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基于FPGA智能饮水机控制器.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.39M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    智能饮水机控制器设计 胡秦 课题介绍 实现一个智能饮水机控制器实现以下功能 1) 实现健康饮水，加入水后一次烧开后进入保温状态。 2) 可设定需要保温的温度，可以满足不同用户的需求。 3) 长时间没有人接近时自动进入待机状态，有人进入时加热。 4) 不同颜色的指示灯表示系统状态：加热，保温，待机。 5) 智能控制与强制加热切换，用户在特定情况下需要强制加热。 6) 实现干烧报警，当水量为 0 时停止加热并报警。 一、 具体实施方案 将系统划分成几个部分 如方案论证中的 1、 实现第一次加热判断电路。 考虑到一般需要烧开的水是刚刚加入的时候，可以在盖子处加上一个触发装置。 每当用户打开盖子又关上盖子的时候，传递一个信号给加热控制器。 2、 温度显示以及设定电路。 按下设定键可调控保温的温度，考虑保温的温度可能范围比较大，采用温度控 制旋钮来控制。此处温度控制旋钮可以采用电位器，将分得电压通过 A/D 转换 后得到对应的编码，通过数码管输出。 3、 加热控制器 加热控制器分为加热、保温、待机三种状态。在加热状态下，系统全功率输出。 保温状态下，系统输出一定占空比的波形，可以根据不同的设定温度事先实验 得出所需要的占空比值储存在系统中。在待机状态下，加热控制器不输出功率。 4、 实时水温及水位检测电路。
    智能饮水机控制器 2 实时水温的测定可以使用热传感器，传感器输出的信号经过 A/D 转换后得到对 应编码，输出到数码管以及报警电路。 水位的测定可以使用简易的压力感应装置。由于可以使水位可见，所以可以仅 仅判断是否有水来控制加热器是否工作。 5、 报警电路。 当从水温以及水位检测电路送来水温过高（若是第一次加热则进入保温状态） 或者水位过低的信号时报警电路发出“滴滴”声并使系统停止加热。 6、 检测有人进入的电路 系统检测电路中有一个热传感器，当周围半小时没有热源时系统使加热控制器 进入待机状态，节约电能。当待机情况下有物体运动时，立即加热水，进入保 温状态。 7、 中心控制器 对于上面 6 个模块送来的信号进行处理，完成对于加热、保温、待机、报错等 不同状态的控制。 具体功能划分（以下是设计时的列的一个表格） 各个功能模块命名以及功能实现
    智能饮水机控制器 3 输入输出 模块名称 Named 输入 输出 第 一 次 加 热 判断电路 First 温 度 检 测 电 路 TemScan 一个下降沿 输 入 名 ： First_input 如果是第一次加热输 出高电平（1），如果 不是输出低电平（0） 输出名：First_output 温 度 传 感 器 的 模 拟信号 输 入 名 ： TemScan_input 一个表示温度的数字 信号 输 出 名 ： TemScan_output TemMax_output 大 致 功 能 实 现 思 路 需 要 和 温 度 检 测 电 路 传 来 的 信 号 作用，在温度达到 99 度后将第一次 加热信号置 0。 需 要 一 个 模 数 转 换的过程。 备注 将温度达到 99 度的 信 号 命 名 为 TemMax_output 这里先直接用拨码盘 实现一个数字量的直 接输入代替。（后期板 级验证的时候为了直 观，自动的显示温度 的变化，采用了一个 模块模拟温度检测电 路，其通过加热器的 状态以及现在需要的 保温状态，自动增减 温度。） 这里先直接用拨码盘 实现一个数字量的直 接输入代替 一个表示温度的数字 信号 输 出 名 ： TemSet_output 需 要 一 个 模 数 转 换的过程。 温 度 设 定 电 路 TemSet 水位检测 VolScan 保温电路 Hold 一 个 电 位 器 与 外 电 路 构 成 的 电 路 输 出 的 一 个 模 拟 信号 输 入 名 ： TemSet_input 输 入 名 ： SetBotton_input 一 个 压 力 传 感 器 输出的模拟信号 输 入 名 ： VolScan_input 加 热 控 制 器 给 出 的信号 输 入 名 ： Hold_input 如果有水输出（0）， 没有水输出（1） 输 出 名 ： VolScan_output 一个占空比可调的方 波信号 输出名：Hold_output 需 要 一 个 模 数 转 换的过程。 这里直线先用一个电 平输入代替 可 以 用 一 个 计 时 器实现，在小于输 入 数 的 时 候 出 高 电平，高于输出数 的时候出低电平。 需要一个计时器， 从 接 收 到 高 电 平 时开始计时，低电 平时计时器清零。 后期为了直观的显示 保温的状态。添加了 使用流水灯动态表示 保温状态，流水灯越 多 表 示 保 温 温 度 越 高。 这里可能在实际制作 时需要注意传感器上 面的一些问题，毕竟 判断是不是有人在房 间 里 很 容 易 产 生 误 有 人 进 入 的 电路 Anybody 一 个 热 传 感 器 给 出的信号（设想在 有人时给出 1，设 有人时给出 0） 输入名： 如果半小时没有人则 给出一个高电平信号 （1） 输出名： Anybody_output
    报警电路 warning1 中心控制器 mainctrl 智能饮水机控制器 4 Anybody_input 一 个 来 自 温 度 检 测电路的在 99 度 时给出的信号 输入名： TemMax_input 如果加热很久保持在 99 度 说 明 饮 水 机 出 现了问题，给出一个 高电平。 输出名： Warning1_output 判. 收 在 到 TemMax_input 等 于 高 电 平 的 时 候 开始计时，到 30 秒 warning 输出 1， 一旦 TemMax_input 等 于低电平，则计时 器清零。 保温电路 输 出 名 ： ToHold_output 此 处 是 一 个 状 态 机，是整个系统的 核心组件。 温度显示数码管 输出名：Num_output 状态指示灯 输出名：Situ_output 温度显示数码管姨妈 电路、状态指示灯、 在原设计中都是以模 块设计的，在此简化 合并入中心控制器 第 一 次 加 热 判 断 电路 温度检测电路 温度设定电路 水位检测 有人进入的电路 以 上 所 有 模 块 给 出的信号 以及 Warn_output2 SetBotton_input SetFunc_input 关于温度检测电路：温度检测电路若 99 度后需要将第一次加热判断电路信号清零，在 外部电路重新处理（设想与 First_input 作用，99 度后的信号 TemMax_output 将一片 74 清零，First_Judge 作为一片 74 的时钟，74 的输入为高电平。） 关于中心控制器的设计逻辑 以下是控制器中的状态 第 一 次 加 热 判 断 电 路 First_inp ut’’’（外部 电 路 重 新 处理） Sit1 X 水位检测 VolScan_o utput 报 错 Warn_ output 2 有人进入 的电路 Anybody _output 保温电路 ToHold_o utput 报警电路 Warn_out put1 温 度 显 示 数 码 管 Num_ou tput 状态指示 灯 Situ_out put 温度检 测电路 TemSc an_out put 温 度 设 定 电路 Tem Set_ outp ut X X 1 X X 0 1 FF 待机
    Sit2 X Sit3 1 Sit4 1 Sit5 0 X X X 0～ 98 X 99 X 0～ 99 X 0 0 0 X 0 0～ 99 Sit6 0 Sit7 按下按键功能，按一次为 1，按两次为 0 1 Sit8 按下按键功能，按一次为 1，按两次为 0 0 Sit9 按下设定功能，按一次为 1，按两次为 0 1 Sit10 智能饮水机控制器 5 1 0 0 0 0 X X X 0 1 0 99 99 =温度设 定电路 0 1 0 1 0 0 FF 待机 =温度 路 加热 检测电 =温度 路 加热 检测电 =温度 路 保温 检测电 FF 待机 SetFunc_input SetFunc_input SetBotton_input =温度 设定电 路 =温度 检测电 路 =温度 设定电 路 =温度 同时将温 度设定进
    按下设定功能，按一次为 1，按两次为 0 0 智能饮水机控制器 6 SetBotton_input 检测电 去了 路 后期将 sit4，sit8,sit10 状态删除了，发现用不到这三个状态，4 可以包含在 3 中，7，8 可以归并为一个状态，9，10 可以归并为一个状态。 二、 面板图： 报警电路 时钟 温度 99 度的信号 报警输出 时钟 有人进入信号 来人电路输出 现在加热状态 保温设定电路的温度高位 保温设定电路的温度高位 第一次加热信号 时钟 A 输出温度高位 输出温度地位 时钟 加热温度高位 控制外面 7 盏流水灯 有 人 进 入 检 测电路 系统内自模 拟温度控制 器. 加热等级显示 温度控制电路 时钟 保温温度高位 保温温度地位 输出一个站空比随保温温度变化的方波信号
    时钟 重置 第一次加热信号 水位检测信号 来人信号 报警信号 设定键信号 功能键信号 保温温度设定温度高位 保温温度设定温度低位 温度检测的温度高位 温度检测的温度低位 智能饮水机控制器 7 中央控制器 输出到保温电路高位 输出到保温电路地位 加热状态灯 保温状态灯 待机状态灯 报警状态灯 温度显示高位 温度显示低位 温 度 检 测 电 路 (连接到温度自 模拟电路) 温度检测电路输出高位 温度检测电路输出低位 时钟 温度检测电路输出高位 温度检测电路输出低位 温度检测电路 99 度信号 设定温度拨码盘的输入的数字高位 设定温度拨码盘的输入的数字低位 设定按键信号 时钟 温度设定电 路 已设定的保温温度高位 已设定的保温温度低位
    智能饮水机控制器 8 四、系统结构图： 由于板级验证时加入功能，所以在原方案论证的基础上改动一些。 其余在上文中已有描述。
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