基于FPGA的太陽能熱水器全功能控制器的研究

【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(jìn)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(shí)時性差、抗干擾能力較差以及不能實(shí)現(xiàn)即開即熱等缺點(diǎn)。 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(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計，同時在NiosIIIDE軟件平臺進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計。然后，對各個功能模塊進(jìn)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(shí)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(jìn)行設(shè)計。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱水器 FPGA 輔助電加熱 SOPC 模糊控制
【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
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• §1-1 太陽能熱水器的發(fā)展背景及意義9-10
• 1-1-1 生態(tài)問題日益嚴(yán)峻9
• 1-1-2 太陽能資源的優(yōu)勢9-10
• 1-1-3 技術(shù)支持10
• 1-1-4 國家支持和鼓勵10
• §1-2 太陽能熱水器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1-2-1 太陽能熱水器國內(nèi)外發(fā)展史10-11
• 1-2-2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢11-12
• §1-3 課題研究主要內(nèi)容12
• §1-4 本章小結(jié)12-13
• 第二章 太陽能熱水器系統(tǒng)13-17
• §2-1 太陽能熱水器系統(tǒng)基本工作原理13
• §2-2 太陽能熱水器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13-14
• §2-3 太陽能熱水器控制系統(tǒng)14-16
• 2-3-1 太陽能熱水器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14
• 2-3-2 太陽能熱水系統(tǒng)執(zhí)行部件控制分析14-16
• §2-4 本章小結(jié)16-17
• 第三章 太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計17-22
• §3-1 基于 FPGA 的太陽能熱水器控制器技術(shù)要求17
• 3-1-1 技術(shù)指標(biāo)17
• 3-1-2 技術(shù)要求17
• §3-2 主控芯片選型17-18
• §3-3 FPGA 技術(shù)18-19
• 3-3-1 FPGA 概念18-19
• 3-3-2 FPGA 技術(shù)的特點(diǎn)19
• 3-3-3 FPGA 技術(shù)的發(fā)展趨勢19
• §3-4 Nios 處理器19-20
• §3-5 基于 FPGA 的太陽能熱水器控制器設(shè)計方案20-21
• §3-6 本章小結(jié)21-22
• 第四章 太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計22-38
• §4-1 基于 FPGA 的控制器硬件設(shè)計方案22
• §4-2 FPGA 內(nèi)部硬件電路設(shè)計22-29
• 4-2-1 主芯片內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)22-23
• 4-2-2 系統(tǒng)模塊電路設(shè)計23-27
• 4-2-3 頂層模塊設(shè)計27-29
• §4-3 FPGA 外部硬件電路設(shè)計29-37
• 4-3-1 主控模塊29-32
• 4-3-2 信號采集模塊32-35
• 4-3-3 繼電器輸出電路設(shè)計35-36
• 4-3-4 按鍵及液晶顯示電路設(shè)計36-37
• §4-4 本章小結(jié)37-38
• 第五章 太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計38-51
• §5-1 軟件開發(fā)工具介紹38
• §5-2 軟件設(shè)計需求分析38-39
• §5-3 主程序結(jié)構(gòu)及流程圖39
• §5-4 軟件系統(tǒng)的模塊設(shè)計39-50
• 5-4-1 鍵盤模塊39-41
• 5-4-2 液晶顯示模塊41-43
• 5-4-3 水溫檢測模塊43-45
• 5-4-4 水位檢測模塊45-46
• 5-4-5 水流檢測模塊46
• 5-4-6 補(bǔ)水補(bǔ)溫模塊程序設(shè)計46-47
• 5-4-7 模糊控制模塊程序設(shè)計47-50
• §5-5 本章小結(jié)50-51
• 第六章 結(jié)論與展望51-52
• §6-1 結(jié)論51
• §6-2 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 致謝54-55
• 攻讀學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果55

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