基于無(wú)葉風(fēng)扇控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘 要：無(wú)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(duì)無(wú)葉風(fēng)扇的閉環(huán)控制，提供了一個(gè)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(shí)壓強(qiáng)，設(shè)定壓強(qiáng)，該設(shè)計(jì)中使用成品壓強(qiáng)傳感器，對(duì)壓強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，使用紅外傳感器采集人體信號(hào)信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)停機(jī)，有人自動(dòng)開(kāi)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(cè) 人體檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0110-02

無(wú)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(wú)葉片，不會(huì)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(guò)一個(gè)小口“刷”干手上的水，空氣增倍機(jī)是讓空氣從一個(gè)1.3 mm寬、繞著圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的切口里吹出來(lái)。因空氣是被強(qiáng)制從這一圓圈里吹出來(lái)的，通過(guò)的空氣量可增到15倍，時(shí)速可增至35 km。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)思想

以FPGA為控制中心，外部傳感器為檢測(cè)元件，通過(guò)按鍵控制其無(wú)葉風(fēng)扇的風(fēng)速與開(kāi)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(guò)接收各個(gè)壓力傳感器的返回狀態(tài)值來(lái)進(jìn)行風(fēng)速的控制，紅外人體檢測(cè)電路判斷是否人，來(lái)進(jìn)行風(fēng)扇的開(kāi)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(jì)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(jì)要求的基本功能，本系統(tǒng)必須包含四個(gè)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(hào)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(guò)，并形成電平信號(hào)輸出，對(duì)風(fēng)扇的實(shí)時(shí)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(shí)能夠達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)鐘頻率。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)的外圍電路相對(duì)比較復(fù)雜，功能的實(shí)現(xiàn)主要是從外部獲取控制信號(hào)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(hào)輸出到報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)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(duì)比較復(fù)雜一些，所有的感應(yīng)信號(hào)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(jì)程序的時(shí)候要認(rèn)真思考FPGA管腳的分配問(wèn)題。

2 系統(tǒng)電路模塊

2.1 DCP-100-LX9 FPGA核心板

型號(hào)：DCP-100-LX9

名稱：FPGA 核心板

說(shuō)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(shí)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(cè)電路

型號(hào)：CGQ-002-A

名稱：壓力檢測(cè)電路

說(shuō)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(guò)專門(mén)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(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大、調(diào)理。該模塊可用DC12V供電，輸出為模擬量信號(hào)。

2.3 顯示電路

數(shù)碼管顯示的LED八段顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。基中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)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(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱之為共陽(yáng)極LED顯示器；另一種是8個(gè)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(shí)，只要在某一個(gè)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(yáng)極的LED時(shí)，要使某一個(gè)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(gè)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(gè)不同的電平組合代表數(shù)據(jù)來(lái)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(dòng)LED顯示有很多方法，按顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)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(shí)再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，就無(wú)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(shí)間少。靜態(tài)顯示中，每一個(gè)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(shí)，單片機(jī)再發(fā)送新的字型碼。

另一種方法是動(dòng)態(tài)掃描顯示。動(dòng)態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個(gè)筆畫(huà)字段（a～g和dp）同名端連在一起，而每一個(gè)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(shí)，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(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法輪流控制每個(gè)顯示器的COM端，使每個(gè)顯示器輪流電亮。在輪流點(diǎn)亮過(guò)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(jué)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)。

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