基于FPGA的智能温度控制系统设计.docx

《基于FPGA的智能温度控制系统设计.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、湖南文理学院课程设计报告课程名称：通信系统课程设计专业班级：通信1101班学号（06位）学生姓名：指导教师：戴正科完成时间：2014年11月21日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期2014.11.21基于FPGA的智能温度控制的设计目录1.设计题目12.设计要求13.设计作用与目的14.所用设备（仪器）和软件25.系统设计方案25.1系统总体设计25.2工作原理35.2.1温度控制系统特性研究36.智能温度控制器系统硬件设计46.1系统方案设计46.1.1FPGA与DAC0832结合的目的46.1.2系统需求分析46.1.3系

2、统需求分析56.2系统结构66.2.1调试/配置电路67.智能温度控制系统软件设计87.1软件总体设计87.1.1设定定义87.1.2VHDL实现87.2软件程序设计97.2.1分频模块97.2.2键盘模块107.2.3ADC0809控制模块117.2.4三模块连接在一块137.3本章小结158.实验调试结果158.1实验条件158.2实验结果及分析158.3本章小结179.设计中的问题及解决方法1710.设计心得1811.参考文献1812.附录181.设计题目基于FPGA的智能温度控制的设计2.设计要求通过前向温度采集电路

3、，采集当前孵化器内部的温度信号，将采集到的模拟信号通过ADC0809模数转换芯片，转变为FPGA可控的数字信号，FPGA芯片根据输入的当前实际温度，控制输出合理的数字信号，再由DAC0832转换为模拟信号，输入到后向加热执行电路，以此来完成对整个孵化器的温度控制。整个系统中，带有温度传感器的前向温度采集电路作为系统的反馈环节，实时反映当前环境的具体温度。3.设计作用与目的在空间生命科学试验中，生命培养模拟地面环境要求，主要研究宇空间因素，如失重、宇宙辐射、真空、高温（或低温）等对生命过程的影响。其中温度对空间生命的生存有直接

4、作用，是空间生物学研究的主要对象。同时由于空间、体积、电功率的限制，对电功率加热器和控制电路方面尽量做到节能、低功耗、小体积。假设模拟地面培养箱内的温度在18℃。这样对控制精度和芯片必须有更高的要求。传统的温度控制方法以设定为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控，低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。对于空间生命科学的温度控制，这样的控制过程远远达不到控制要求。FPGA是通过硬件语言描述实现并行计算机功能的硬

5、件电路。应用FPGA实现PID控制可以提高PID运算的速度，避免了用单片机实现PID控制按顺序执行命令对运行速度延时性，非线性的影响。同时FPGA实现的PID控制的内在电路可以根据现实需要进行修改，提高了系统的灵活性。采用智能PID控制温度则具有测量控制精度高、成本低、体积小、功耗低的优点。将传统的电路温度控制用芯片取代，因此利用FPGA实现PID的智能温度控制具有深远的意义4.所用设备（仪器）和软件整个系统的主芯片采用PFGA即现场可编程门阵列，FPGA在结构上由逻辑功能块排列为阵列，并且有可编程的内部连线连接功能块实现的

6、一定的逻辑功能。FPGA由掩膜可编程门阵列可编程逻辑器件演变而来，它具有门阵列的高逻辑密度和通用性，还具有用户可编程的特性。利用功率继电器的通断作为自动开关，控制设定值与控制输入量的关系，通过串口模块和上位机进行通讯，进一步实现在用户操作界面上进行在线修改，时间采样、图形显示、数据保存等功能5.系统设计方案5.1系统总体设计近百年来，温度传感器的发展大致经历以下三个阶段：第一阶段是传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；第二个阶段是模拟集成的温度传感器/控制器；第三个阶段是智能温度传感器。在近几年中，国际上的许多国家已经研发出

7、关于智能温度控制器的系列产品。智能温度控制器具有可以输出温度控制量以及与温度数据相关的，适配各种微型控制器特点；并且它是在硬件的基础上通过软件实现测试控制功能的，其智能化程度取决于软件的开发水平。智能温度传感器最大的有点就是能对现场测量到温度值进行数据处理和传输，并与上位机进行数据通信。二十世纪九十年代中期智能温度控制器问世了，智能温度控制器是在微电子技术与计算机技术还有自动测试技术的结合产物。二十一世纪以后，智能温度传感器正朝着精度高、功能强、标准化总线、安全性、可靠性、进一步开发虚拟网络温度控制器、研制温度测量还有温度控

8、制系统，这些高科技的方向迅速发展。1.改善低精度和低分辨率过去生产的智能温度传感器存在着精度低和分辨力差的缺点，并且均采用最常用的8位数模转化器。现在很多智能温度的厂家都针对提升精度和提高分辨力方面做足了工作，分辨力达到了0.5～0.0625℃，测温精度达到±0.5℃，数模转换器也从8位扩