基于無葉風(fēng)扇控制器的設(shè)計及應(yīng)用

摘 要：無葉風(fēng)扇控制器的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)時壓強(qiáng)，設(shè)定壓強(qiáng)，該設(shè)計中使用成品壓強(qiáng)傳感器，對壓強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時采集，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

中圖分類號：TM925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0110-02

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)過一個小口“刷”干手上的水，空氣增倍機(jī)是讓空氣從一個1.3 mm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，時速可增至35 km。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 總體設(shè)計思想

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，F(xiàn)PGA通過接收各個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)計框圖如（圖1）所示。

1.2 系統(tǒng)總機(jī)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求的基本功能，本系統(tǒng)必須包含四個基本功能模塊：FPGA控制模塊、壓強(qiáng)采集模塊、風(fēng)扇控制模塊和顯示模塊。

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)的功能同時能夠達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)，本系統(tǒng)必須包含以下功能模塊。

（1）復(fù)位電路：實(shí)現(xiàn)FPGA的復(fù)位控制。

（2）振蕩電路：提供所需的FPGA時鐘頻率。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計原理

本系統(tǒng)的外圍電路相對比較復(fù)雜，功能的實(shí)現(xiàn)主要是從外部獲取控制信號之后在FPGA中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理完畢之后FPGA便將控制信號輸出到報警電路進(jìn)行報警，將顯示數(shù)據(jù)輸出到顯示電路進(jìn)行顯示。所以本系統(tǒng)的FPGA數(shù)據(jù)處理方面的程序相對比較復(fù)雜一些，所有的感應(yīng)信號和顯示數(shù)據(jù)的處理和輸入控制都是在FPGA中進(jìn)行處理，這就要求在設(shè)計程序的時候要認(rèn)真思考FPGA管腳的分配問題。

2 系統(tǒng)電路模塊

2.1 DCP-100-LX9 FPGA核心板

型號：DCP-100-LX9

名稱：FPGA 核心板

說明：此模塊的FPGA芯片采用XILINX 公司的XC6SLX9，配置方式JTAG全部引出，芯片時鐘為100MHz。外圍器件有：FLASH芯片W25Q128BV、EEPROM芯片M93C66、串口通訊芯片MAX3232、USB轉(zhuǎn)串口芯片PL2303。線路板上以扁平帶方式引出72路IO口分9組，分別為JA-JG，方便與外圍電路數(shù)據(jù)地址線連接。

2.2 CGQ-002-A壓力檢測電路

型號：CGQ-002-A

名稱：壓力檢測電路

說明：傳感器采用摩托羅拉公司的高性能擴(kuò)散硅壓力傳感器MPX53DP并通過專門的保護(hù)支座安裝在線路板上。處理電路采用由運(yùn)放構(gòu)成的兩級放大電路實(shí)現(xiàn)對信號的放大、調(diào)理。該模塊可用DC12V供電，輸出為模擬量信號。

2.3 顯示電路

數(shù)碼管顯示的LED八段顯示器由8個發(fā)光二極管組成。基中7個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。

在選用共陰的LED時，只要在某一個發(fā)光二極管加上高電平，該二極管即點(diǎn)亮，反之則暗。而選用共陽極的LED時，要使某一個發(fā)光二極管發(fā)亮，則需加上低電平，反之則暗。為了保護(hù)各段LED不受損壞，需要外加限流電阻。為了要顯示某個字型，則應(yīng)使此字形段的相應(yīng)點(diǎn)二極管點(diǎn)亮，也即送一個不同的電平組合代表數(shù)據(jù)來控制LED顯示的字型，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。本電路采用共陰極接法。

單片機(jī)驅(qū)動LED顯示有很多方法，按顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)沒有變化，就無須理睬數(shù)碼顯示管。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨(dú)具有鎖存功能的型代碼。這樣單片機(jī)只要把顯示的字型數(shù)據(jù)代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示要發(fā)送的字型。當(dāng)需要要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機(jī)再發(fā)送新的字型碼。

另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫字段（a～g和dp）同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨(dú)立接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器接受相同的字型碼，但究竟使哪一位則由I/O線決定。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制每個顯示器的COM端，使每個顯示器輪流電亮。在輪流點(diǎn)亮過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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