基于FPGA的智能鞋柜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賀婷

摘要：利用FPGA技術(shù)作為智能鞋柜的控制中心，設(shè)計(jì)和介紹了智能鞋柜控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)功能，詳細(xì)闡述了智能鞋柜控制系統(tǒng)的殺菌消毒、除濕防霉、門開報(bào)警照明以及時(shí)鐘分頻顯示等部分的工作原理。

關(guān)鍵詞：FPGA；智能鞋柜；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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

智能家具是將智能控制技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)家具中，使家具具有自動(dòng)化、人性化、方便性等特點(diǎn)，并能夠滿足用戶更多的功能性需求。在家具的未來(lái)發(fā)展中，智能家具代表一個(gè)新的發(fā)展方向，同時(shí)也將會(huì)形成家具行業(yè)的一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。雖然智能家具目前尚處于概念設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段[1]，但已表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。

智能家具中最重要是信號(hào)采集和控制處理部分，就是將傳感器輸出的模擬信號(hào)采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理之后，把結(jié)果顯示出來(lái)。目前市場(chǎng)上的FPGA芯片性能己經(jīng)很強(qiáng)大，具有很強(qiáng)的邏輯控制和數(shù)字信號(hào)處理能力。目前市面上的智能家具大多是利用單片機(jī)或嵌入式電子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，相比于主流產(chǎn)品，利用FPGA進(jìn)行智能家具的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有集成度高、體積小、引腳數(shù)目多、修改方便，而且設(shè)計(jì)周期短、開發(fā)費(fèi)用低、風(fēng)險(xiǎn)小、功耗低、可靠性高和設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。而且當(dāng)有最新系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)，方便系統(tǒng)升級(jí)和進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，同時(shí)FPGA擅長(zhǎng)處理并行信號(hào)，信號(hào)采集和處理的實(shí)時(shí)性強(qiáng)。因此設(shè)計(jì)基于FPGA進(jìn)行控制的智能家具是很具有發(fā)展前途的和市場(chǎng)遠(yuǎn)見的。下面主要就智能鞋柜控制系統(tǒng)和大家進(jìn)行探討。

1智能鞋柜控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA是整個(gè)系統(tǒng)的控制與處理核心，控制系統(tǒng)的相關(guān)功能模塊完成對(duì)信號(hào)的采集和處理任務(wù)。綜合鞋柜的各項(xiàng)功用，所設(shè)計(jì)的智能鞋柜必須具有殺菌消毒、祛潮防霉等基本功能，而且在具有這些功能的同時(shí)不能損傷鞋柜內(nèi)的鞋子。設(shè)計(jì)的智能鞋柜控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要包括主控制中心、濕度信號(hào)采集和處理、門開信號(hào)采集和處理、消毒、除臭、時(shí)鐘以及外圍電路和各種傳感器組成。

圖1智能鞋柜控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1鞋柜除濕

在鞋柜中放置的鞋子大多為皮革制品，在溫度25℃~35℃，相對(duì)濕度75%~95%時(shí)的溫濕環(huán)境中極其容易受到霉菌的侵害發(fā)生霉變[2]。尤其是我國(guó)南方地區(qū)，每年有很大一部分天氣的濕度和溫度都處于這個(gè)范圍之內(nèi)，由于進(jìn)行溫度控制所需功率太高，因此只需要保證鞋柜內(nèi)的濕度不高于75%就達(dá)到了防潮的目的了。在濕度傳感器進(jìn)行濕度檢測(cè)后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行濕度信號(hào)處理，每當(dāng)濕度超過75%時(shí)，濕度信號(hào)wet從0置1，經(jīng)過主控制中心進(jìn)行信號(hào)處理，將除濕信號(hào)dry由0置1，開啟外圍除濕電路進(jìn)行鞋柜除濕。當(dāng)相對(duì)濕度低于75%時(shí)，濕度信號(hào)就由1置0，關(guān)閉鞋柜除濕。

1.2門開報(bào)警、照明

鞋柜一般都放置在進(jìn)門就能看見和使用的位置，很多人在打開鞋柜換鞋后都有忘記關(guān)閉鞋柜門的壞習(xí)慣，不僅影響美觀，而且會(huì)有難聞的氣味。通過壓力傳感器檢測(cè)門是否打開，當(dāng)門打開時(shí)，就將門開信號(hào)door置1，送給主控制中心處理后，開啟門開報(bào)警和照明，報(bào)警時(shí)間持續(xù)30秒，提醒關(guān)閉鞋柜門，當(dāng)門開信號(hào)置0時(shí)，即關(guān)閉柜門時(shí)關(guān)閉照明。

1.3消毒、除臭

不能將鞋子長(zhǎng)期置于溫度比較高的環(huán)境中，為使鞋子免受損害，因此采用一種低能量的電磁輻射——紫外線進(jìn)行鞋柜消毒、除臭。當(dāng)人為按下消毒按鍵時(shí)，信號(hào)s置1，經(jīng)過住控制中心開啟紫外，持續(xù)時(shí)間30分鐘之后，關(guān)閉紫外，并將s和c置0。

1.4時(shí)鐘分頻

將輸入20MHz的high_clk進(jìn)行分頻處理，得到頻率為1Hz的clk_1Hz的時(shí)鐘，此時(shí)鐘周期為1s，通過計(jì)時(shí)器counter30之后得到30s的計(jì)時(shí)脈沖，為報(bào)警計(jì)時(shí)時(shí)鐘。同時(shí)將counter30得到的時(shí)鐘輸給計(jì)時(shí)器counter10進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到5min的計(jì)時(shí)脈沖，為門開計(jì)時(shí)時(shí)鐘。并在同時(shí)將此counter10輸出的5min計(jì)時(shí)脈沖輸給counter6進(jìn)行計(jì)數(shù)后得到的為30min的計(jì)時(shí)脈沖，為開啟紫外時(shí)間和除濕時(shí)間計(jì)時(shí)，如圖2所示。

圖2時(shí)鐘分頻

1.5主控制部分

將智能鞋柜的工作狀態(tài)分為消毒、除濕、照明報(bào)警以及待機(jī)四個(gè)狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)state1、state2、state3和state0，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3所示。當(dāng)消毒信號(hào)s輸入一個(gè)由0置1的脈沖時(shí)，鞋柜控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)就由待機(jī)轉(zhuǎn)至消毒狀態(tài)，并計(jì)時(shí)30分鐘后，將s置0回到待機(jī)狀態(tài)。濕度信號(hào)wet為1時(shí)，鞋柜的工作狀態(tài)由待機(jī)轉(zhuǎn)為除濕狀態(tài)state2，wet變?yōu)?時(shí)，鞋柜工作狀態(tài)由除濕回到待機(jī)state0狀態(tài)。當(dāng)門開信號(hào)door由0置1，進(jìn)入狀態(tài)state3打開照明，并在計(jì)時(shí)5分鐘后鞋柜的工作狀態(tài)由待機(jī)轉(zhuǎn)為門開報(bào)警，door變?yōu)?時(shí)，鞋柜工作狀態(tài)由門開報(bào)警回到待機(jī)state0狀態(tài)。在處于消毒state1和除濕state2狀態(tài)時(shí)，當(dāng)door信號(hào)由0置1時(shí)，將原有狀態(tài)掛起，先進(jìn)入狀態(tài)state3，該狀態(tài)完畢后再回到原來(lái)狀態(tài)繼續(xù)。通過這三個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到對(duì)鞋柜工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制。

圖3狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

2結(jié)論

在通電的情況下，鞋柜工作在待機(jī)狀況下，根據(jù)不同的傳感器信號(hào)進(jìn)行信號(hào)控制處理，使鞋柜工作在除濕、防霉、門開報(bào)警等工作狀態(tài)，通過時(shí)鐘分頻進(jìn)行工作狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短的控制，從而達(dá)到了控制的目的，使設(shè)計(jì)的智能鞋柜控制系統(tǒng)基本滿足鞋柜的各項(xiàng)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪亮,于伸.家具設(shè)計(jì)新理念——智能家具[J].木材工業(yè), 2006,1(20).

[2]段海燕.智能化家具的研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué),2006.