基于fpga的智能温度控制系统的设计

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基于 FPGA 的多通道自动温度控制设计

基于 FPGA 的多通道自动温度控制设计
( L Y 1 3 F 0 5 0 0 0 7 ) 。
制算法和增量式 P I D控制算法 。本设计中需要 的不是控制量的绝 对值 , 而是其增量 , 所 以采用 增量式 P I D控制算法。与位置式算法相 比, 不 容易产生较大的积累误差且当存在误差或精度 不足时, 对控制 量计算 的影 响较小。求得输 出

, , 、
方法逼近, 用离散 的差分方程代替连续的微分
方 程 。其 离 散化 之后 的差 分 方程 为 :
“ ( ) K ; e ( ) + ∑e ( )=
‘ =0
( £ ) = ) + K ; f e ( £ ) d £ + K 5 。
收 稿 日期 : 2 0 1 3— 0 1 — 0 9
但很 多 情 况 下 , P I D控 制 器 并 不 一 定 需要 全 部 的三 项 控 制 作 用 , 而 是 可 以方 便灵 活地 改
终的误码率和成码率。而温度是它们的一个敏
感 因素 , 特 别是 在 自由空 间的 量 子 密钥 分 配 系 统 中。温度 的 变化将 影 响激 光器 的 波长 和探 测 器 的探测效 率 … 。为 保 证 系 统 的稳 定 性 , 本 文
基于 F P GA 的 多 通 道 自动 温 度 控 制 设 计
林 泽洪 , 刘尉 悦, 李宠, 蒋志迪 , 赵双强, 姜玮
( 宁波大学信 息科学与工程学院 , 浙江宁 波 3 1 5 2 1 1 )
摘要: 介绍 了一种基 于 F P G A的多通道 自动温度控制设 计 , 对 自由空间量子密钥分发 系统 中的 4路 激光器 和 4路单光子 探测器进行温度控 制。测试 结果显示 , 该设计 的温控精 度优 于 0 . 0 5 %。可 以满足 系统的温控要求 。 关键词 : 比例 一积分 一微 分 ; 多通道 温度控 制 ; 量子密钥分配 ; 现 场可编程 门阵列

基于FPGA的温控系统在制冷工况中的应用研究

基于FPGA的温控系统在制冷工况中的应用研究
包 妍 , 袁 宏 高 明亮。杜士鹏 , ,
( . 阳工 业 大 学 电气 S 程 学 院 , 宁 沈 阳 10 3 ;. 阳7 程 学 院 自控 系 , 宁 沈 阳 10 3 ) 1沈 - 辽 116 2 沈 _ - 辽 116
摘 要 : 过 研 究 实现 了工 况 制 冷环 节 中 , 于 F G 的 温度 控 制 系 统 。该 系 统 主 要 由 温度 采 集 电 路 单 元 、P A 通 基 PA FG 控 制 单 元 构 成 。 系 统采 用 直 接 输 出数 字 量 的 D 1B 0 温 度 传 感 器 ,其 输 出量 为 频 率 脉 冲 信 号 ,能 够 减 小 测 量 误 S8 2
l 温度采集电路单元

传 统 模 拟 信 号 温 度 检 测 通 常 使 用 热 敏 电 阻 等 器 件 作 为 感 温 元 件 , 类 器 件 需 A D转 换 等 后 续 处 理 电 这 / 路 , 可靠 性 相 对 较 差 , 用 中 需 要 解 决 引线 误 差 补 偿 、 点 测 量 误 差 和 放 大 电 路 零 点 漂 移 误 差 等 技 术 问 且 使 多
作者简介 : 包妍 (9 9一) 女 , 17 , 辽宁沈阳入 , 沈阳工程 学院 自控 系教 师, 阳工业大 学硕 士研 究 生, 沈 从事 电力 系统 自
动 化 、 用 电子研 究 。 应 中 图分 类 号 :P 1. 1 文 献标 识 码 : 文章 编 号 :0 5— 0 3 2 1 )6— 0 6— 3 收 稿 日期 : 1 0 2 T221 A 29 0 6 (00 0 0 2 0 2 0— 6— 9 0
2 6
感 器 DS 8 2 1 B 0。它 具 有 超 小 体 积 , 低 硬 件 资 源 占用 率 , 干 扰 能 力 强 , 度 高 , 加 功 能 强 等 诸 多 优 点 。 超 抗 精 附

基于FPGA的核磁共振录井仪智能温控系统的研制

基于FPGA的核磁共振录井仪智能温控系统的研制

基于 F P GA 的核 磁 共振 录 井仪 智 能 温 控 系统 的研 制
蔡剑 华, 胡惟 文
( 湖南文理学 院信 息研究所 , 湖南 常德 4 1 5 0 0 0 )
摘要 : 根据核磁共 振录井仪 磁体对 温度场 的要求 , 研制 了一种基 于 F P G A的智 能温控系统 , 给 出 了 系统结构 、 工作原理 和软件控 制流程 , 并 对应用效果进 行 了实验研 究。温 控 系统采 用 P I D算法 控制 , 测
编程语言和 自顶 向下的设计 方法 , 使 用模块化
设计 , 可实现在线编程 , 从而有效地减少系统 的 体积 , 降低研制成本 , 并且能够对控制逻辑进行
收稿 日期 : 2 0 1 3— 0 7—1 6
修改升级 , 十分灵 活。 温度采集子系统中的温度传感器采用直接 输出数字量的 D S 1 8 B 2 0温度传感器。D S 1 8 B 2 0 是美国 D a l l a s 半导体公 司生产 的高精度数字式 温度传感器 , 它具有超小体积, 超低硬件资源 占
了一种基于 P I D算法控 制 的智 能温 度控制系 统, 给出了系统结构 、 实 现原理 和软件控 制流
孔隙度 、 渗透率 、 可动 流体 等物理参数 , 近 年来 被广泛应用在各大油 田¨ J 。而核磁共振录井 测得的 回波 串信号受到前 置放 大器性能 、 电路 板的电磁耦合 、 永磁体 的均匀度 、 磁体周边温度
系统结构如图 1 所示 , 主要 由温度传感器 、 F P G A控制器 、 加热系统 、 液晶显示器和键盘组 成, 分别完成对温控对象的温度检测采集 、 数据 和算法处理 、 加热 、 显 示和参数 的设定 。F P G A
控制器作 为电路 的核心 , 控制完成温度 的采集

基于FPGA的温度模糊控制器的实现

基于FPGA的温度模糊控制器的实现
Ab s t r a c t : A t e mp e r a t u r e f u z z y c o n t r o l l e r i s r e a l i z e d u s i n g a n e w h a r d w a r e p l a f t o r m F P G A. At i f r s t ,t h o u g h t a n d p i r n c i p l e o f
首先 通 过 传 感 器 ( 下文用的是 D S 1 8 B 2 0 ) 把 检 测 到 的 物 理
信 号 变成 精 确 的数 字 信 号 , 精 确 的输 入信 号输 入 控 制 器 后 , 把
精 确 的输 入 量 转 换 成 为模 糊 集 合 的 隶 属 函数 。 这 就 是 所 谓 的 模糊化 , 模 糊 化 的 目 的是 把 传 感 器 的输 入转 化 成 知 识 库 可 以 理 解 和操 作 的 变 量 格 式 ; 然后 , 根 据 专 家 的 经 验 制 定 出模 糊 控制规 则 , 并进行模 糊推理 , 得 到 一 个 模 糊 输 出集 合 ; 最后 , 根 据 模 糊 推 理 得 到 输 出模 糊 集 合 隶 属 函数 , 用恰 当 的 方 法 找
彭 成功 ,刘艳 萍 ,朱紫螈
( 河 北 工 业 大 学 信 息 工程 学 院 ,天 津 3 0 0 4 0 1 ) 摘 要 :在 F P G A 平 台上 实现 了一 种 温 度 模 糊 控 制 器 , 首 先 对 模 糊控 制 系统 的 思 想 和 工 作 原 理 进 行 了分 析 , 然后使 用 Q u a r t u s i i 和 mo d e l s i m 对 整 个 系统进 行 设 计 和仿 真 . 最后在 F P G A 中 实现 。结 果表 明 , 该模 糊控 制 系统设 计 可行 , 并 可

基于FPGA的温度控制系统设计与实现

基于FPGA的温度控制系统设计与实现

[ 关 键 词 ] FG P A; V ro D ; PD控制 ; D 1B 0 测温 el H L ig I S82 ; 【 中图分类号] T 2 3 P7 [ 文献标识码] A
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 处理器无法避免在恶劣环境下程序跑飞的问题。利用 F G P A实现温度控制系统的设计 , 不仅可以提高
位置型数字 PD控制算法如式 ( ) I 2
( ): [( )+ 后 e尼

()+ 。

() 2
| ()+ :( + ek ek 1] j k k e ) k[()一 ( 一 ) } e
收稿 日 2 1 — 1 3 期: 0 1 — 0 0
基金项 目: 陕西省教育厅基金资助项目(9K 7 ) 0J38 。
1 1 P D控 制 器的 实现 . I
常规 PD控制器结构清晰 、 I 参数调节方便、 鲁棒性强 , 并且算法简单高效 , 在工业现场是应用最广泛
的控制器。模拟 PD控制表达式如 I
() [ )+ t
eT d ( ) r+

() 1
其 中, 为比例增益 , 为积分时间常数 , 为微分时间常数 ,() , t - () e£ =- ) y £为偏差 , () ( u t为控制量。
V0 . 7 No 2 12 .
第 2 卷第 2期 7
[ 文章编号]6 3 2 4 (0 1 0 0 1 o 17 — 94 2 1 )2— 05一 5
基于 F G P A的温 度控制 系统设计 与实现
王春 侠 聂 , 翔2
(. 1陕西理工学 院 电气 工程 系 , 陕西 汉 中 730 ; . 203 2 陕西理工学 院 电信工程系 , 陕西 汉 中 730 ) 203

基于FPGA的PID温度控制系统的设计与实现

基于FPGA的PID温度控制系统的设计与实现
温度 控制系统 中被广泛采用.
() 中, 2式 T为采样 周期 , k为采样 序号. 1 式 、2 由( ) ( )
式可得数字式 PD算 法公 式为 : I
基于微处理器 的数字 PD控制改变了传统模拟 PD控 I I
制参数调 整不灵活 的问题 , 但用微 处理器 来实 现温度 的控 制时, 实现 的是 PD软算法 , I 微处理器 中的程序 在恶劣环境 下运 行时可能产生跑 飞的现象 , 引起输 出值 的大 幅度变 会
PD算法结构 清晰 , I 参数 可调 , 算法 简单 高效 , 可在 现 场根据实际来调节 比例 、 积分 、 微分三个参 数来达到较好 的
控制效果 , 在温度控制系统中被广泛采用. 完整 的模拟 PD I
度进行 比较 , 所得 差值经 PD算法处 理后输 出给 P I WM 模
块. 3 在 P ( ) WM模块 中, 根据 PD运算得 出的控制量 , I 控制 P WM波的输 出 占空 比 , 而控 制控 温 装 置 的加 热 功 率. 从
成 本 和 时 间 等 优 点 . 此 利 用 F G 实 现 温 度 控 制 系 统 具 因 PA
有较大 的应用价值 . 1 数 字 PD算法的原理 I
量, 采集 输 入 到 F G P A进 行 处 理 , 理 过 程 包 括 : 1 将 处 () L C23 T 19 采集 到的数 字量 转化 为温度 值输 出, 时显示设 同 定 的目标温度值 2 将所 测 的实际 温度 与设 定 的 目标 温 ()
( : [( - u ) [( ( = P )+T Ze ) P )+』 。 ()+
.பைடு நூலகம்

( 3 )
即:
“ k ek ( )= ( )+K e k [( )一 ( 一1 ] ( )+ e k e k )

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

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。

FPGAFPGA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。

FPGA设计方案

FPGA设计方案

FPGA课程设计题目:全天候温度纪录仪旳设计与FPGA实现姓名:学号:院系:信息科学与工程学院专业:计算机技术摘要本设计有效旳克服了老式旳数字温度计旳缺陷,采用自上而下旳设计思路,绘制出了系统构造流程图,最后又在硬件上通过对其进行调试和验证。

基于FPGA在Quartus II13.0软件下应用Verilog HDL语言编写程序,采用ALTRA公司Cyclone- IV系列旳EP4CE40F23I7 芯片进行了计算机仿真,并给出了相应旳仿真成果。

该电路可以实现较好旳测温功能。

核心字:数字温度计;FPGA;Quartus II130.;Verilog HDL;EP4CE40F2317AbstractThis design effectively overcomes the traditional digital thermometer’s wea knesses and takes a top-down approach to design flow chart of system, and fi nally pass the circuits to the hardware to debug and verify it. This design is b ased on FPGA using Verilog HDL language to write program in Quartus II sof tware, adopting EP4CE40F23I7 chip of Cyclone- IV series of ALTRA company for computer simulation and at the same time showing the corresponding sim ulation result. This circuit is able to carry out excellent temperature- measurem ent function.KeyWords:Digital thermometer;FPGA;Quartus II 13.0;Verilog HDL ;EP4CE40F2317目录一、设计规定 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 选题背景 (1)1.3 设计规定: (1)二、系统设计 (2)2.1 系统设计图 (2)2.2 系统设计阐明 (2)三、硬件设计 (2)3.1 FPGA简介 (3)3.2 LCD1602液晶显示 (5)3.3 DS18B20温度传感器 (7)3.4 AT24C02读写模块 (9)3.5 按键模块设计 (10)四、软件设计 (11)4.1 Quartus II软件简介 (11)4.2 系统架构图 (12)4.3 系统控制器 (12)4.4 系统调试 (13)五、代码附录 (13)5.1 顶层模块 (13)5.2 LCD驱动部分代码 (15)5.3 DS18B20驱动模块 (16)全天候温度纪录仪旳设计与FPGA实现一、设计有关1.1 设计题目全天候温度纪录仪旳设计与FPGA实现1.2选题背景当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化旳方向发展。

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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。

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