《智能风扇控制器的设计毕业设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能风扇控制器的设计毕业设计.pdf（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1/40摘摘要要电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。利用温度传感器采集环境信息，实现对环境温度信息的采集并控制风扇风扇；设计了按键开关，控制智能风扇的风速，可以在手动和自动控制方面来回切换。随着信息化时代的来临，温控风扇在日常生产生活中也变得十分常见。温度是在工业生产经常需要
2、被控制的参数，因为温度的不同很容易造成生产产品不合格，而采用微控制器和 FPGA 来控制温度已经成为工业控制的主流。在日常生活中，对于温控风扇的温控精度要求也愈加严格。ACSI 和 FPGA 技术的发展也对温控风扇的控温技术进行着更大的变革。本次设计的智能温控风扇控制器采用当前炙手可热的 FPGA 作为控制器，采用温度传感器采集温度，具备显示电路，能够实现根据温度进行自动风扇风速控制，并具备手动控制风扇风速的功能，设计简洁大方，功耗较低，具有很好的实用价值。尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的，最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区
3、，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。随着现代社会中的生产以及人们的日常生活的提高,智能风扇得到广泛的应用。如工业生产中大型机械散热系统中的风扇、现在笔记本电脑上的广泛应用的智能 CPU 风扇等。本文设计了基于 FPGA 温控风扇系统,采用FPGA 作为控制器,利用温度传感器作为温度采集元件,并根据采集到的温度,通过集成板块驱动风扇电机。
4、并能根据温度的变化自动改变风扇电机的转速,同时在显示器上显示检测到的温度与设定的温度。关键字：FPGA；温控风扇；显示2/40目录目录摘要.1第第 1 1 章章引引言言.1 11.1设计概述.11.2设计目标与意义.11.3本设计的国内外研究现状.21.4章节安排.3第第 2 2 章章整体方案设计整体方案设计.4 42.1设计任务分析.42.2方案论证与选择.42.2.1方案一.42.2.2方案二.42.3方案确定.5第第 3 3 章章硬件设计硬件设计.6 63.1原理分析.63.2按键电路设计.63.3LED 数码管显示电路.73.4FPGA 核心板电路.73.5温度传感器电路.83.6风扇
5、控制电路.9第第 4 4 章章软件设计软件设计.10104.1软件总体设计.104.2开发环境简介.114.3软件模块说明.114.3.1数码管显示模块说明.114.3.2风扇模块说明.114.3.3按键模块说明.124.3.4温度检测模块说明.12第第 5 5 章章系统调试系统调试.15155.1硬件焊接调试.155.2硬件功能测试.165.3总结分析.16第第 6 6 章章产品使用说明产品使用说明.17176.1功能描述.176.2使用说明.17第第 7 7 章章总结总结.1818致致谢谢.2020参 考 文 献.21附件一：总原理图附件一：总原理图:.22附件二：附件二：.233/40附
6、件三：程序清单附件三：程序清单.24附件四：操作演示附件四：操作演示.31张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1第 1 章引引言言1.11.1 设计概述设计概述传统电风扇是 220V 交流电供电，电机转速分为几个档位，通过人为调整电机转速达到改变风力大小的目的，亦即，每次风力改变，必然有人参与操作，这样势必带来诸多不便。智能风扇控制器可以将传统的技术和当前火热技术进行融合，能够实现云控制也就是各个部分都能够通过微控制器或者 FPGA 进行控制，解决的传统控制方式的局限性，对人们的锻炼积极性进行了刺激，间接的增强了人们的工作热情和积极性，也解决了传统风扇控制器的漏洞，能够降低成本、安全性能得
7、到了显著提高。智能风扇控制器解决了传统风扇控制器单一控制方式的缺点，智能风扇控制器能够通过手动的方式进行控制，而且能够根据传感器进行自动控制，控制方式也丰富多样，使生活更加舒适、便利和安全。在生活中，我们常常会接触到或者使用到一些跟温度有关的设备。比如空调，虽然不少城市家庭用上了空调，可是我国大部分人口属于农村地区因此电风扇还是作为降温防暑必备电器设备，春夏（夏秋）交替时节，天气变化太快，气温降低时，电风扇还是高速运转妈，白天还好尤其到了晚上，气温降的比较低，人都已经入睡，风扇因该逐步减小转速，避免熟睡中的人感冒。虽然常用电风扇有调节不同档位的功能，但还是须要人工手动更换不同的档位，一般常用风
8、扇都有定时功能，可是定时时间长短有限制，一般是一两个小时，气温在一两个小时后气温依旧比较高，而风扇就关闭了，其功能不会随天气气温变化改变风扇风速大小。又比如电脑，电脑中 CPU 发热比较高，需要利用风扇引起空气流动，带走热量，使电脑不至于发热烧坏。要使电脑保持较低的温度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇，而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音，则要减小风扇转速，又会引起电子设备温度上升，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这款智能温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机相对的一些操作，精确
9、度高，动作准确。1.21.2 设计目标与意义设计目标与意义通过温度传感器对环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。智能风扇控制因素是风扇的转速。传统的风扇控制器已经不能满足人们对智能化生活的要求，更简捷、更智能的智能风扇控制器是人们所追求的。为了解张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书2决这个问题，人们已经将先进的计算机技术与传统技术相结合，研制出智能风扇控制器，智能风扇控制器可以定义为一个过程或者一个系统。这种系统采用最新的半导体技术以及云协作技术能够将风扇控制和传感器相结合，实现自动控制和手动控制显示等
10、逻辑，提高了控制的多样性和智能化，使人们的生活水平得到提高，使得人们的生活更加的方便简捷、智能化。1.31.3本设计的国内外研究现状本设计的国内外研究现状当今社会已经完全进入了电子信息化，温度控制设备在各行各业中已经得到了充分的利用。具有对温度进行实时监控的功能，以保证工业仪器，测量工具，农业种植的正常运作，它的最大特点可以实时监控当前环境温度的高低，并能同时控制电机运作。它的广泛应用和普及使得人们在日常生活带来了方便，而且大大节约电能。环境温度监测控制是利用单片机系统来完成的一个小型的控制系统。现阶段运用与国内大部分家庭，系统效率越来越高，成本也越来越低。其发展趋势可以根据其性质进行相应的改
11、进可以运用与不同场合的温度监测控制，并带来大量的经济效益。它广泛应用于城市、农村、各种工业生产，在一定情况下亦适用于太阳能、锅炉，火电厂及对温度敏感的产业的自动控制和温度报警，是实现无人值守的理想产品，市场极为广阔，需求量大。并且使用寿命长，适用范围广，安装极其容易。人类科学技术水平每一次的重大变革都意味着不断有新发明的机器代替人类从事某些工作。18 世纪 60 年代开始的第一次工业革命，出现了诸如“蒸汽机”、“珍妮机”等机器取代人力，人类开始运用这些机器开始大规模地开展工业化并开始逐步取代手工劳动。此后在 1946 年 2 月 14 日，人类历史上第一台计算机ENIAC 在美国宾夕法尼亚大学
12、诞生，国外对于风扇控制系统的研发工作投入较早，很多发达国家在 20 世纪中期便具备智能风扇调整系统等基本的电子控制系统，并且为了规范此行业的标准。美国在 20 世纪初年左右启动智能风扇系统的研发工作，最早应用是并未在商用和民用中见到风扇系统的身影，随着温度传感器和相关传感技术的逐渐增多，风扇技术也成熟起来，民用的风扇设备也被逐渐使用起来，根据相关资料的统计。世界上自动化式风扇设备厂商由最初的几家，仅仅用了三四年，如今已经发展到上千家。这种行业扩张速度是国内其他行业前所未见的.张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书31.41.4 章节安排章节安排本设计报告大致可分为三部分：第一部分是前言，主要
13、是介绍智能风扇控制器的设计背景、目的意义，第二部包括第二章、第三章和第四章，主要包括整体设计方案和系统软硬件设计，第三部包括第五章，主要是对设计进行调试验证，第四部分为第六章，主要是对设计的总结分析以及心得体会设计成果报告，内容具体组织安排如下：第 1 章，前言第 2 章，整体方案设计第 3 章，硬件设计第 4 章，软件设计第 5 章，系统调试第 6 章，产品使用说明第 7 章，心得体会张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书4第第 2 2 章章整体方案设计整体方案设计2.12.1 设计任务分析设计任务分析整体思路设计是：，通过提取数字传感器感应到的温度信息，并利用温度传感器 DS18B20
14、检测环境温度并直接输出数字温度信号给 FPGA。可根据温度信息进行风扇转速的自动控制，可使用按键对风扇转速进行手动控制。系统结构框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统整体框图2.22.2 方案论证与选择方案论证与选择2.2.1 方案一方案一：采用 LM75A 温度传感器采集温度，相对于 DS18B20 传感器，LM75A传感网采集精度更高，并且驱动相对简单，风扇部分控制器采用集成的 H 桥电路控制主芯片实现对于直流电机的控制，从而实现对于风扇的控制，显示部分采为简化程序设计可选用数码管显示器进行转速的显示。2.2.2 方案二方案二：热敏电阻作为检测温度的核心元件，并通过运算放大器放大，可是由
15、于热敏电阻会随温度变化而变化，进而产生输出电压变化的微弱电压变化信号，经模数转换芯片 ADC0809 将微弱电压变化信号转化为数字信号，并将取得数字信号输入，不合适。电源电路按键模块温度传感器FPGA处理器风扇控制器显示电路风扇张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书52.32.3方案确定方案确定方案一 应对于这次设计要求，具备 LCD 显示器，显示的信息会更全，采用DS18B20 传感器能够节省器件的管脚但是方案一中编程十分难，很多驱动程序需要现编，大大增加了工作量，方案二相对于方案二，数码管驱动程序简化了显示部分的程序设计，但是焊接难度增大，综合考虑，优化设计。最终确定选择选择方案一。张家
16、界航空工业职业技术学院毕业设计说明书6第第 3 3 章章硬件设计硬件设计3.13.1 原理分析原理分析最小系统。整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。设计的智能风扇控制系统采用模块化设计思路对整个设计可进行划分，将系统分为了温度采集模块和显示模块以及风扇控制电路部分，采集模块和控制模块之间使用 FPGA 进行内部逻辑的实现，采集模块可以采集环境温度信息，FPGA 处理信息后驱动数码管显示器将转速等级信息显示在数码管显示器上，系统具备按键电路，能够通过按键来手动设置转速等级信息，系统使用统一的电源电路为系统供电，电源电路使用的是 5V 电源，稳定可靠并且容易获取电源。3.23.2 按键电路设
17、计按键电路设计在按键选择中，使用了独立式按键来实现相关控制模式的选择，在设计时有考虑过用 FPGA 来控制开关。而不是使用大电流开关控制，控制效果不理想。如图 3-1 所示，本电路设计了按键，既可以手动控制风扇转速等级信息，也可以进行风扇控制模式的选择，本设计的按键使用独立按键，当按键与地短接时，FPGA即可检测到低电平，并进行相应的处理程序。图 3-1 按键电路图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书73.33.3 LEDLED 数码管显示电路数码管显示电路显示数字要求是几十秒左右，采用两位数码管足够，采用两位数码管扫描的方式来处理数码管显示电路，对于数码管的电路，引脚可分为段选和位选两种
18、，本设计采用两位共阳数码管，需要有 7 个段选脚和 2 个位选脚，由于 FPGA 引脚的输出电流比较小，能够驱动相对功率小一些的器件，所以我们需要使用三极管驱动数码管显示模块电路，这样既能省端口资源，也能够节省外部硬件电路所需元器件，方便了许多。图 3-2 数码管显示电路图如图 3-2 所示，显示模块采用两位共阳七段式数码管组成，数码管显示的原理是：当控制其的三极管处于导通状态时，也就是三极管的基极电平为低电平的时候，数码管的电源接通，数码管点亮，实质上数码管是一段一段被点亮的，但是由于人眼就有视觉暂留的机理，所以数码管看上去像是同时被点亮的。3.43.4 FPGAFPGA 核心板电路核心板电
19、路本次设计采用 Altera 的 FPGA 核心开发板，电路图如图 3-3 所示，采用QuartusII 集成设计环境，QuartusII 集成设计环境(IDE)是 Altera 针对其所有 FPGA 设计的一套完备的软件工具套件。Altera 开发环境 QuartusII 集成了完备的设计工具和设计思路，具有强大的项目设计工具和流程管理，能够根据用户的图形化设计生成相应的 HDL 代码，并根据 HDL 代码配置用户的自定义模块，完张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书8成功能模块的生成，实现设计重用 ViewDraw 原理图捕捉工具 Altera 提供的各种单元库 Synplify/Syn
20、plify Pro AE 综合工具全面优化 Altera FPGA 器件的性能和面积利用率 Synplify DSP AE 在 Simulink 环境中实现高层 DSP 优化测试平台生成功能，包括通过 WaveFormer Lite AE 实现模拟激励。FPGA 又被叫做现场可编程门阵列，它是基于 Verilogpld 可编程逻辑开发新高性能器件,它通常使用 Sram 技术,也有一些特殊的设备使用 Flash 技术或保险丝(反熔丝)的过程,等。FPGA 集成非常高,设备密度范围从数以万计的系统门数千万,可以完成非常复杂的组合和时序逻辑电路的功能,适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路的设计。图
21、3-3 FPGA 核心板电路图3.53.5 温度传感器电路温度传感器电路目前市场上常用的温度传感器有 pt100，温敏电阻，DS18B20 等等。如图 3-4所示，LM75A 数字温度传感器使用简单，接线方便，将其封装成后可应用于多种场合。在不同的使用场合有不同外观。它具有如下技术性能：（1）独特的 IIC 接口方式，只需要两根数据管脚就可以张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书9（2）多点能力使分布式温度检测应用得以简化。（3）多个 LM75A 可以并联在 IIC 总线上，最多只能并联 8 个，可以实现实现多点测温。（4）工作电源:3.05.5V/DC（可以数据线寄生电源）。（5）测量范围
22、从-55 摄氏度到+125 摄氏度，增值量为 0.5 摄氏度；（6）以 9 位数字值方式读出温度；（7）在 1 秒（典型值）内把温度变为数字；（8）用户可定义的，非易失行的温度警告设置；图 3-4温度传感器电路图3.63.6 风扇控制电路风扇控制电路如图 3-5 所示，本次设计直流电机驱动方式是集成 H 桥芯片的驱动方式，在直流电机功率较小时也用三极管或场效应管放大作放大器驱动。但目前应用最成熟和广泛的还是由三极管，场效应管，晶闸管等这些器件组成的 H 桥，成本低，效果好，能提供较大的驱动电压和电流，还可以控制电机转向。图 3-5 风扇控制电路图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书10第第
23、 4 4 章章软件设计设计4.14.1 软件总体设计软件总体设计它是在 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。独立的版块有不同的功能，通过顶层模块将这些模块综合起来，作为一个整体功能模块。这种思路也是“自顶而下”的设计思路，这种思路有利于降低研发难度、便于复杂系统的开发，并能够有效的降低研发费用。Verilog 硬件设计单位是一个模块(模块)。生成复杂的电子电路,主要通过模块连接到对方。模块中包含的关键部分是 moudle 和 endmod
24、ule。实际的电路元件。Verilog 模块功能的一种类似于 Verilog 语言,它提供了输入和输出端口,你可以调用其他模块,也可以由其他模块调用实例。模块可以包含一个逻辑部分的结合,持续的过程的一部分。设计者可以使用通过调用模块测试模块实例。顶层模块通常称为“测试(测试平台)”。为了最大化验证逻辑电路,测试代码需要重写系统中参与分支、条件语句,路径,触发器,验证器需要创建足够的输入测试平台,并连接到被测试,模块的输入端,并测试其性能和预期输出。当调用的模块,开发者需要声明的顺序根据模块端口连接。如图 4-1 所示，智能风扇控制器 FPGA 程序部分的的顶层模块由按键处理模块、显示驱动模块和
25、温度以及风扇处理模块构成。各个模块在顶层模块中进行例化处理从而连线成为整体的组成部分，顶层模块只是负责连线，具体各个模块的功能实现是在各自的 Verilog 程序文件中实现，各个模块中执行相应的程序状态机来实现相应的功能。图 4-1 系统软件功能框图风扇处理按键处理顶层模块显示处理温度处理张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书114.24.2 开发环境简介开发环境简介一个优先设计方式应该能够提高设计的工作效率.较详细地来概括,它应该能促进设计输入,设计理解,设计维护的便利和快捷.它即便不依赖于解释,也应该较方便于定义,它应该是开放的,非专用的,工业界能够接受的标准.它允许设计在不同的 EDA
26、 工具环境之间移植.其模块可以封装成独立单元,重复使用.它支持阶层结构的复杂设计和从门。此次设计的硬件驱动程序采用VERILOG 语言进行开发，VERILOG 语言的关键字较少，并且相对于汇编程序而言更易于开发硬件驱动的代码，VERILOG 语言的语法较为复杂但是一旦掌握了要领，可以十分自主灵活的实现各项功能，VERILOG 语言可以说能实现任何程序、从上位机的驱动到下位单片机的程序编写都能见到其身影。本设计软件开发环境选用 Quartus II，作为一款能够开发各种单片机的 VERILOG 程序开发环境，它不仅可以建立工程、编写程序还可以编译链接程序生成可执行的 Bin 程序下载文件，bin
27、 文件下载到硬件 FPGA 的内存中，使用的软件介质是 Quartus 软件，软件导出的下载文件占用电脑内存量较少，而且使用汇编代码部分的驱动较高效率的执行驱动。4.34.3 软件模块说明软件模块说明4.3.1 数码管显示模块说明如图 4-3 所示为数码管显示子程序流程图，依次对数码管进行消影、位选、段选、延时从而完成对湿度信息的显示。作为一款最为常见的高亮度红色数码管显示器，其不仅能够显示字符，而且只需要并口操作，操作时序简单，并且具备背光电路，使得其在白天和夜晚均可使用。4.3.2 风扇模块说明本文设计的智能风扇控制系统，对于电机的驱动是采用集成化的芯片方式进行通信，驱动波形可以使用 PW
28、M，L9110H 驱动电流都能达到很高的水平，从 200mA到 2A 的驱动电流都可设置,但是其速率的瓶颈在于接口上，毕竟以大功率晶闸管张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书12方式进行数据传输本身最高的速率也就是 2A,这就造成了电机驱动质上面的缺陷，但是对于本设计来说这点小缺陷并不影响设计，此次设计的电机驱动系统利用了 LED 指示通信状态，在通信正常的情况下，LED 会以一定频率明灭指示，而在指示通信故障的时候会以不同的方式明灭指示。4.3.3 按键模块说明当按键按下时，FPGA 引脚会检测到低电平，设计将 IO 口设置为输入模式，根据接收到低电平状态执行相应的操作，本设计按键主要是实
29、现记录人员的编号从而调用存储程序实现对于参数的存储。如图 4-4 所示为按键流程图，4.3.4 温度检测模块说明如图 4-2 程序流程图智能风扇控制器的温度检测部分的的使用的是 LM75A 模块，LM75A 模块对外的接口为 IIC，因此 Verilog 驱动程序按照 IIC 的时序进行驱动，获取重量信息即可，整个程序流程图可以看出，上电后 FPGA 驱动 LM75A进行初始化配置，工作在检测模式，紧接着 FPGA 以 IIC 源源不断的读出重量数据，从而能够将数据进行处理，计算成温度，并且在自动模式下转换成转速等级显示在数码管上。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书13图 4-2 温度检
30、测程序流程图图 4-3 数码管显示部分流程图LM75A 反馈数据转换转速结束系统初始化IIC 时序初始化开始显示转速等级段选结束消影位选开始延时 3 毫秒张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书14图 4-4按键检测程序流程图图 4-5 电机控制程序流程图按键按下结束初始化执行操作开始风扇转动初始端口开始结束温度和转速转换张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书15第第 5 5 章章系统调试系统调试5.15.1 硬件焊接调试硬件焊接调试硬件电路的调试相对来说比较简单。调试的功能包括按键电路，电机电路和数字温度传感电路。按键电路实现的功能是在按键按下后能执行设定温度的改变，这项采用实物调试，按键
31、按下之后，温度随之改变。这次设计我们使用万用板和散件进行制作，因此我们需要进行实物的焊接调试，在确保电路图没问题的情况下，我们对实物进行焊接调试，主要是焊接 FPGA 最小系统、LM75A 电路、数码管电路以及按键电路。为了保证焊接后的电路、能够实现我们设计功能，具备一定的焊接知识是十分必要的的。首先，准备在焊接焊接部件和工具之前，还需要保持工作台的清洁和整洁。然后打开焊接电源，使焊铁温度预热保留，一般约为 300 摄氏度。当焊接部件焊接热量在第一好的电气部件的基本原理，即先焊接电阻焊接，然后根据焊接设备本身的尺寸大小排列焊接顺序。在焊接过程中应注意的是焊接的极性部件。应注意在焊接过程中也不会
32、造成冷接头元件或短路烧坏器件，焊接完成后，我们使用万用板进行测量，主要是测量是否有短路的现象，以及是否出现元器件极性焊接反了的情况，在上述情况确认完毕后，我们上电进行测试，如图 5-1 所示为本设计实物图。图 5-1 本设计实物图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书165.25.2 硬件功能测试硬件功能测试主要完成的设计是智能风扇控制系统，主要是利用 FPGA 与温度传感器相结合，采用 FPGA 芯片的智能处理功能，结合温度传感器原理，测出温度并进行转速等级的计算并在数码管上显示出来。当烧写程序到 FPGA 后，我们可用手捏住LM75A 传感器模块，模拟温度升高的情况，此时可发现风扇的转速
33、进行升高，并且转速显示的等级从 2 升 3，界面显示的 A2、A3，通过按下按键切换成手动控制模式，通过按键控制可控制转速，显示 E2、E3。本次设计中遇到的最困难的问题就是出在了电机的驱动上，刚开始的设计使用的达，可是在软件无误，硬件连接无误的情况下，电机转动表现出来的是变速效果不明显，最高档时停转现象的发生。再不断的修改软件和硬件电路无果的情况下，放弃了这个驱动，改用桥式驱动电路 L298N，所有的问题迎刃而解，反向驱动的驱动力不连续，而且驱动力在小电流的输入输出时不足，使得电机驱动产生了非常不理想的效果。5.35.3 总结分析总结分析通过上述测试，本系统能够实现智能风扇控制器的功能，可以
34、实现自动和手动两种方式控制风扇的转速，本次设计有效、安全和可靠，能够实现智能控制。具有一定的实用价值，此次的设计遇到的每个问题对我来说都是一个很大的挑战，在老师的帮助和自己的探索中，设计了硬件电路，独立完成了软件编写。在设计中，实现了预期的功能，成功设计出了 LCD 显示模块、测温模块、温控变速模块，以及进行了系统的仿真，从实践中巩固了所学的知识，并且在探索中学习到了新的知识。通过这次设计，我又对 FPGA 的知识有了一定的拓展，对处理问题的能力有了一定的提高，这次设计中的电机驱动就是一个很好的挑战，虽然一开始走了弯路，没有能够很好的处理好这个变速的问题，但是经过一番的反复实践，终于获得了一种
35、最好的电路，很好的完成了这个设计。这次的设计对我而言不仅仅是一个毕业设计，更是对我大学四年学习的一个检验，给了我一次实践的机会，运用自己的所学来完成这个设计。从设计中，我学习到了很多东西，提高了自己独立学习和思考能力，不管对于硬件电路还是软件设计，都有了很多自己的体会和认识，懂得了如何在实际中灵活运用所学的知识，是一次难得的锻炼机会，为我以后无论是学习还是工作打下了坚实的基础。达到了预期的设计目的。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书17第第 6 6 章章产品使用说明产品使用说明6.16.1 功能描述功能描述1 可以实现通过按键控制风速调节2 智能显示风速等级3 自动档状态下可以根据温度感
36、应自动调节速度6.26.2 使用说明使用说明温控智能风扇可以实现温度感应自动变速和手动调节，具体方法如下：产品设有 4 个按键，分别为开关键，转速-，转速+，温控手控切换键。温控：接上电源后，启动开关，根据周围环境温度自动调节转速，可实现A1.A2.A3.A4 四个不同档位速度切换。手动：接通电源后，启动开关，用动/手动转换开关调节为手动。通过-和+号键实现 E1.E2.E3.E4 四个不同档位的速度切换。操作演示见附件四张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书18第第 7 7 章章总结总结毕业论文的完成给我大学三年的读书生涯划上了一个圆满的句号，也预示着我的人生开始了新的里程。然而，毕业论文
37、从最初的选题到最后的顺利完成，虽说是经历了一个长期的、复杂的、充满艰辛的过程，但它是丰满的、充实的，让人引以自豪的。本次毕业设计的智能风扇控制系统，具有效率高。计数准确，精确度高等显著有点，是一款智能化的风扇控制设备，本次设计整体研究的设备功能完善，可靠性高而且使用了成本较低的器件使得整个设计成本降到了狠低。本论文详细的介绍了系统构成部分，如硬件设计、电路原理以及主要程序设计的流程图，设计采用 Atlera 公司出产的 FPGA 为控制核心，设计的人体称重仪控制系统，不仅具备应用范围广、误差范围小，并且测量的精度高。设计的整体主要包括硬件电路概述、功能分析、主要的软件设计及其程序流程图整个系统
38、的控制核心使用 FPGA，将传感器模块采集的数据进行转换成转速等级发往数码管显示屏将其显示出来。硬件电路中通过独立按键的控制，实现自动控制。硬件系统由电源电路、传感器电路数码管显示电路、按键电路等组成，电路简单、有效实用，本次设计按照设计之初的指标完成了基于温度传感器的风扇控制系统整个系统也嵌入了电机模块对风扇的转动进行模拟，系统设计简洁大方，实物验证后可以做基本应用，但是离现实的产品实现还有很远的距离。借助此次对于智能风扇控制器的设计机会使我在书本上学到的理论知识能够得到实践，能够去更加深入的了解到 FPGA 的相关知识，并且也提高了我的认知能力和动手制作水平。争取能够在此基础上设计出更先进
39、、功能更强大、结构更简单的智能化仪器。大学期间在学校主要是学习了书本上的基础理论知识，并未真正地在社会上去应用和实践。自己在做论文的过程中，也清楚的意识到了自己在学校所学到知识的不足，和对本专业未来的发展感到茫然，很多东西都没有深入的去了解和探索，因此在写作这篇论文的同时自己也会遇到很多麻烦，幸好在老师和同学们的帮助下都一一完成了。在整个的论文写作中，是他们不断地给予我信心，扩充了自己的知识储备，同时提高了动手能力。此次毕业设计，我深深体会到了积累知识的重要性。俗话说：要给学生一碗水，自己就得有一桶水。我对此话深有感触。设计 FPGA 驱动了 LM75A 实现了设计的逻辑，LM75A 作为温度
40、采集模块，采集到的温度信息通过电机转速进行提醒，通过对转速的控制的逻辑进行相应处理，达到智能风扇控制器的目的。硬件电路根据设计要求进行设计，并且配套设计的软件程序进行系统的功能设计，对于整个系统的实物制作后，使用各项调试手段测试各项设计指标和要求，并且具有工作良好，效率高的特点。系统具有夜间工作模式，即在夜间的时候，在下半夜的张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书19时候能够自动关闭，只执行采集功能。后续可以考虑采用语音提示的方式进行盲人提示功能，便于实际应用，本设计采用的元器件成本高，后期可考虑采用低成本的元器件，降低成本，增加系统的实用，这次设计不仅使我学到了知识，丰富了经验。也帮助我缩
41、小了实践和理论的差距。这次设计将会有利于我更好的适应以后的工作。我会把握和珍惜设计的机会，在未来的工作中我会把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中，为实现理想而努力。使我们学到了很多，也领悟了很多。此次论文使我明白，在论文写作中，对统计软件的掌握重在应用，而不是弄懂其原理，虽然在课程学习阶段我们花费了大量的时间在这方面，但它们不决定论文的实质性内容，而只是辅助。尤其是在时间和精力有限的情况下，更应灵活地进行时间分配，分清轻重缓急。软件是一种工具，就像是物理实验中的仪器一样，虽然有误差，但不影响结果分析，至于为什么有这种误差，不是论文重点研究的内容。本次设计也有很多不足之处，还可以增加
42、红外遥控，通过无线的方式进行设置参数。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书20致致谢谢写作毕业论文是一次再系统学习的过程,毕业论文的完成,同样也意味着新的学习生活的开始。在三年的大学课程学习中,我也学到了很多的东西.课堂老师对于我们的教育浮于表面，需要我们结合实际理解知识，很多时候自己动手学到的东西会比课本上以及课堂上学到的更多，经过此次设计，我咨询了工作了的朋友和相关文献资料，了解到自己的知识短缺，并且对于基础知识的理解也十分差劲，需要进行补课，在这个学习氛围活跃、团结友爱的集体里,大家互相帮助,彼此讨论问题,共同提高.感谢帮助过我的各位同学和伙伴,有了他们的支持和帮助使得论文设计工作得
43、以顺利的进行。我想再一次向老师表示我深深的感谢之情。此次论文的完成还有我的舍友及同学的帮助，在论文编写工程中，由于自己对与论文编写环境的使用不是很专业，舍友们耐心的教导我使用论文编写环境才使得我的论文格式正确通过审核。在这里再次向帮助过我的老师和同学表示发自内心的感谢。在最困难的时候还要感谢我的爸爸妈妈一直鼓励支持我，成为了我重要的精神支柱。每当我遇到挫折的时候一直激励我。毕业设计完成之际，我还要由衷的感谢我同我一起努力的同学，谢谢你们给予我的帮助，大家一起讨论设计思想、一起满怀激情的做毕业设计、一起努力完成设计项目的情景让我至今难忘。感谢谭本军老师的指导和督促，感谢爸爸妈妈的鼓励和支持。还有
44、一起努力的同组同学没有感谢大家一起的努力。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书21参参 考考 文文 献献1 胥布工.自动控制原理M.电子工业出版社.2013:22-56.2 孟立凡,蓝金辉.传感器原理与应用M.电子工业出版社.2013:35-41.3 张毅刚.FPGA 原理应用技术M.电子工业出版社.2012:6-11.4 李发海.电机与拖动基础M.清华大学出版社.2012:20-35.5 王兆安.电力电子技术M.机械工业出版社.2013:162-184.6 祝兵豪.基于 FPGA 流水线计数器J.中国石油科学校学报.2015:11-20.7 林金福.基于 MSP430FPGA 的直流电机
45、调速系统J.沈阳工程学院学报(自然科学版).2016(03):41-53.8 胡永红,王福明.基于 FPGA 的直流电机调速系统的设计J.传感器世界.2014(04).133-152.9 崔为峰.探究自动化控制系统的风险分析与控制【J】.电子技术与软件工程,2013(04)10 崔为峰.电气工程与自动化控制【J】.电子技术与软件工程,2013(02)11 李艳艳.简易感烟报警控制装置【J】.消防科学与技术,2014(04)12 司戈.家用感烟火灾报警器减少住宅火灾伤亡的利器【J】,中国消防.2015(Z1)13 向继文.以应用为目标的 FPGA 原理教学【J】.计算机教育,2013(22)14
46、 孙丽娜.浅谈 FPGA 系统的稳定性【J】.民营科技,2012(03)15 Sun MiVerilogrosystems.InVerilog.JavaTM 2 SDK,Standard EditionDoVerilogumentation Version 1.4.1 EB/OL，SunMiVerilogrosystems.InVerilog，2002张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书22附 录附件一：总原理图附件一：总原理图:张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书23附件二：附件二：元件清单元件清单序号名称代号数量标称值（型号）封装1电阻R1R7710KAXIAL0.32电容C111
47、0uFCap_dip3FPGAU114L9110U21DIP-85LM75AU31DIP-86电源U41DC3.5mm7数码管U518按键K1-K33张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书24附件三附件三：程序清单程序清单module pwm(clk,rst_n,key,pwm,data,Temp_Ctrl_Mode,pwm_duty);input clk,rst_n;input 15:0data;input 2:0key;output 1:0pwm;/L9110output Temp_Ctrl_Mode;output15:0pwm_duty;reg1:0pwm;parameter peri
48、od=16d50000;reg15:0pwm_counter;reg15:0pwm_duty;always(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginpwm_counter=16d0;endelse beginpwm_counter=pwm_counter+1b1;if(pwm_counter=(pwm_duty-1b1)beginpwm0=1b0;pwm1=1b0;endelse if(pwm_counter=(period-1b1)beginpwm0=1b1;pwm1=1b0;pwm_counter=16d0;endendendreg
49、 2:0 clk_counter;/时钟计数reg 14:0 div_counter;/分频计数reg clk_div;always(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginclk_div=0;div_counter=0;endelse beginif(div_counter=15d25000)beginclk_div=clk_div;张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书25div_counter=15d0;endelse begindiv_counter=div_counter+15d1;endendendreg Temp_Ctr
50、l_Mode;reg1:0 state;reg1:0 state1;reg1:0 state2;always(posedge clk_div or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginpwm_duty=0;Temp_Ctrl_Mode=0;state=0;state1=0;state2=0;endelse begin/模式选择 0:自动 1：手动case(state)2d0:beginif(key0=0)beginTemp_Ctrl_Mode=Temp_Ctrl_Mode;state=2d1;endelse beginTemp_Ctrl_Mode=Temp_Ct