【基于FOGA的智能温控器的硬件介绍分析3000字】

1基于FOGA的智能温控器的硬件介绍分析 1 11.1.1FPGA简介 11.1.2basys3开发板 21.2DS18B20数字温度传感器 31.3HC-06蓝牙模块 4 51.5加热降温模块 61.5.1电热丝 6 71.6智能温控器的基本结构 7的方向并开始进行设计。本章介绍智能温控器选择的硬件器件，为智能温控器的设计做好1.1.1FPGA简介编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA不但集成了ASIC(专用集成电路)大规模、FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)的概念，内部输入输出模块IOB和内部连线三个部分。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,这样构成的基本逻辑单元模块既可以实现组合逻辑功能又可以实现时序逻辑功能，这些模块要么连接到I/O模块，要么通过金属线相互连接。FPGA通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现它的逻辑，存储器单元中存储的值决定了逻辑单元的逻辑功能，也决定了各模块之间或模块与I/O间的连接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能4]。本次设计使用的basys3开发板为XilinxArtix-7系列的FPGA。该系列的器件在低成本的条件下提供了最高的每瓦性能(performanceperwatt),是一些成本和功耗敏感型应用的最basys3开发板使用XilinxArtix-7xc7a35tftg256-2L芯片，它可以满足各种各样复杂程度的设计任务需求：上到复杂的时序逻辑电路，如嵌入式处理器basys3开发板可以满足各种各样复杂程度的设计任务需求：上到复杂的时序电路，如嵌入式处理器和控制器；下到入门的组合电路，如简单的多数表决系统。表2-1中对常用序号序号1812个拨码开关2时钟源93Pmod连接口46位7段数码管16个LED灯5VGA连接□蜂鸣器6UART/JTAG共用USB接口专用模拟信号Pmod连接口712个拨码开关3对于温度的采集，任务书中要求智能温控器的温度控制范围是0~140℃,分辨率为0.0625℃。在笔者对市面上比较常见的温度传感器调研后，发现以下三种温度传感器(其中DHT11为温湿度传感器),它们的测温范围、精度、分辨率3方面数据对比如表2-2所温度传感器型号测温范围精度分辨率智能温控器选用DS18B20温度传感器。如图2-2为DS18B20温度传感器实物图。如表2-3为DS18B20的3个引脚对应的功能。引脚名称引脚功能数据输入/输出随着现在科技的进步，温度传感器已经从早期型化、集成化，由美国DALLAS公司推出的DS18B20就是具有代表性的一种。DS18B20其因体积小、精度高、抗干扰能力强等特点，广泛应用在生产生活等多个领域，如粮仓、4DS18B20与本设计相关的一些特性如下：1)独特的单总线接口，只要1条口线就可以实现与微处理器之间的双向通讯。2)测温范围为-55~+125℃,具有可编程的9~12位分辨率，对应可分辨温度分别为0.5、5)全部传感元件和转换电路都集成在芯片内，无需任何外围电路。6)以数字温度信号的形式直接输出测温结果，可传送CRC校验码，具有极强的抗干7)9位分辨率时，最多在93.75ms内把温度转换为数字量；12位分辨率时，最多在DS18B20的原理等内容将在后文进行详细介绍。根据任务书的要求，本设计中的智能温控器需要使用蓝牙或WiFi进行无线传输数据。本设计使用的蓝牙模块是广州汇承信息科技有限公司的HC-06蓝牙模块，该蓝牙模块是基于BluetoothSpecificationV1.0带EDR蓝牙协议的数据传输模块。蓝牙无线工作频段板载的PCB天线能够实现10米距离之内的无线通信[6]。其实物图如图2-3所示。HC-06各引脚功能如表2-4所示。引脚序号引脚名称引脚定义1正电源5234HC-06蓝牙模块的默认名称为HC-06,初始配对密码为1234,如果有需要，可以使用如图2-4为basys3开发板上的VGA接口，其管脚定义如表2-5所示(第一行右侧第一个管脚的序号为1,向左龙摆尾排列，第三行左侧第一个管脚的序号为15)。序号管脚定义序号管脚定义1红基色9保留(各家定义不同)2345自测试(各家定义不同)行同步6红地7地址码(各家定义不同)861.5加热降温模块按照任务书要求，温控器用电热丝控制温度的升高，本设计采用聚酰亚胺电热膜，它1.属面状发热，热效率高，一般在90%以聚酰亚胺电热膜的构成比较简单，其实物图如图2-5所示。室温-180℃~150℃内可长时间工作(不能放入液体中加热)整面温差交直流均可使用，不分正负极高压测试1500V/1min5mA,无击穿70℃控温干烧>8000小时7功率密度最大0.5W/cm²(在生产及设计范围内)按照任务书要求，温控器用风扇实现温度的降低，本设计采用直流5V风扇，实物图如图2-6所示。图2-6直流风扇引脚名称引脚功能指示灯1.6智能温控器的基本结构经过上面的介绍，本智能温控器所需的所有器件均已线进行连接组合，即可组成温控器。本温控器的结构图如图2-7所示。DS18B20H