基于fpga温控电风扇

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1、数字系统课程设计报告1、申请题目：（4号宋体加粗）n题目，命题描述（5号宋体）v智能电风扇v本设计中的智能电风扇控制系统，是指将电风扇的电机转速作为被控制量，由FPGA分析采集到的数字温度信号，对风扇电机的转速进行调节，从而达到无须人为控制便可自动调整风力大小的效果。2、课题背景：n存在问题、应用背景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

2、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。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，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

3、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。本设计的前景很广，可以在各大校园进行广泛推广，相信会获得众多大学生的欢迎，尤其是寝室未装空调的各大校园。3、项目规划：n功能、指标、规模v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。v本设计中主要的一环是对温度传感器的设计，当然传感器对温度的变化越敏感越好。本设计中由高到低共设五个档位，当温度上升2度，电风扇自动上升一个档位；当温度下降2度，则自动

4、下降一个档位。当档位处于最高档位时，此时温度上升档位也不会发生变化。同时设置了一个下限温度，当温度低于此下限温度时，电风扇停止工作；而当温度超过此温度时电风扇又将重新启动。n面板（显示）、操作、规则本设计中通过数码管来显示测得的温度。电风扇设置有开关键、reset键和锁存键，开关键控制电机的通电状态，reset键可以使电机的档位回归为最低的档位，锁存键则是可以使电机的档位保存在当前的状态，不随温度的变化而发生变化。n输入、输出接口本设计中输入为数字温度信号，输出的PWM控制波形。数字温度信号是通过温度传感器和模数转换

5、器获得的。根据输入的数字温度信号，利用FPGA进行分析处理输出占空比可调的PWM来控制电机的转速。4、实现方案：n核心问题v本设计中的核心问题为电机的调速控制模块和温度传感器模块。n解决方案v电机的调速控制模块：起初计划用可控硅来实现电机的调速控制，通过控制双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。但是后来发现这样做的话整个系统就基本上不用通过FPGA来控制了，这与我们课程设计的初旨是相违背的。于是后来采用了PWM来控制电机的转速，这样

6、不仅避免了搭建外设的麻烦，而且符合课程的设计初旨。v温度传感器模块：此模块尝试了两种方案，分别是DS18B20传感器和PT100铂电阻传感器。关于DS18B20传感器，其输出为9~12位的数字信号，这样就可以避免AD转化的过程，但实际上DS18B20非常的难以控制，其驱动代码非常的麻烦，最终放弃这种方案。而至于PT100铂电阻传感器，我们可以利用铂电阻的阻值与温度成正比的关系来设计外围电路，再通过AD转化来得到8位数字温度信号。5、系统结构：n系统框图n模块功能描述1）温度传感器模块：本实验中采用PT100铂电阻温度

7、传感器进行测温，铂电阻的阻值与温度成正比，可以用电桥法将传感器的阻值变化量转化为电压信号，再将电压信号通过ADC0809进行转换，从而得到8位的数字温度信号2）温度显示模块：根据PT100型铂热电阻分度表对温度传感器输出的8位数字信号进行译码，由于在本次设计中采用的是4位的数码管，所以将温度信号译为8位的BCD码，从而显示出当前的温度。3）开关输入模块：电风扇设置有开关键、reset键和锁存键，开关键控制电机的通电状态，reset键可以使电机的档位回归为最低的档位，锁存键则是可以使电机的档位保存在当前的状态，不随温度

8、的变化而发生变化。4）FPGA控制模块：使用VerilogHdl语言来实现整个电风扇的状态控制。根据开始工作时的温度来设定温度值的上下限。若温度超出了上下限，则进入相应的状态内，此时重新设定温度值的上下限。当温度低于一定的值时，则电风扇自动停止工作；而当温度高于这个值时，电风扇自动重新工作。当档位处于最高档位时，此时温度上升档位也不会发生变化。