基于FPGA的智能鞋柜控制系统设计

摘要：利用FPGA技术作为智能鞋柜的控制中心，设计和介绍了智能鞋柜控制系统的总体结构和各项功能，详细阐述了智能鞋柜控制系统的杀菌消毒、除湿防霉、门开报警照明以及时钟分频显示等部分的工作原理。

关键词：FPGA；智能鞋柜；控制系统

中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)07-1581-02

FPGA-based Intelligent Control System Design of Shoes Cabinet

HE Ting

(GUPT, College of Computer & Electronic Information, Maoming 525000, China)

Abstract: Using FPGA technology as intelligent control center of shoes cabinet ,it designs and introduces the main structure as well as each functionality of the shoes cabinet. Meanwhile ,it descripts the mechanism of some main parts of the intelligent control system of the shoes cabinet, such as sterilization and disinfection, dehumidification and mildew-proof, lighting and alarming when door open, and clock frequency display.

Key words: FPGA; intelligent shoes cabinet ;control system

智能家具是将智能控制技术应用到传统家具中，使家具具有自动化、人性化、方便性等特点，并能够满足用户更多的功能性需求。在家具的未来发展中，智能家具代表一个新的发展方向，同时也将会形成家具行业的一个新的经济增长点。虽然智能家具目前尚处于概念设计和实验开发阶段[1]，但已表现出强劲的发展势头。

智能家具中最重要是信号采集和控制处理部分，就是将传感器输出的模拟信号采集转换为数字信号，对数字信号进行计算和处理之后，把结果显示出来。目前市场上的FPGA芯片性能己经很强大，具有很强的逻辑控制和数字信号处理能力。目前市面上的智能家具大多是利用单片机或嵌入式电子计算机来进行控制，相比于主流产品，利用FPGA进行智能家具的控制系统设计，具有集成度高、体积小、引脚数目多、修改方便，而且设计周期短、开发费用低、风险小、功耗低、可靠性高和设计灵活等优点。而且当有最新系统出现时，方便系统升级和进行系统扩展，同时FPGA擅长处理并行信号，信号采集和处理的实时性强。因此设计基于fpga进行控制的智能家具是很具有发展前途的和市场远见的。下面主要就智能鞋柜控制系统和大家进行探讨。

1智能鞋柜控制系统的总体结构

在设计中，FPGA是整个系统的控制与处理核心，控制系统的相关功能模块完成对信号的采集和处理任务。综合鞋柜的各项功用，所设计的智能鞋柜必须具有杀菌消毒、祛潮防霉等基本功能，而且在具有这些功能的同时不能损伤鞋柜内的鞋子。设计的智能鞋柜控制系统框图如图1所示，主要包括主控制中心、湿度信号采集和处理、门开信号采集和处理、消毒、除臭、时钟以及电路和各种传感器组成。

图1智能鞋柜控制系统结构图

1.1鞋柜除湿

在鞋柜中放置的鞋子大多为皮革制品，在温度25℃~35℃，相对湿度75%~95%时的温湿环境中极其容易受到霉菌的侵害发生霉变[2]。尤其是我国南方地区，每年有很大一部分天气的湿度和温度都处于这个范围之内，由于进行温度控制所需功率太高，因此只需要保证鞋柜内的湿度不高于75%就达到了防潮的目的了。在湿度传感器进行湿度检测后，经过A/D转换后进行湿度信号处理，每当湿度超过75%时，湿度信号wet从0置1，经过主控制中心进行信号处理，将除湿信号dry由0置1，开启除湿电路进行鞋柜除湿。当相对湿度低于75%时，湿度信号就由1置0，关闭鞋柜除湿。

1.2门开报警、照明

鞋柜一般都放置在进门就能看见和使用的位置，很多人在打开鞋柜换鞋后都有忘记关闭鞋柜门的坏习惯，不仅影响美观，而且会有难闻的气味。通过压力传感器检测门是否打开，当门打开时，就将门开信号door置1，送给主控制中心处理后，开启门开报警和照明，报警时间持续30秒，提醒关闭鞋柜门，当门开信号置0时，即关闭柜门时关闭照明。

1.3消毒、除臭

不能将鞋子长期置于温度比较高的环境中，为使鞋子免受损害，因此采用一种低能量的电磁辐射——紫外线进行鞋柜消毒、除臭。当人为按下消毒按键时，信号s置1，经过住控制中心开启紫外，持续时间30分钟之后，关闭紫外，并将s和c置0。

1.4时钟分频

将输入20MHz的high_clk进行分频处理，得到频率为1Hz的clk_1Hz的时钟，此时钟周期为1s，通过计时器counter30之后得到30s的计时脉冲，为报警计时时钟。同时将counter30得到的时钟输给计时器counter10进行计数，得到5min的计时脉冲，为门开计时时钟。并在同时将此counter10输出的5min计时脉冲输给counter6进行计数后得到的为30min的计时脉冲，为开启紫外时间和除湿时间计时，如图2所示。

图2时钟分频

1.5主控制部分

将智能鞋柜的工作状态分为消毒、除湿、照明报警以及待机四个状态，分别对应state1、state2、state3和state0，其状态转换图如图3所示。当消毒信号s输入一个由0置1的脉冲时，鞋柜控制系统的工作状态就由待机转至消毒状态，并计时30分钟后，将s置0回到待机状态。湿度信号wet为1时，鞋柜的工作状态由待机转为除湿状态state2，wet变为0时，鞋柜工作状态由除湿回到待机state0状态。当门开信号door由0置1，进入状态state3打开照明，并在计时5分钟后鞋柜的工作状态由待机转为门开报警，door变为0时，鞋柜工作状态由门开报警回到待机state0状态。在处于消毒state1和除湿state2状态时，当door信号由0置1时，将原有状态挂起，先进入状态state3，该状态完毕后再回到原来状态继续。通过这三个状态的转换，从而达到对鞋柜工作状态的转换控制。

图3状态转换图

2结论

在通电的情况下，鞋柜工作在待机状况下，根据不同的传感器信号进行信号控制处理，使鞋柜工作在除湿、防霉、门开报警等工作状态，通过时钟分频进行工作状态时间长短的控制，从而达到了控制的目的，使设计的智能鞋柜控制系统基本满足鞋柜的各项需求。

参考文献：

[1]王洪亮,于伸.家具设计新理念——智能家具[J].木材工业, 2006,1(20).

[2]段海燕.智能化家具的研究[D].南京：南京林业大学,2006.