【摘要】：能源問題、環(huán)境問題日益受到國家和人民的重視。利用太陽能產(chǎn)生熱水的太陽能熱水器已經(jīng)走進了千家萬戶，成為我國可再生能源市場上發(fā)展最迅速、技術(shù)最成熟、需求量最大的產(chǎn)品之一。然而，目前家用太陽能熱水器控制器多采用微控制器芯片，這種系統(tǒng)存在功能單一、實時性差、抗干擾能力較差以及不能實現(xiàn)即開即熱等缺點。 針對以上不足，本文根據(jù)模糊控制算法，給出了一種以FPGA芯片為主體SOPC技術(shù)為核心的具有太陽能加熱和電輔助加熱協(xié)調(diào)工作的二維模糊溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計整體上采用了自底向上的設(shè)計方法，在QuartusII、SOPC Builder集成開發(fā)環(huán)境下進行系統(tǒng)硬件設(shè)計，同時在NiosIIIDE軟件平臺進行軟件設(shè)計。本文對FPGA技術(shù)和SOPC技術(shù)及開發(fā)環(huán)境、開發(fā)流程進行了研究。首先，利用自頂向下的設(shè)計方法，在FPGA內(nèi)部研究NiosII定制、定時模塊、模糊控制模塊、SDRAM控制器模塊、LCD控制器模塊、EPCS控制器模塊以及輸入輸出模塊的電路設(shè)計。其次，對溫度檢測模塊、水位檢測模塊、水流檢測模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊及繼電器輸出模塊等外圍電路模塊進行設(shè)計。同時，對主控模塊中系統(tǒng)時鐘、電源、復(fù)位模塊、配置模塊、SDRAM模塊、JTAG接口模塊電路進行設(shè)計。然后，對各個功能模塊進行功能仿真和板級調(diào)試。最后，在頂層文件中完成硬件系統(tǒng)整體設(shè)計并實施優(yōu)化。 本設(shè)計系統(tǒng)控制量較多，軟件設(shè)計較復(fù)雜，所以根據(jù)對控制系統(tǒng)的功能要求，將軟件設(shè)計劃分為鍵盤模塊、模糊控制模塊、LCD顯示模塊、溫度檢測模塊、水位檢測模塊、水流檢測模塊、上水模塊等，對各個功能模塊分別進行設(shè)計。
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK515;TP273
【圖文】：

手按 鍵可 以滿 足用 戶在 特 殊 情況 下 的 需要 。 閥的 啟 停 控 制 。太 陽能 熱 水 器的 用戶 可 能 都有 這內(nèi) 的 冷 水， 然 后才 能正 常使 用 熱 水。 又 因為 循環(huán) 熱 水又 變 冷 ，再 次使 用 必 須又 放冷 水 ，不 能 即 開太 陽 能 熱水 器供 水 管 道進 行改 造 。原 理 如 圖 2 .3 和 回 水 電磁 閥。

可 以看 作 一 個有 4 位 地址 線的 1 6* 1 的 RA M ，L U T 原 理電 路如 圖 3 . 1[2 2] 所 示 。用 戶進 行 邏 輯電 路 設(shè) 計過 程 中， Q u a rt u s 軟 件 自 動計 算邏 輯 電 路全 部可 能 的 結(jié)果 ，并 保 存 到查 詢表 中 。 所以 ，給 系 統(tǒng) 一個 輸入 信號 實 際 上 就 是 給 系 統(tǒng) 一 個 地 址 ， 系 統(tǒng) 只 要 根 據(jù) 地 址 進 行 查 表 得 到 該 地 址 對 應(yīng) 的 內(nèi) 容[2 1 ]， 最 后 將 信 號 輸出 。 查 找表 單 獨設(shè) 計 可 以 實 現(xiàn)組 合邏 輯 電 路； 而 LU T 和 觸 發(fā) 器 連 接 共 同 設(shè) 計 則 既 可 以 實 現(xiàn)組 合邏 輯電 路又 能設(shè) 計 時 序邏 輯電 路。 這 是因 為 ，查 找 表 的 輸 出端 與觸 發(fā) 器 的輸 入端 相 連 ，所 以外 部 邏 輯電 路或 驅(qū) 動 I/ O 是 由觸 發(fā)器 驅(qū)動 實 現(xiàn)的 。2 . 內(nèi) 部連 線。 可 編程 連 線 上有 很多 用 存 儲器 控制 的鏈 接點 ，通 過改 寫對 應(yīng) 存 儲器 的值 就 可 以確 定哪 些 線是 連 上 的而 哪些 線是 斷開 的， 利 用 金 屬連 線互 相連 接或 連接 到 I/ O 模 塊。 3 . 輸 入輸 出 模 塊 IO B（I n p u t O u tp u t B lo c k ）可 編 程 輸入 輸 出 模 塊 是 FP G A 芯 片 與 外 圍 電 路實 現(xiàn) 通 信 、連 接的 部分 。設(shè) 計者 在電 路設(shè) 計 過 程中 ，可 以 通 過軟 件 編 程 對 通用 I/ O 口 的 電 氣標(biāo) 準(zhǔn)與 物 理 特性 進 行設(shè) 置 ，以 適應(yīng) 不同 情 況 下對 I/ O 信 號 的驅(qū) 動 與 匹 配 要求 。 如： 驅(qū) 動電 流的 大小 和 上 、下 拉電 阻等 。

ALON總線模塊P I O (溫 度 檢 測 )P I O (水 位 檢 測 )P I O (水 流 檢 測 )S D R A M 控 制 器L C D 控 制 器P I O( 電 加 熱) P I O( 回 水 閥) P I O( 補 水 閥) P I O( 供 水 水 泵 )P I O( 循 環(huán) 水 泵 )P I O( 鍵 盤) T I M E2 圖 4 . 2 FP G A 內(nèi) 部電 路 總 體框 圖Fi g . 4 . 2 Th e o ve ra ll c ir c u it d ia gr a m o f in te ri o r2 系 統(tǒng)模 塊 電 路設(shè) 計FP G A 內(nèi) 部電 路 設(shè) 計 中 大量 采用 免 費 IP 軟 核[3 0 ]。所 謂 IP 軟 核， 就 是用 硬件 描 述 語言 編寫 的 ， 算 法 級 描 述 或 功 能 級 描 述 。 該 程 序 一 般 與 集 成 電 路 工 藝 無 關(guān) ， 可 以 移 植 到 不 同 的 半 導(dǎo) 體 工 藝所 以 具 有很 高的 靈 活 性。 采 用自 底向 上 的 設(shè)計 方 法 ，在 SO P C Bu il d e r 開 發(fā)工 具中 搭建 N io s 系添 加處 理 器 和各 IP 核 外設(shè) ，并 給 各 硬件 模塊 設(shè)置 屬 性 ，分 配物 理 地 址， 配置 存 儲 空 間 的大 小所 需的 各 功 能模 塊通 過 Av a lo n 總 線集 成 ，最 終 生 成 N io s 處 理器 系 統(tǒng) 。利 用打 包 的 、經(jīng) 過調(diào) 試行 系統(tǒng) 設(shè)計 可 以 大大 減少 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的工 作量 ，縮 短開 發(fā)周 期 且 系統(tǒng) 的穩(wěn) 定性 更 高。 內(nèi) 部電 路 系O P C Bu il d e r 將 各 個 功能 模 塊 集成 到一 個系 統(tǒng)下 ，如 圖 4 . 3 所 示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2774626