基于FPGA的空调硬件系统的研究.pdf

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1、学术探讨应用技术与研究2015年第11期基于FPGA的空调硬件系统的研究杨雪峰李琳(江西应用技术职业学院，江西赣州41000)[摘要]本设计以EP1K30TC144-3和DS18B20为设计平台，实现了对温度采集、测量、对比、处理等功能，具有很好的移植性，能应用于现今大部分温控系统。其硬件电路简单，成本低，应用灵活，测温精度和转换速度足以保证大多数测温系统的需求，提高了温度采集系统的可靠性和稳定性。[关键词]FPGA；温度测控；DS18B20中图分类号：TP212.11文献标识码：A文章编号：10

2、08-6609(2015)11-0068-02显示模块；SHOWDE：设置的温度显示模块。系统电路如图1引言2所示。目前大多数的空调温度控制系统都采用了以单片机作为控制器的设计，但是随着可编程逻辑器件的发展，家用电器的控制部分也越来越多地使用可编程逻辑器件来实现。系统控制部分选用的是FPGA，温度传感部分选用的是高精度DS18B20传感器。使用该传感器采集的温度无须经过信号放大和A/D转换以数字信号的形式传递给FPGA，简化了电路的同时也减小了测量误差。FPGA芯片与单片机相比，具有可编程修改和强

3、大的逻辑功能，因此以FPGA为控制器件的设计更有市场竞争力[1]。2硬件总体设计2.1硬件整体结构及原理硬件电路主要包括晶振、电源模块、FPGA、温度传感器、数码显示。本设计使用的FPGA芯片是Altera公司的ACEX图1整个硬件框图1K系列的EP1K30TC144-3，温度传感器选用高精度DS18B20数字温度传感器。整个硬件的框图如图1所示。电路原理：时钟信号由20MHz石英晶振提供给FPGA。DS18B20将采集的温度以数字信号直接送给FPGA，可根据需要通过按钮设置温度值和定时时间。FP

4、GA控制器接收到设置和测量温度后，比较两个温度值后做出判断：（1）测量温度大于设置温度则FPGA发出制冷信号；（2）测量温度小于设置温度则FPGA发出加热信号。执行机构接收到FPGA的信号后改变环境温度，与此同时数码管显示出定时时间和设图2系统电路图置温度[2]。3控制器芯片介绍2.2系统总电路图各模块说明：TIM：定时时长设置模块；TEMPCONDI-本设计使用的是Altera公司ACEX1K系列的EP1K30TC144-TIONER：控制模块；FENPIN：分频模块；TIAOJIE：温度设置3

5、。ACEX1K是2000年推出的2.5V低价格的SRAM工艺的PLD。模块；SHOW:测量所得温度显示模块；SHOWT：设置的时长ACEX1K器件的特点：——————————————作者简介：杨雪峰，男，江西广昌人，硕士研究生，研究方向：软件工程、网络组建。-68-应用技术与研究学术探讨2015年第11期(1)不仅具有一般功能的逻辑阵列而且还实现了宏功能（高温度系数）来决定，每次测量先将-55℃所对应的基数（减的增强嵌入式阵列，提供低价的可编程单芯片系统集成，单法计数器1和温度寄存器被预置在-55

6、℃所对应的一个基数个EAB的双口能力可达16-bit。值）分别置入减法计数器1和温度寄存器中。(2)高密度：不仅有高达49152位内部RAM而且还有1减法计数器1对晶振（低温度系数）产生的脉冲信号减法万到10万个典型门。记数，当减法计数器1的预置值减为0，温度寄存器值加1，减(3)系统级特点：多电压接口支持2.5V、3.3V和5V设备；法计数器1的预置值重新装入。减法计数器1重新开始对晶低功耗；双向I/O性能达到250MHz；完全支持在33MHz或振（低温度系数）的脉冲信号记数，以此循环直到减法计

7、数器66MHz下3.3V的PCI局部总线标准；内置JTAG边界扫描测2记数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中试电路；JTAG端口、配制器件、智能控制器共同实现在线重的数值就是所测温度值。只要记数门仍未关闭就重复上述配置。过程，斜率累加器的输出用于修正减法计数器的预置值，直(4)灵活的内部连线：算术功能的专用进位链的实现；内到温度寄存器值等于被测温度值[1]。部总线的三态模拟的实现；6个全局时钟信号和4个全局清除信号；高速、多扇入功能的专用级联链的实现；快速、可预测联线延时的快速通道。

8、(5)强大的I/O引脚：可编程输出电压的摆率控制可减小开关噪声；每个引脚都有一个独立的三态输入、势能控制和漏极开路配置选项。4温度检测设计4.1温度传感器的选择按电阻的性质可以分为半导体热电阻（称为热敏电阻）和金属热电阻（称为热电阻）。方案一：选用铂电阻Pt1000温度传感器。铂热电阻在高图3DS18B20测温原理温和氧化性介质中非常稳定，所以线性较好。在0OC--100OC时，最大线性偏差小于0.5OC。铂热电阻与温度的关系是：5结束语Rt=Ro(1+At+Bt×t)；其中Rt是