shè)計 , 尤其是眾多的保護功能使產(chǎn)品返修率降到非常低的水平。具有升級容易、通用性強、調(diào)速范圍廣等特點，安裝十分方便。本控制器以 FPGA為核心，采用 Xilinx 公司的 XC6SLX9TQG144 芯片實現(xiàn)了壓力的準(zhǔn)確控制、數(shù)碼管顯示設(shè)定值與測量值、按鍵設(shè)定氣壓大小和起動停止控制功能、人體紅外感應(yīng)的控制、電機驅(qū)動的脈寬調(diào)制控制。 關(guān)鍵詞 ： 無葉風(fēng)扇 ； 無葉風(fēng)扇 ； FPGA 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） FPGA design bladeless fan controller （ Major of Applied Electronic Technology， Information and Engineering College， Peng ZhaoXiang） ABSTRACT This product is a core ponent of the nonleaf fan, easy to use, stable and reliable. Bladeless fan also called air doubler, it can produce natural continuous cool breeze, no leaves, no dust cover, or injury to the fingers of curious children. Even more amazing is its peculiar shape, the appearance of both the flow lines and fresh, giving the visual effect can not be pared. The controller uses FPGA as the core chip, featurerich, stable performance, reliable quality, userfriendly design, especially the many protection functions product failure rates down to very low levels. Easy to upgrade, powerful, and a wide range of versatility, speed, and very easy to install. Keyword: No leaf fan； Controller； FPGA 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 引言 ................................................................. 1 1方案論證與確定 ..................................................... 2 方案的選擇 ..................................................... 2 方案論證與確定 ................................................. 3 2硬件設(shè)計 ........................................................... 4 硬件整體結(jié)構(gòu)及原理 ............................................. 4 各模塊電路 ..................................................... 5 最小系統(tǒng) ................................................... 5 人機接口電路與人體紅外感應(yīng)電路 ............................. 6 電源電路 .................................................... 7 串口 AD轉(zhuǎn)換電路 ............................................. 8 電機驅(qū)動電路 ................................................ 9 壓力傳感器電路 ............................................. 10 差動放大電路 ............................................... 11 3控制程序設(shè)計 ...................................................... 12 程序流程圖設(shè)計 ................................................ 12 程序設(shè)計介紹 .................................................. 13 4系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試 ...................................................... 16 ...................................................... 16 設(shè)定功能 ................................................... 16 起停功能 ................................................... 16 調(diào)試總結(jié) .................................................. 16 ．面板介紹 ..................................................... 17 ． 后 面板介紹 ................................................... 17 結(jié)論 ................................................................ 18 致謝 ................................................................ 19 參考文獻 ............................................................ 20 附件 ................................................................ 21 附件 1 ：部分元器件清單 ............................................. 21 附件 2：程序清單 .................................................... 24 附件 ................................................... 44 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 引言 無葉風(fēng)扇也叫空氣增倍機，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。無葉風(fēng)扇的靈感源于空氣葉片干 手器?？諝馊~片干手器的原理是迫使空氣經(jīng)過一個小口來“吹”干手上的水，空氣增倍器是讓空氣從一個 毫米寬、繞著圓環(huán)放大器轉(zhuǎn)動的切口里吹出來。由于空氣是被強制從這一圓圈里吹出來的，通過的空氣量可增原先的 15 倍，它的時速可達到 35 公里。空氣增倍器的空氣流動比普通風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)更平穩(wěn)。它產(chǎn)生的空氣量相當(dāng)于目前市場上性能最好的風(fēng)扇。因為沒有風(fēng)扇片來‘切割’空氣，使用者不會感到階段性沖擊和波浪形刺激。它通過持續(xù)的空氣流讓你感覺更加自然的涼爽?！? 無葉風(fēng)扇于 20xx 年 10 月 12日在英國首度推出。 20xx 年 11月 26 日，浙 江嵊州農(nóng)民企業(yè)家胡國賢向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了無風(fēng)葉風(fēng)扇發(fā)明專利。 20xx 年 2 月在香港推出第二代。要讓無葉風(fēng)扇實現(xiàn)我們需要的功能，必須要加一個控制器來控制風(fēng)的大小、方向等等功能。我們使用 FPGA 為核心控制器， FPGA 設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件 ， 功耗 低 ， 系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳 。 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 1 方案論證與確定 方案的選擇 目前大多數(shù)的壓力的控 制系統(tǒng)都采用了以單片機作為控制器的設(shè)計，但是隨著可編程邏輯器件的發(fā)展，家用電器的控制部分也越來越多地使用可編程邏輯器件來實現(xiàn)，所以下面提供了以單片機和可編程邏輯器件（ FPGA）為核心控制器件的 2 個方案進行選擇。 方案 1： 該方案采用的是 AT89C51 單片機為核心控制器件，用它來處理各個單元電路的工作以及檢測其運行情況。首先通過壓力傳感器對空氣進行采集，將采集的氣壓信號作 A/D 轉(zhuǎn)換，使其模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，然后輸給單片機，再由單片機控制顯示，并比較采集的氣壓與設(shè)定的氣壓是否一致，然后驅(qū)動電機的運行，本設(shè)計中 我們采用的是 MPXV7002DP 壓力傳感器模塊，通過壓力傳感器模塊采集電路采集相關(guān)壓力數(shù)值，再由 AD0809 組成的 A/D 轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換，最終的到數(shù)字信號，將其直接輸給單片機，然后由單片機機根據(jù)內(nèi)部程序判斷，執(zhí)行相關(guān)控制程序，驅(qū)動個單元電路的工作。其方框圖如下 : 圖 1－ 1 方案 1 結(jié)構(gòu)框圖 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 方案 2： 該方案以 FPGA 為核心控制器件，采用 MPXV7002DP 壓力傳感器模塊進行壓力采集，通過壓力傳感器模塊采集電路采集相關(guān)壓力數(shù)值，經(jīng)信號調(diào)理電路處理，再由 AD7991 組成的 A/D 轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換，最 終的到數(shù)字信號。另一路由 KP500B 熱釋電紅外傳感器 感應(yīng)的人體的信號再經(jīng)過芯片 BISS001 的處理，再加到 FPGA 芯片處理。同時通過 FPGA 芯片還可以實現(xiàn)測量和設(shè)定顯示，使用 6 個數(shù)碼管將傳感器測量到的壓強，設(shè)定的壓強。其方框圖如下： 圖 1－ 2 方案 2 結(jié)構(gòu)框圖 方案論證與確定 通過比較兩個方案，方案 1 采用單片機為核心控制器件，該方案的優(yōu)點是容易控制，系統(tǒng)原理比較簡單，電路可靠，容易實現(xiàn)控制目的。但是該方案中的單片機，容易產(chǎn)生誤差等一系列問題。方案 2采用的是以 FPGA 為核心控制器件，同時壓力傳感器采用的是 MPXV7002DP 壓力傳感器，通過該傳感器采集的壓力信息需要經(jīng)過信號放大和 A/D 轉(zhuǎn)換直接以數(shù)字信號的形式傳遞給控制芯片，使得電路的連接大大的簡化了，減小了電路復(fù)雜所帶來的誤差等問題。而且 FPGA 芯片所具有的可編程修改的特點以及其強大的邏輯功能都是單片機難以達到的，這樣不但給設(shè)計過程中帶來一系列的便利，而且在電風(fēng)扇的功能日趨人性化和智能話的發(fā)展趨勢下，以 FPGA 為控制器件的設(shè)計無疑更加具有市場競爭力。所以同過上面的對兩個方案的比較論證，本次設(shè)計采用方案 2來實現(xiàn)。 控制器 氣壓傳感器 熱釋電紅外傳感器 風(fēng)扇 電機 LED 顯示 杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 硬件設(shè)計 硬件整體結(jié)構(gòu)及原理 硬件電路主要包括電源電路、石英晶振、壓力傳感器、 FPGA 控制器、數(shù)碼管顯示組成。本設(shè)計使用的 FPGA 芯片是 Xilinx 公司的 XC6SLX9 系列的 TQG144，壓力傳感器采用