基于fpga的智能温度控制系统的设计

随着科技的发展，智能控制系统被广泛应用于工业领域和智能家居中，其中智能温度控制系统是其中的一种。智能温度控制系统能够根据环境温度变化自动控制加热或制冷设备，从而保证环境温度始终在设定值范围内，提高生产效率和舒适度。本文将介绍一种基于FPGA的智能温度控制系统设计方案。

1. 系统设计

该系统由传感器、FPGA、驱动器以及显示器组成。传感器用

于检测环境温度变化，FPGA用于对传感器信号进行处理，驱

动器用于控制加热或制冷设备，显示器用于显示系统状态。系统设计流程如下：

1.1 传感器

传感器可以选择温度传感器、热敏电阻传感器或热电偶传感器等。本系统选用温度传感器，将传感器输出的模拟信号转化为FPGA可读的数字信号，从而实现数字信号化。

1.2 数字信号化

将模拟信号数字化是实现控制系统的关键所在。数字信号化是通过模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号的过程。本系统将模拟信号转化为12位数字信号。

1.3 FPGA处理

FPGA芯片（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻

辑器件，它能够快速地对数字信号进行处理。FPGA芯片是本

系统的核心处理器，它被用来对传感器信号进行处理，根据环境温度的变化决定加热还是制冷，从而保持环境温度在设定范围内。具体的处理流程如下：

（1）读取温度传感器数据。

（2）将传感器输出的模拟信号转变为数字信号。

（3）将数字信号与设定的环境温度范围进行比较，以决定是

否需要进行加热或制冷。

（4）对加热或制冷设备进行控制。

1.4 驱动器设计

由于加热或制冷设备的控制电源电平和FPGA的电平不一致，需要通过驱动器进行转换。本系统使用驱动器将FPGA输出

的信号转化成能够控制加热或制冷设备的继电器信号。

1.5 显示器设计

本系统使用7段LED数码管作为显示器，用于显示当前环境

温度以及系统状态。系统状态包括温度过高、温度过低、正常等状态，以告知用户系统运行情况。

2. 模块设计

2.1 时钟模块

为了确保系统运行的稳定，需要使用时钟模块。本系统采用内部时钟模块，时钟频率为50MHz。

2.2 ADC模块

为了将传感器的模拟信号转化为FPGA可读的数字信号，需要使用ADC模块。本系统使用12位的ADC模块。

2.3 监测模块

为了保证环境温度保持在设定范围内，需要使用监测模块。监测模块检测环境温度的变化，并与设定的温度范围进行比较，判断是否需要进行温度调节。

2.4 控制模块

为了控制加热或制冷设备，需要使用控制模块。控制模块根据监测模块输出的结果，控制驱动器输出控制信号，从而控制加热或制冷设备。

3. 系统实现

3.1 PCB绘制

本系统的PCB面积较小，可以使用多层板设计技术来减小板

面积，提高系统集成度。本系统使用2层板设计，板上布局逻辑简洁，美观大方。

3.2 编程

系统编程使用VHDL语言进行实现。VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件

描述语言，它可以描述数字电路的各种功能。

4. 结论

基于FPGA的智能温度控制系统设计方案已经在实践中得到

验证。该系统通过传感器测量环境温度变化，然后通过FPGA

进行数字信号处理，从而控制加热或制冷设备，保持环境温度在设定范围内。该系统设计简洁，效果显著，可以很好地满足工业控制和智能家居领域的实际需求。智能温度控制系统是一种非常实用的工业自动化控制系统。根据不同应用场景的需求，系统采用了不同的传感器和控制技术。系统监测环境温度变化，并根据设定范围自动调节加热或制冷设备，从而保证环境温度始终在设定值范围内。本文将对智能温度控制系统的相关数据进行分析和总结，以期更好地了解该系统的性能和优缺点。

1.传感器选择

智能温度控制系统中，传感器的作用是将环境温度转换为电信号供系统处理。常用的传感器有热敏电阻传感器、热电偶传感

器和温度传感器等。不同的传感器具有不同的特性，如测量范围、精度、价格等。下面是对三种传感器的比较：

- 热敏电阻传感器：价格低廉，精度适中，适用于一般环境下

的温度测量，但由于灵敏度较低，需要较长时间才能稳定测量值。热敏电阻传感器常用于温度测量不是很严格的应用，如室内温度测量。

- 热电偶传感器：价格较高，但具有高精度、较宽测量范围和

较短的响应时间等优点。热电偶传感器常用于对温度要求较为严格的应用领域，如医疗、飞行和科研等领域。

- 温度传感器：核心是温度传感器芯片，有数字输出和模拟输

出两种。数字输出温度传感器的优点是精度高、稳定性好、响应时间快，但价格较高。模拟输出温度传感器的价格适中，适用范围广，但精度相对较低。温度传感器是智能温度控制系统应用最为广泛的传感器。

综合以上比较，温度传感器是智能温度控制系统的最佳选择。

2. FPGA处理器性能评估

FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可编程逻辑器件，

其芯片可以快速对数字信号进行处理。FPGA可以使用硬件描

述语言配置以实现应用系统要求。但是，不同的FPGA芯片

性能参数不同，因此选择合适的FPGA芯片尤为重要。

本系统设计中采用了Xilinx公司的FPGA芯片，具有高带宽，低功耗，高速、高性价比等优点。下面列出了Xilinx FPGA

XC7A200T的主要性能参数：

- 逻辑单元数量：220,000

- 布线资源数量：54,240

- 存储单元数量：43,200

- DSP数量：740

- 最大工作频率：667MHz

- 最大I/O数目：500

由于XC7A200T FPGA芯片的高性能，可支持多个应用程序同时运行，因此非常适用于该系统设计。

3. 驱动器选择

智能温度控制系统中，驱动器的作用是将FPGA输出的信号转化成可控制加热或制冷设备的继电器信号，从而实现对加热或制冷设备的控制。常用的驱动器有MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）、继电器和三极管等。根据实际应用场景的要求，本系统使用继电器作为驱动器。

继电器是一种电器开关，具有动作灵敏、控制可靠和适用范围广等特点。但是，由于继电器的机械性能相对较差，开关次数有限，寿命比较短，因此需要经常更换。此外，由于继电器工作时需要占用一定的空间，增加了系统的大小和重量。

4. 显示器选择

智能温度控制系统中，显示器的作用是实时显示当前环境温度

及系统状态。常用的显示器有7段LED数码管、LCD液晶屏等。根据实际应用场景的要求，本系统使用7段LED数码管

作为显示器。

7段LED数码管具有亮度高，寿命长，功耗低等优点，显示

效果比较清晰。但是，它只能显示数字和一些特殊符号，显示范围比较有限。如果需要显示更多的信息和图像，可能需要使用LCD液晶屏等其他显示器。

5. 总结

基于FPGA的智能温度控制系统具有很高的集成度和稳定性，适用于各种工业控制和智能家居应用，能够自动控制加热或制冷设备，保证环境温度稳定。通过以上数据分析和总结，可以看出该系统中选择的传感器、FPGA芯片、驱动器和显示器等

组件均考虑了系统性能要求和经济成本等多种因素。但系统与环境之间的交互还可以通过增加无线模块等方式来加强系统的灵活性。

基于FPGA空调控制系统

基于FPGA 空调控制系统空调技术的发展史：世界空调的发展可分为四个阶段。首先是后风扇时代，典型特征是功能仅限制于制冷制热，技术含量低；接下来是纯空调时代。这个时代的最显著标志是空调成为真正意义的空气调节器。不光调节空气的温度，对空气的舒适度也进行调节；随着各国政府对空调的能耗标准提出要求。空调进入了超空调时代，其显著特点是空调不仅仅是空调。还能满足节能环保的要求；在以网络信息代表的2l 世纪，作为家电产品的空调器也必将随之步入网络信息时代。为了最大限度地节约能耗，开辟新能源的利用，同时空调越来越趋于智能化。总之空调技术的研究发展很快，并且开发出了种类繁多的空调产品[3]。方案确定：以FPGA 为核心控制器件，采用数字温度传感器DS18B20进行温度采集，将采集到的温度数字直接以数字信号传输给FPGA 控制器，控制器通过比较采集的温度和用户设置的温度来做出发送降温还是加热的控制信号给空调机。同时通过FPGA 芯片还可以实现定时和控制显示，使用6个数码管将传感器测量到的温度，设置的温度、定时时长都显示出来。图形描述：硬件整体结构与原理：硬件电路主要包括电源、石英晶振、温度传感器、FPGA 控制器、数码管显示组成。本设计

使用的FPGA芯片是Altera公司的ACEX 1K系列的EP1K30TC144-3，温度传感器采用高精度数字温度传感器DS18B20。整个电路的工作原理是由20MHz石英晶振FPGA提供时钟信号。电源电压为3.3V和2.5V。数字式温度传感器DS18B20将采集的温度以数字信号的形式直接传递给FPGA芯片，用户可通过按钮根据需要设置温度值和定时时长。测量温度和设置温度都送给FPGA控制器，控制器对两个温度值比较并做出判断，当测量温度大于设置温度时，控制器发出制冷的控制信号；当测量温度小于设置温度时，则发出加热控制信号；当两者相等时既不制冷也不加热。通过空调执行机构来达到改变环境温度的目的。同时，将定时的时长和设置温度的值通过6个数码管显示出来[9]。软件设计：温度设置模块：温度调节模块的功能是根据生活需要对室内温度进行设置。本设计基于空调使用中的一般性，设置的温度调节范围为16℃～30℃，温度调节的最小单位为1℃。 1)端口说明 Clk：工作时钟； Rise：升温按键；高电平有效，低电平无效。 Down：降温按键；高电平有效，低电平无效。 Res：复位；高电平复位。低电平时计数器在时钟下进行加减工作。 Dout：输出设置温度值。 2）原理分析该模块的默认起始温度为22℃，当复位信号的上升沿到来的时候温度回到22℃。当检测到CLK的上升沿到来且RISE信号为高电平、同时此时的设置温度小于30℃时，温度输出信号DOUT=RISE，并将该温度值输出给控制模块和显示模块。同理当检测到CLK的上升沿到来且DOWN信号为高电平、同时此时的设置温度大于16℃时，温度输出信号DOUT=DOWN并将值输出给控制和显示模块。该模块设置的温度调节范围为16℃～30℃，当超过这个范围进行调节的话空调会自动默认恢复到22℃。定时模块：定时模块的功能是对空调的设置温度时间进行控制管理，利用计数器来实现定时功能，这里的定时有4个档可以选择，分别是0.5小时、1.0小时、1.5小时、2小时。通过KEY键可以

基于fpga的智能温度控制系统的设计

基于fpga的智能温度控制系统的设计随着科技的发展，智能控制系统被广泛应用于工业领域和智能家居中，其中智能温度控制系统是其中的一种。智能温度控制系统能够根据环境温度变化自动控制加热或制冷设备，从而保证环境温度始终在设定值范围内，提高生产效率和舒适度。本文将介绍一种基于FPGA的智能温度控制系统设计方案。 1. 系统设计该系统由传感器、FPGA、驱动器以及显示器组成。传感器用于检测环境温度变化，FPGA用于对传感器信号进行处理，驱动器用于控制加热或制冷设备，显示器用于显示系统状态。系统设计流程如下： 1.1 传感器传感器可以选择温度传感器、热敏电阻传感器或热电偶传感器等。本系统选用温度传感器，将传感器输出的模拟信号转化为FPGA可读的数字信号，从而实现数字信号化。 1.2 数字信号化将模拟信号数字化是实现控制系统的关键所在。数字信号化是通过模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号的过程。本系统将模拟信号转化为12位数字信号。 1.3 FPGA处理

FPGA芯片（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它能够快速地对数字信号进行处理。FPGA芯片是本系统的核心处理器，它被用来对传感器信号进行处理，根据环境温度的变化决定加热还是制冷，从而保持环境温度在设定范围内。具体的处理流程如下：（1）读取温度传感器数据。（2）将传感器输出的模拟信号转变为数字信号。（3）将数字信号与设定的环境温度范围进行比较，以决定是否需要进行加热或制冷。（4）对加热或制冷设备进行控制。 1.4 驱动器设计由于加热或制冷设备的控制电源电平和FPGA的电平不一致，需要通过驱动器进行转换。本系统使用驱动器将FPGA输出的信号转化成能够控制加热或制冷设备的继电器信号。 1.5 显示器设计本系统使用7段LED数码管作为显示器，用于显示当前环境温度以及系统状态。系统状态包括温度过高、温度过低、正常等状态，以告知用户系统运行情况。

(完整版)基于FPGA的多功能温度控制器毕业设计论文

摘要本论文所设计的是一个基于FPGA的多功能数字温度控制器。本设计克服了传统数字温度计精度低的缺点，并且除了传统温度计的测量温度功能外还具有一定的控制功能，能更好的对所测量的温度进行处理，控制模块的加入让其比传统温度计具有更强的实用性。本设计采用EDA技术自上而下的设计思路，对系统的结构划分为温度采集模块、温度显示模块、输入数据对比模块，输出控制模块。在Quartus II软件下应用VHDL语言进行电路设计并仿真，根据仿真的结果。该方案能够较好的实现测温功能并且能对温度进行有效的控制。关键字：温度控制；FPGA；VHDL；

Abstract Designed by this paper is a multifunctional digital temperature controller based on FPGA. This design overcomes the drawback of traditional digital thermometer low accuracy, and in addition to the traditional thermometer temperature function also control function, can better the measured temperature control module to join its than traditional thermometer adopts the top-down design EDA technology, the structure of system is divided into temperature acquisition module, display module, the input data contrast module, output control module. Under the Quartus II software circuit design and simulation using VHDL language, according to the result of simulation. The scheme can achieve a better temperature measurement function and can carry on the effective control of temperature. KeyＷords: Temperature control FPGA VHDL

基于FPGA温度监测系统的设计

目录前言......................................................................................... - 2 -第一章总体设计方案 .......................................................... - 4 - 1.1 Quartus II软件介绍.................................................... - 4 - 1.1.1 Quartus软件的工作界面................................................. - 4 - 1.1.2 Quartus软件简介............................................................. - 4 - 1.2 基于ＦＰＧＡ温度监测系统框图............................ - 5 - 1.2.1系统硬件原理框 .............................................................. - 5 - 1.2.2系统电路原理框 .............................................................. - 6 -第二章硬件设计 .................................................................. - 7 - 2.1 FPGA芯片介绍.......................................................... - 7 - 2.1.1FPGA芯片硬件图 ............................................................ - 7 - 2.1.2 FPGA芯片简介 ............................................................... - 7 - 2.2 LCD1602液晶显示 .................................................. - 10 - 2.3 DS18B20温度传感器 .............................................. - 11 - 2.4 发光二极管 .............................................................. - 14 - 2.5 按键 .......................................................................... - 15 - 2.6系统硬件连接 ........................................................... - 16 - 2.6.1 硬件电路的连接 ........................................................... - 16 - 2.6.2 硬件电路连接的说明 ................................................... - 17 -第三章软件设计 ................................................................ - 18 - 3.1软件原理框图 ........................................................... - 18 -

基于FPGA 的温室温度采集系统的设计的开题报告

基于FPGA 的温室温度采集系统的设计的开题报告一、项目背景随着现代农业的不断发展和人们对环境质量的要求日益提高，温室已成为重要的农业生产方式之一。为了提高温室的经济效益和生产效率，需要对温室内的环境参数进行实时监测和采集。温室温度是影响植物生长和发育的重要因素之一。因此，温室温度的实时监测和采集对于保证温室内的良好生态环境和实现农业产量的最大化有着重要的作用。传统的温室温度采集系统一般采用模拟电路设计，由于误差较大、成本高且维护难度大等缺点，近年来逐渐被基于FPGA的数字温度采集系统所替代。二、项目目标本项目旨在设计一种基于FPGA的温室温度采集系统，实现对温室内环境温度的实时监测和数据采集，并通过通信接口与上位机进行数据传输和处理，为温室环境监测和管理提供基础数据支持。具体目标如下： 1、设计温度传感器模块，实现温室内温度的高精度数字化采集。 2、建立FPGA硬件平台，实现对温度传感器数据的实时采集

和处理，存储采集数据，并通过通信接口与上位机进行数据传输和处理。 3、对系统进行实时监测和调试，验证系统的稳定性和可靠性。三、项目计划 1、系统总体设计（1周）完成对系统整体方案的设计，确定系统硬件配置和软件实现方案，编制初步的系统设计方案。 2、硬件电路设计（2周）完成对系统硬件电路的设计和制作，包括温度传感器模块、FPGA控制模块、通信接口模块等电路部分的设计和布局。 3、软件系统开发（3周）完成对系统软件的开发，包括FPGA控制程序、温度传感器数据处理程序、通信接口程序等软件模块的编写和测试。 4、系统整体调试（1周）完成对整个系统硬件和软件进行整体调试和验证，确保系统的稳定性和可靠性。四、预期成果

基于FPGA的温度自动控制系统

基于FPGA的温度自动控制系统阳兵;夏敏莉;王珽琦【摘要】温度控制系统在工农业中应用广泛,但大多数的温度控制系统存在一定的问题,为了提高温度控制系统的稳定性和精确性,提出一种基于FPGA的温度自动控制系统.该系统设计是以MCS-51单片机为核心,结合由精密热电偶摄氏温度传感器和精密A/D转换器构成的前级信号采集电路和由FPGA、双向可控硅、内置过零检测的光电耦合器构成的后向功率控制电路.该温度控制系统采用分段PID控制算法,通过调功法用制冷片控制木箱内温度,能够在5~35℃范围内自由设定木箱内温度,稳定状态下温度在±1℃范围内波动. 【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2010(018)007 【总页数】3页(P173-175) 【关键词】MCS-51;控制算法;温度传感器;ADC采样;FPGA 【作者】阳兵;夏敏莉;王珽琦【作者单位】武汉大学,电子信息学院,湖北,武汉,430079;武汉大学,电子信息学院,湖北,武汉,430079;武汉大学,电子信息学院,湖北,武汉,430079 【正文语种】中文【中图分类】TM935.37 温度控制系统应用广泛，温度是一个重要而普遍的热工参数[1]。常规的温度控制

方法是设定一个温度范围，超出设定允许范围即进行温度调控。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、达到稳定点的时间长，因此，只能用在精度要求不高的场合。而采用PID算法进行温度控制，具有控制精度高、能够克服容量滞后的特点，适用于控制品质要求高的控制系统[2]。单片机作为控制系统的核心部分，广泛应用[3]。利用单片机控制温度系统，对环境检测具有极高的灵敏度，能够实时实现温度调节，且效率极高。 1 系统总体方案设计[4-7] 该温度控制系统的前级采用LM35型模拟集成温度传感器来采集温度信号并转化为电压信号，再经过前级放大后送入ADS7886采样输出数字信号，将得到的数字信号送入单片机，单片机通过对采样信号和用户输入信号的分析自动选取合适的PID系数并计算出相应的加热（或制冷）波形的占空比系数，接着将占空比系数送入FPGA，由FPGA内部构建的DDS读取相应的占空比并转化为波形输出，驱动制冷片工作，从而实现木箱内部温度的自动控制，系统总体设计框图如图1所示。该系统设计采用大屏幕点阵式LCD和按键进行人机交互，使得系统操作简单快捷，同时LCD还可实时显示测量得到的温度值，并绘制出坐标图像，统计信息明确直观。图1 系统总体设计框图 2 系统硬件设计 2.1 前级采样电路 LM35是电压输出型温度传感器，当温度在0℃时输出电压为零，当电压每上升1℃输出电压便增加10 mV。较小的电压对A/D采样的精度会造成比较高的影响，所以在LM35输出端连接一个同相放大器。考虑放大时的精度和对共模干扰信号抑制需要，这里选用精密高共模抑制比的运算放大器OPA277。由于实验要求测量精度为0.1℃，要求在5～35℃范围内至少取样300个点，因此，至少选用9位

基于FPGA的多通道热电偶温度测量系统的设计与实现

基于FPGA的多通道热电偶温度测量系统的设计与实现基于FPGA的多通道热电偶温度测量系统的设计与实现摘要：本文介绍了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的多通道热电偶温度测量系统的设计与实现。该系统具有高精度、多通道、实时测量等特点，可以广泛应用于工业自动化控制系统中的温度测量和监控方面。关键词：FPGA；热电偶；温度测量系统 1. 引言热电偶是一种常用于温度测量的传感器，广泛应用于工业自动化控制系统中。传统的热电偶温度测量系统一般采用模拟电路和微处理器等组成，但存在精度不高、测量通道少、响应时间长等问题。为了解决这些问题，本文设计了一种基于FPGA的多通道热电偶温度测量系统。 2. 系统设计与实现 2.1 硬件设计系统的硬件由热电偶、放大器电路、FPGA和数字显示器等部分组成。热电偶通过接头与放大器电路相连接，放大器电路负责对热电偶输出信号进行放大和滤波。FPGA作为系统的核心部件，负责对放大器电路输出的模拟信号进行数字化处理，并将处理结果通过数字显示器实时显示出来。 2.2 系统架构系统采用了分时多路复用的方式实现多通道温度测量。通过FPGA的多输入多输出功能，可以同时对多个热电偶进行温度测量。在每个时钟周期内，FPGA依次对每个通道的热电偶进行采样和计算，然后将计算结果储存到内部存储器中，并通过数字显示器显示出来。

2.3 系统实现在FPGA的开发环境中，使用硬件描述语言进行系统的设计和实现。首先，根据系统的功能需求，设计了热电偶接口模块、放大器电路模块和数字显示模块等。然后，将这些模块相连接，并通过FPGA引脚进行连接。最后，对FPGA进行配置，将设计好的逻辑电路加载到FPGA中，即可完成系统的实现。 3. 系统测试与结果分析为了验证系统的性能，设计了一组实验，对系统进行了测试。通过与标准温度计进行比较，对系统的测量精度进行了评估。实验结果表明，该系统具有较高的测量精度和稳定性，可以满足工业自动化控制系统对温度测量的要求。 4. 总结与展望本文设计了一种基于FPGA的多通道热电偶温度测量系统，该系统具有高精度、多通道、实时测量等特点。通过实验验证，系统的测量精度和稳定性均符合要求，可以广泛应用于工业自动化控制系统中的温度测量和监控方面。未来，可以进一步完善系统的功能，并通过优化算法提高系统的性能本文设计了一种基于FPGA的多通道热电偶温度测量系统，通过对每个通道的热电偶进行采样和计算，实现了高精度、多通道、实时测量。系统经过实验测试，表明具有较高的测量精度和稳定性，能够满足工业自动化控制系统对温度测量的要求。未来可以进一步完善系统的功能，并优化算法以提高系统的性能。该系统的成功设计和实现为工业自动化领域的温度测量和监控提供了一种有效的解决方案

基于FPGA温度传感器DS18B20的Verilog设计

基于FPGA温度传感器DS18B20的Verilog设计赖青松（江西师范大学南昌电子信息工程）摘要: 本文利用数字温度传感器DS18B20 的数据接口和特点,阐述了一种基于现场可编程门阵列( FPGA)控制DS18B20的方法。使用FPGA 作为控制器,严格控制DS18B20 的时序,在单总线上实现读写功能,完成测量数字温度的功能。将测量的二进制数转换为BCD 码,并通过数码管显示。系统设计使用Verilog 语言。由于DS18B20 是采用一根I/ O 总线读写数据,因此DS18B20 对读写数据位有严格的时序要求。DS18B20 遵循相应的通信协议从而保证数据传输的正确性和完整性。该通信协议定义了多种信号时序:初始化时序、写时序、读时序 1、初始化时序： During the initialization sequence the bus master transmits (TX) the reset pulse by pulling the 1-Wire bus low for a minimum of 480us. The bus master then releases the bus and goes into receive mode (RX). When the bus is released, the 5k pullup resistor pulls the 1-Wire bus high.When the DS18B20 detects this rising edge, it waits 15us to 60us and then transmits a presence pulse by pulling the 1-Wire bus low for 60us to 240us. 初始化时序中，控制器发送一个480us-960us的低电平的复位信号，然后释放总线，也就是总线为高电平，此时，控制器准备接收DS18B20的反应信号，当总线释放后，如果存在DS18B20，那么DS18B20将在15-60us内发送一个持续60-240us的反应信号。 2、写时序：（因为本设计总线上只挂了一个DS18B20，所以不用读取64位序列号，直接发送忽略rom命令skin rom）

基于FPGA智能家居控制系统的设计与研究

基于FPGA智能家居控制系统的设计与研究基于FPGA智能家居控制系统的设计与研究 1. 引言随着人工智能和物联网技术的不断发展，智能家居成为人们生活中的一种新趋势。智能家居控制系统可以实现对家庭中各种设备的智能控制和自动化管理，提供便利和舒适的家居生活体验。本文旨在通过设计和研究基于FPGA的智能家居控制系统，探索其在智能家庭中的应用。 2. FPGA技术简介 FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具备并行处理和高度可定制化的特点。它可以根据用户的需求进行编程，实现不同的功能和算法。FPGA在智能家居系统中具有灵活性高、可扩展性强、功耗低等优点，因此被广泛应用于智能家居领域。 3. 智能家居控制系统设计基于FPGA的智能家居控制系统主要包括三个模块：传感器模块、控制模块和通信模块。 3.1 传感器模块传感器模块用于采集家庭中的各种环境信息，如温度、湿度、光照等。常用的传感器有温度传感器、湿度传感器和光敏传感器等。传感器模块将采集到的信息通过FPGA进行处理和分析，并传递给控制模块。 3.2 控制模块控制模块是智能家居控制系统的核心部分，通过识别传感器传递过来的数据，实现对家庭设备的智能控制。控制模块根据不同的需求，设计相应的算法和逻辑，将其烧录到FPGA中进行

运行。控制模块可以实现对灯光、空调、窗帘等设备的控制，提高家居的智能化程度。 3.3 通信模块通信模块用于实现智能家居控制系统与用户之间的交互和远程控制。通信模块可以采用无线通信技术，如Wi-Fi或蓝牙，将用户的指令传递给FPGA控制模块，并接收来自控制模块的状态反馈，实现智能家居的远程监控和控制。 4. 系统性能与功能实现 4.1 系统性能基于FPGA的智能家居控制系统具备以下性能特点： - 实时性：由于FPGA的并行处理能力和高速时钟频率，系统能够快速响应各种控制指令，确保智能家居的实时性。 - 稳定性：FPGA具备抗干扰能力强、可靠性高等特点，系统能够稳定运行，避免出现故障和中断。 - 灵活性：FPGA的可定制性强，可以根据不同家庭的需求进行灵活的编程和配置，实现个性化的智能家居控制。 4.2 功能实现基于FPGA的智能家居控制系统可以实现以下功能： - 环境监测和调节：通过传感器模块采集家庭环境的温度、湿度等信息，并根据设定的阈值进行自动调节，提供舒适的生活环境。 - 安防监控：通过摄像头和传感器等设备，实现对家庭安全的监控和报警功能，保障家庭成员的安全。 - 能耗管理：通过控制家庭设备的开关和工作模式，实现对能源的合理利用和节约，降低家庭的能耗。 - 远程控制：通过手机等设备，远程控制智能家居中的各种设备和功能，方便用户随时随地进行操作和管理。

基于FPGA的智能温度采集控制器

基于FPGA的智能温度采集控制器摘要：温度的监测与控制，对于工业生产的发展有着非常重要的意义。分析并设计了基于数字化一线总线技术的智能温度测控系统。本系统采用FPGA 实现一个温度采集控制器，用于传感器和上位机的连接，并采用微软公司的Visual C++作为开发平台，运用MSCOMM 控件进行串口通信，进行命令的发送和接收。关键字：一线总线；异步通讯；FPGA；MSCOMM 1 引言目前基于智能温度传感器DS18B20 的测温设计大多是单片机程序。本课题尝试使用FPGA 芯片进行设计。FPGA 内部有丰富的触发器和I/O 引脚，同时具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，极大地提高了设计的灵活性和通用性，更适用于电子系统的开发。如果用户需求量非常大，采用ASIC 流片能极大地节省成本，经济效益十分显著。FPGA 可做其它全定制或半定制ASIC 电路的中试样片。鉴于此，本课题使用硬件描述语言设计FPGA 控制器来实现传感器控制，同时用VC 来实现用户控制界面。一线总线(l-wire)传感器的出现(如DS18B20)，使得在仓库、工厂、楼宇等需要实时测温的网络布线得以大大改善。在大体积混凝土的建造过程中，为了防止混凝土的开裂而造成工程的失败，需要对若干点的温度进行实时监控。由于施工现场的限制，使得可利用的布线区域越简单越好。与此同时，现场温度的采集与控制也有一定的要求。这时就可以在需要的测温点横向或纵向构成多层网络，而各个一线总线传感器直接挂接在上面即可。而对于每层的温度采集和控制则可以由“FPGA控制器”去实现，使用和拆卸都很方便。并且由于FPGA 移植性好、升级方便，对于各企业的成本也可以大大降低。随着FPGA 的进一

基于FPGA的温度控制系统设计[开题报告]

开题报告电子信息工程基于FPGA的温度控制系统设计

温度控制系统的前级采用LM35型模拟集成温度传感器来采集温度信号并转化为电压信号，再经过前级放大后送入ADS7886采样输出数字信号，将得到的数字信号送入FPGA器件。FPGA 器件设计主要分解为3大模块：数据采集模块、时钟定时模块及温度控制模块，最后通过端口映射的方法，完成整体的设计。三大功能模块均用VHDL语言编程，也可通过图形输入法设计，FPGA是系统的核心，在QuartusII开发平台上实现三大功能模块。预期目标：采用温度传感器、放大器、A /D转换器和控制器FPGA等构成智能温度控制器的硬件电路, 应用VHDL语言进行模块化设计，然后在 QuartusⅡ环境下进行编译和仿真证明每个模块均能准确地完成其逻辑功能。验证设计方案的可行性及实验方法的有效性。达到温度的实时显示，4位数码显示管显示温度，能显示更精确的温度。通过键盘输入信号到控制器实现对温度的升降，使温度保持在±0.5℃误差范围内。三、课题研究的方法及措施系统设计基本原理示意图： 1、熟悉QUARTUS II软件环境，QUARTUS II支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。 2、设计温度控制系统的各个模块，包括数据处理模块、时钟定时模块、温度控制模块等。将经过单元测试的模块放在一起形成一个模块联调。模块联调的目的是测试模块间接口的正确性。 3、对各个功能模块进行编译并仿真，确保所有模块都是准确的。 4、根据电路板的实际情况，锁引脚，下载至电路板，观察温度控制系统的实际情况。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2011年10月10至2012年4月20日。

基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计

基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计概述本文将详细介绍基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计。该系统由FPGA、温度传感器和报警器等组成，可以实时采集环境温度数据并进行处理，同时还可以根据设定的报警阈值进行温度报警。该系统具有实时性、准确性和灵敏度高等优点，在工业、仓储等领域有广泛应用价值。设计方案系统硬件设计智能温度传感器智能温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，其精度高、体积小、响应速度快、使用方便等优点，能够满足系统的需要。传感器输出数字量信号，可通过FPGA进行处理并转化为模拟量信号。 FPGA FPGA是本系统的核心部件，负责实现数字信号处理和温度阈值报警功能。我们选用Xilinx Spartan-6系列FPGA，其具有高速、低功耗、可编程等特点，同时还有丰富的外设资源可以扩展。报警器为了保证报警的及时和可靠性，我们使用了声光报警器，其能够在温度超出设定阈值时及时报警。系统软件设计 VHDL设计我们采用了VHDL语言对系统进行设计，通过其高级抽象、可移植性强等特点，实现了可适应性强、代码简洁的设计。其中，数字信号处理主要包含数据的采集、过滤和频率变换等部分；温度阈值报警主要包含数据的计算和闸门控制等。界面设计为了让用户更加便捷地使用该系统，我们设计了简洁明了的界面，包括温度值显示、报警阈值设置和报警状态等。

系统实现硬件实现按照上述设计方案，我们完成了硬件电路的设计，其中智能温度传感器采用了标准接口，与FPGA连接顺畅稳定。报警器也能有良好的响应效果。软件实现通过VHDL语言，我们完成了数字信号处理和温度报警部分的代码编写，在模拟器中进行了仿真和调试，并进行了综合和布局。最终在FPGA平台上进行了验证，并与界面进行了充分交互。结果分析经过系统实现，我们完成了一个基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计。在实际测试中，该系统具有所需的准确性、灵敏度和实时性等特点，能够实时采集环境温度并进行温度阈值报警。同时界面简洁、易操作，用户体验良好。结论本文详细介绍了基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计方案和实现过程，并对结果进行了分析和总结。该系统在实际应用中具有广泛的应用价值，特别是在工业、仓储等领域，可以提高生产效率和安全性。

基于FPGA多点温湿度检测系统的设计—开题报告

毕业设计 (论文)开题报告机电与信息工程学院电气工程与自动化专业课题名称：基于FPGA的多点温湿度检测系统设计专题题目：基于FPGA的多点温湿度检测系统设计毕业设计(论文)起止时间： 2013 年3月7 日～ 6 月7 日(共18 周)学生姓名：丁军伟学号：0910420105 指导教师：魏幼平报告日期： 2013年3月7日

说明： 1.本报告必须由承担毕业设计(论文)课题任务的学生在开学的第2周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 2.每个毕业设计(论文)课题撰写本报告一份，作为指导教师、系主任审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并接受学院的抽查。 3.开题报告采用B5纸型，双面打印。 2

一．课题研究背景在工业化程度越来越高的今天，工业环境的温湿度成为机器设备正常工作必不可少的重要条件。为保证机器设备正常运行，需要有一个良好的工作环境，开发一套新的温湿度的监测系统是非常有必要的，合理正常的温湿度环境是设备正常运行的重要保障。随着计算机技术的不断发展和计算机系统的广泛使用，作业环境必须满足设备对温度、湿度等技术要求。工业环境的温度和湿度作为设备正常运行的必要条件，我们必须在工业环境的合理位置安装温湿度传感器，以实现对温度、湿度进行24小时实时监测，并能在中控室的监测主机上实时显示各个位置的温湿度测量值。一旦数值出现超出预设温湿度上下限，在监测主机上可以通过改变相应位置数值颜色来报警。嵌入式系统发展朝着小体积、低功耗、高性能的趋势发展。MCU、DSP和FPGA 三种处理器在现代嵌入式系统中扮演的角色呈现三分天下的局面，它们各自具有独特的优势而在某些方面又有不足。基于51单片机等处理器的温湿度检测系统，在控制和处理人机接口领域占据绝对的领先优势；然而在海量数据处理方面的能力不足，就目前的工业检测环境来看，已经不能得到满足。FPGA在高速复杂逻辑处理方面独占风骚，并且最近义军突出，凭借其超大规模的单芯片容量和硬件电路的高速并行运算能力，在处理信号方面也显示出突出的优势，所以利用FPGA在SOPC 上开发一种新的温湿度检测系统成为可能，并可能成为一种趋势。 3

基于FPGA的远程温湿度监测系统设计与实现

基于FPGA的远程温湿度监测系统设计与实现刘明波;顾夏华;周琳琦【摘要】This article introduces the design process of long-distance temperature and humidity watching system based on FPGA, and puts forward the system design frame centered with FPGA of "temperature and humidity acquisition+logical control+ data processing-f- net interface control". The system using the technology of Altera SOPC to construct NiosⅡ CPU which embeds Real - system μC/OS- Ⅱ within FPGA, and μC/OS-Ⅱ finishes the management of temperature and humidity s ensor SHT11 and net controller DM9000A, thereby finishes the long-distance real-time watching of environmental temperature and humidity. More than 3000 hours' Tests show that system has high detection precision and sensitivity, occupies fewer resources, and works stably. The system satisfies the requirement.%介绍了一种基于FPGA (Field Programmable Gate Array)的远程温湿度监测系统的设计过程,给出了以FPGA为核心构建的“温湿度采集+逻辑控制器+数据处理+网络接口控制”的系统硬件设计结构;利用Altera SOPC (system on programmable chip)技术,在FPGA内部构建Nios Ⅱ CPU,并内嵌实时内核μC/OS- Ⅱ实现对温湿度传感器SHT11、网络控制器DM9000A的任务调度和管理,从而完成对环境温湿度的远程实时监测；经过近3000小时的测试表明,系统检测精度高,占用资源少,灵敏度高,工作稳定可靠,满足功能需求. 【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2011(019)011

基于FPGA的温控系统的设计

综合电子系统设计报告实验名称：基于FPGA的温控系统的设计班级：电子1202 学号：姓名：＿＿指导教师：前言基于FPGA与温度传感器DS18B20设计实现了单回路水箱温度PID 控制系统。软件主要包括PID控制算法及PWM波产生模块、DS18B20驱动模块、数码管显示驱动模块等3个模块。仿真结果验证了设计的正确性。实验结果说明，系统输出温度到达微小超调的稳定控制要求，表达了该设计方法的有效性和实用性。基于微处理器的温度控制系统改变了传统模拟温度控制系统参数整定不灵活的问题。但是常规微处理器无法防止在恶劣环境下程序跑飞的问题。利用FPGA实现温度控制系统的设计，不仅可以提高系统的运算速度、减小系统的体积，还可以增强系统的可靠性，具有较强的应用前景。本设计首先针对Altera公司的CycloneII系列FPGA芯片,基于QUARTUSII软件,采用verilogHDL编程设计了主要包括PID控制算法及PWM波产生模块、DS18B20驱动模块、数码管显示驱动模块等功能模块程序。然后用Modelsim软件仿真验证了各模块的正确性。最后以水箱为被控对象，以目前市场上性价比拟高的FPGA芯片

EP2C8Q208C8为核心器件,结合温度传感器DS18B20、键盘、数码管以及固态继电器等器件设计实现了单回路水温PID控制系统。在控制温度为30~90℃的实验条件下，误差小于1℃,系统输出温度到达微小超调的稳定控制要求。关键词：FPGA DS18B20 PID PWM波一、方案设计 1、方案设计比拟温度传感器模块设计方案一：采用热敏电阻pt100。这种电阻输出的是模拟量，所以硬件构造较复杂,需要用到桥式电路将采集到的温度转化为电压输出，而且为了实现AD转化，还要加放大电路。另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感

基于FPGA的温度检测系统设计

湖北民族学院科技学院信息工程学院数字系统与Verilog设计报告题目：基于FPGA的温度检测系统设计姓名：学号：指导老师： 2014/6/23

摘要本文利用数字温度传感器DS18B20的数据接口和特点，阐述了一种基于现场可编程门阵列( FPGA)控制DS18B20的方法。使用FPGA作为控制器，严格控制DS18B20 的时序，在单总线上实现读写功能，完成测量数字温度的功能。将测量的二进制数转换为BCD码，并通过数码管显示。系统设计使用Verilog 语言。关键字：数字温度传感器，数字温度检测，FPGA，Verilog语言

目录摘要........................................................... I 1 引言 (1) 2 设计实现 2.1 FPGA简介 (2) 2.2 DS18B20的通讯协议 (2) 2.2.2 写时序 (3) 2.2.3 读时序 (3) 2.3 电源连接 (5) 3 模块设计 3.1 DS18b20驱动模块 (6) 3.2 温度数据处理模块 (7) 3.3 温度显示模块 (7) 4 整体模块连接 (9) 5 结束语 (10) 参考文献 (11)

1 引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。 FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。随着温度检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计利用数字温度传感器DS18B20的数据接口和特点。使用FPGA作为控制器，严格控制DS18B20 的时序，在单总线上实现读写功能，完成测量数字温度的功能。将测量的二进制数转换为BCD码，并通过数码管显示。随着人们生活水平的不断提高，FPGA控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 21世纪科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的主流之一，被广泛的应用于生产的各个领域。

基于FPGA的温度控制系统设计【毕业作品】

BI YE SHE JI ( 届) 基于FPGA的温度控制系统设计 (英文) Design of Temperature Control System Based on FPGA 所在学院电子信息学院专业班级电子信息工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月日

摘要温度控制是工业控制的主要对象之一，温度控制在工业、农业以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，这就使得对温度控制装置，特别是那些具有通用性、宽量程、高精度、实时性的先进的温度控制系统的需求不断增加。目前市场上多采用单片机系统来对温度进行智能控制，其缺点是远程控制系统复杂，传递不及时，精度不够等缺点。本文针对温度的控制，设计一种基于FPGA的模糊控制器，实现室内温度的智能控制。首先使用MATLAB完成模糊控制器的设计与仿真，随后在Xilinx公司FPGA 设计平台Xilinx ISE 10.1上完成了VHDL代码编写，并给出了在ModelSim上的仿真结果，仿真结果满足控制要求。因此该模糊控制器对于非线性、大时滞、物理模型不精准的室内温度控制具有良好的控制效果。关键词：温度控制；FPGA；模糊控制器；MATLAB仿真

Abstract Temperature control is one of the main targets in industrial control, which plays an increasingly important role In industry, agriculture and people's daily life. So the requirement of the temperature control device that possess versatility, wide range, high precision, real-time is demand increasingly. Currently on the market intelligent temperature control based on MCU system has some shortcomings, for example high complexity for remote control, poor in precision and real-time performance. Design of a temperature fuzzy controller based on FPGA is introduced in paper, which meets indoor temperature control. Fuzzy controller design and simulation are completed using MATLAB. The VHDL code of fuzzy controller is compiled in Xilinx platform FPGA company Xilinx ISE 10.1, and simulation results based on ModelSim are present, the results show that temperature fuzzy controller meet requirements. The proposed control scheme has good strong robustness for nonlinear, large time delay, imprecise physical model of the indoor temperature environment Keywords: temperature control; FPGA; fuzzy controller; MATLAB simulation