基于无叶风扇控制器的设计及应用

摘 要：无叶风扇控制器的FPGA芯片采用XILINX公司的XC6SLX9作为系统控制核心，完成对无叶风扇的闭环控制，提供了一个带有8位LED显示、并使其集中到一块面板上，使得操作方便快捷，直接在LED显示实时压强，设定压强，该设计中使用成品压强传感器，对压强进行实时采集，使用红外传感器采集人体信号信息，实现无人自动停机，有人自动开机，使该系统更加人性化、智能化。适宜大多数普通家庭、寝室、办公住所等。

关键词：FPGA 闭环控制 压强检测 人体检测

中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0110-02

无叶风扇也叫空气增倍机，它能产生自然持续的凉风，因无叶片，不会覆盖尘土或伤到好奇儿童手指。更奇妙的是其造型奇特，外表既流线又清爽。产品灵感源于空气叶片干手器。干手器的原理是迫使空气经过一个小口“刷”干手上的水，空气增倍机是让空气从一个1.3 mm宽、绕着圆环转动的切口里吹出来。因空气是被强制从这一圆圈里吹出来的，通过的空气量可增到15倍，时速可增至35 km。

1 系统的总体设计

1.1 总体设计思想

以FPGA为控制中心，外部传感器为检测元件，通过按键控制其无叶风扇的风速与开关，输出由LED显示数码管与红外人体电路组成，FPGA通过接收各个压力传感器的返回状态值来进行风速的控制，红外人体检测电路判断是否人，来进行风扇的开关控制（该功能可设置是否启用）。控制系统的总体设计框图如（图1）所示。

1.2 系统总机构

为了实现设计要求的基本功能，本系统必须包含四个基本功能模块：FPGA控制模块、压强采集模块、风扇控制模块和显示模块。

其中FPGA控制模块主要用于回应传感器信号和进行显示程控；传感器模块主要用于感应是否有物体通过，并形成电平信号输出，对风扇的实时控制；显示模块主要用于显示当前风扇的气压值，及设置的气压值。

为完善系统的功能同时能够达到系统的设计指标，本系统必须包含以下功能模块。

（1）复位电路：实现FPGA的复位控制。

（2）振荡电路：提供所需的FPGA时钟频率。

1.3 系统设计原理

本系统的电路相对比较复杂，功能的实现主要是从外部获取控制信号之后在FPGA中进行数据处理，数据处理完毕之后FPGA便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。所以本系统的FPGA数据处理方面的程序相对比较复杂一些，所有的感应信号和显示数据的处理和输入控制都是在FPGA中进行处理，这就要求在设计程序的时候要认真思考FPGA管脚的分配问题。

2 系统电路模块

2.1 DCP-100-LX9 FPGA核心板

型号：DCP-100-LX9

名称：FPGA 核心板

说明：此模块的FPGA芯片采用XILINX 公司的XC6SLX9，配置方式JTAG全部引出，芯片时钟为100MHz。器件有：FLASH芯片W25Q128BV、EEPROM芯片M93C66、串口通讯芯片MAX3232、USB转串口芯片PL2303。线路板上以扁平带方式引出72路IO口分9组，分别为JA-JG，方便与电路数据地址线连接。

2.2 CGQ-002-A压力检测电路

型号：CGQ-002-A

名称：压力检测电路

说明：传感器采用摩托罗拉公司的高性能扩散硅压力传感器MPX53DP并通过专门的保护支座安装在线路板上。处理电路采用由运放构成的两级放大电路实现对信号的放大、调理。该模块可用DC12V供电，输出为模拟量信号。

2.3 显示电路

数码管显示的LED八段显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。

在选用共阴的LED时，只要在某一个发光二极管加上高电平，该二极管即点亮，反之则暗。而选用共阳极的LED时，要使某一个发光二极管发亮，则需加上低电平，反之则暗。为了保护各段LED不受损坏，需要外加限流电阻。为了要显示某个字型，则应使此字形段的相应点二极管点亮，也即送一个不同的电平组合代表数据来控制LED显示的字型，此数据称为字符的段码。本电路采用共阴极接法。

单片机驱动LED显示有很多方法，按显示方式可以分为静态显示和动态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的数据。只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码显示管。静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独具有锁存功能的型代码。这样单片机只要把显 示的字型数据代码发送到接口电路，该字段就可以显示要发送的字型。当需要要显示新的数据时，单片机再发送新的字型码。

另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段（a～g和dp）同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使哪一位则由I/O线决定。动态扫描用分时的方流控制每个显示器的COM端，使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。

参考文献

[1] 张鑫.基于FPGA的宽带中频数字解调器的硬件设计与实现[D].南京信息工程大学，2012.

[2] 孟凡惠.基于SCA的FPGA局部重配置系统的设计与实现[D].国防科学技术大学，2010.

[3] 甘国龙.基于特征学习的人体检测[D].电子科技大学，2012.