基于fpga的空調(diào)溫度控制電路的設(shè)計開題報告(參考版)
2025-05-24 15:26本頁面
【正文】 通過 查閱資料，并結(jié)合所學(xué)的 FPGA 的空調(diào)溫度控制電路的教程、單片機原理及其應(yīng)用等課程，不斷改進、調(diào)試和設(shè)計。 具體設(shè)計步驟如下： （ 1）查閱資料、撰寫文獻綜述和開題報告； （ 2）了解信號發(fā)生器設(shè)計的工作原理； （ 3）了解并研究可編程邏輯器件； （ 4） 用單片機和 FPGA 實現(xiàn) FPGA 的空調(diào)溫度控制電路 ，主 要有總體系統(tǒng)設(shè)計和各子模塊設(shè)計； （ 5）完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計； （ 6）系統(tǒng)測試及優(yōu)化； （ 7）撰寫設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）。學(xué)習(xí)溫度控制電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點和控制方法。 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)。 【方案二】 : 采用的是以 FPGA為核心控制器件，同時溫度傳感器采用的是 高精度的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，通過該傳感器采集的溫度信息不需要經(jīng)過信號放大和 A/D轉(zhuǎn) FPGA 溫度傳感器控制模塊 濕度傳感器控制模塊 對數(shù)據(jù)進行處理模塊 總控制模塊 時鐘編程及定時模塊 液晶顯示驅(qū)動模塊 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。 1． 研究可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)，重點了解 ACEX1K 器件和 ISPAC20 器件 2． 掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法 3． 掌握可編程邏輯器件的開發(fā)與實踐 4． 完成空調(diào)溫度 控制電路芯片設(shè)計 5． 完成空調(diào)溫度控制設(shè)計電路的仿真 6． 應(yīng)用數(shù)字和模擬可編程邏輯器件實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計 7． 完成外部接口電路的設(shè)計 8． 編寫設(shè)計說明書等 四、研究方法、步驟和措施 研究方法 方案論證 【方案一】 : 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。 根據(jù)用戶的要求可以進行定時。程序中主要使用了狀態(tài)機對 溫濕度傳感器 進行了時序控制，通過一些命令使 溫濕度傳感器 采集獲得溫 濕 度值傳 送到 FPGA 控制器。同時， FPGA 還可以對設(shè)定溫度進行定時，并將定時的時間、測量溫度和設(shè)定溫度的值通過 LCD1602 顯示出來。采集溫度和設(shè)定溫度都送給 FPGA 控制器，控制器通過對兩個溫度值的比較做出判斷，當測量溫度大于設(shè)定溫度時就想空調(diào)的電機發(fā)出制冷的控制信號；當測量溫度小于設(shè)定溫度時，則發(fā)出一加熱的控制信號；當兩者相等時 則不制冷也不加熱。本設(shè)計采用 Altera 公司高性價比 FPGA，溫度傳感器采用高精度數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。根據(jù)用戶的定時對空調(diào)的開關(guān)進行控制。 三、課題主要內(nèi)容和要求 總設(shè)計 本設(shè)計 以 FPGA 為核心控制器件，采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 進行溫濕 度采集，將采集到的 溫濕度 數(shù)字直接以數(shù)字信號傳輸給 FPGA 控制器 ，與用戶設(shè)置的溫濕度進行比較，然后進行相應(yīng)溫濕度調(diào)節(jié)以達到用戶的要求。由于 FPGA 產(chǎn)品的迅速發(fā)展，人們可以利用 Altera、 Xilinx 等公司提供的產(chǎn)品，使用其相關(guān)開發(fā)工具和 VHDL 等硬件開發(fā)語言，通過軟件編程用硬件實現(xiàn)特定的功能。這種方案的缺點是靈活性差，而且開發(fā)工具很不完善[8]。 （ 3）基于嵌入式的 VRV 空調(diào)控制器的研究。單片機的接 口性能比較良發(fā)好，容易實現(xiàn)人機接口。這種方法的缺點是 PID 控制參數(shù)調(diào)整有一定的難度，并且應(yīng)用程序不夠完善。 本次用 FPGA 設(shè)計空調(diào)控制器對如何降低空調(diào)能耗，開發(fā)周期短，可移植性好，升級靈活等有重要意義。我國已成為 世界上空調(diào)用戶最多的國家，也是“空調(diào)病”發(fā)病率最多的國家。 20xx [5] 黃志偉， FPGA 系統(tǒng)設(shè)計與實踐 [M]，北京：清華大學(xué)出版社。如何降低空調(diào)能耗，實現(xiàn)空調(diào)自動控制，利用空調(diào)改善室內(nèi)溫度，延長空調(diào)使用壽命已成為當前首要課題。 小結(jié) 近幾年來，隨著中國科學(xué)技術(shù)的進步和人民生活水的不斷提高，空調(diào)數(shù)量顯著增加，空調(diào)技術(shù)也不斷提高，傳統(tǒng)的空調(diào)在空氣調(diào)節(jié)方面和空氣污染方面存在的問題也相應(yīng)的解 決了。這是對最后完成的硬件系統(tǒng)進行檢查和測試。在這一階段將使用門級仿真器或使用 VHDL 仿真器進行門級時序仿真，在 計算機上了解更接近硬件目標器件工作的功能時序。主要將綜合產(chǎn)生的表達邏輯連接關(guān)系的網(wǎng)表文件，結(jié)合巨日的目標硬件環(huán)境進行標準單元調(diào)用、布局、布線和滿足約束條件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置，即結(jié)構(gòu)綜合。利用獲得的測試向量對 ASIC 的設(shè)計系統(tǒng)和子系統(tǒng)的功能進行仿真。對 ASIC 的測試向量文件是綜合器結(jié)合含有版圖硬件特性的工藝庫后產(chǎn)生的，用于對 ASIC 的功能測試。這一階段主要是針對 ASIC 設(shè)計的。使用邏輯綜合工具將 VHDL 行為級描述轉(zhuǎn)化為 結(jié)構(gòu)化的門級電路。在這一階段對 VHDKRTL 級模型進行仿真，稱為功能仿真。如上述， VHDL 只有部分語句集合可用于硬件功能行為的建模，因此在這一階段，必須將 VHDL 的行為模型表達為 VHDL 行為代碼。這一階段可以利用 VHDL 仿真器對頂層系統(tǒng)的行為模型進行仿真測試，檢查模擬結(jié)果，繼而進行修改和完善。在這一項目的表達中，可以使用滿足 IEEE 標準的 VHDL的所有語句而不必考慮可綜合性。 圖 2 給出了自頂向下設(shè)計流程的框圖說明，它包括如下設(shè)計階段： （ 1） 提出設(shè)計說明書，即用自然語言表達系統(tǒng)項目的功能特點和技術(shù)參數(shù)等。 自頂向下的設(shè)計方法是系統(tǒng)被分解為各個模塊的集合之后，可以對設(shè)計的每個獨立模塊指派不同的工作小組。后端設(shè)計還必須包括涉 及硬件的物理
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