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首页基于FPGA智能饮水机控制器
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。
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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。
2智能饮水机控制器
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
输入输出
3智能饮水机控制器
模块名称
Named
输入 输出 大致功能实现思
路
备注
第 一 次 加 热
判断电路
First
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
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。
将温度达到 99 度的
信 号 命 名 为
TemMax_output
温 度 检 测 电
路
TemScan
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
需要一个模数转
换的过程。
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。)
温 度 设 定 电
路
TemSet
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。
这里先直接用拨码盘
实现一个数字量的直
接输入代替
水位检测
VolScan
一个压力传感器
输出的模拟信号
输 入 名 :
VolScan_input
如 果 有 水 输 出
(0),没有水输出
(1)
输 出 名 :
VolScan_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
保温电路
Hold
加热控制器给出
的信号
输 入 名 :
Hold_input
一个占空比可调的方
波信号
输出名:Hold_output
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。
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。
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,
如果半小时没有人则
给出一个高电平信号
(1)
需 要 一 个 计 时
器,从接收到高
电 平 时 开 始 计
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
4智能饮水机控制器
设有人时给出 0)
输入名:
Anybody_input
输出名:
Anybody_output
时,低电平时计
时器清零。
判断是不是有人在房
间 里 很 容 易 产 生 误
判.
报警电路
warning1
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
在 收 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。
中心控制器
mainctrl
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
保温电路
输 出 名 :
ToHold_output
温度显示数码管
输 出 名 :
Num_output
状态指示灯
输出名:Situ_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
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)
温度检
测电路
TemSc
an_out
put
温 度
设 定
电 路
Tem
Set_
outp
ut
报 错
Warn_
output
2
水位检测
VolScan_o
utput
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
5智能饮水机控制器
Sit1
X
X X 1 X X 0 1 FF 待机
Sit2
X
X X X 1 X 0 1 FF 待机
Sit3
1
0~
98
X 0 0 X 99 0
=温度
检测电
路
加热
Sit4
1
99 X 0 0 X 99 1
=温度
检测电
路
加热
Sit5
0
0~
99
X 0 0 0
=温度设
定电路
0
=温度
检测电
路
保温
Sit6
0
0~
99
X 0 0 1 0 0 FF 待机
Sit7
按下按键功能,按一 次为 1 ,按两次为 0 SetFunc_input
1
=温度
设定电
路
Sit8
按下按键功能,按一 次为 1 ,按两次为 0 SetFunc_input
0
=温度
检测电
路
Sit9 =温度
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