基于FPGA控制的溫度檢測無線發(fā)射接收系統(tǒng)

摘要：本文介紹基于FPGA控制的溫度檢測無線發(fā)射接收系統(tǒng)。本系統(tǒng)采甩EPlKl000C208-3作為控制核心，系統(tǒng)比較溫度是否超出人體最佳溫度范圍，如果過高則發(fā)出降溫信號，如果過低則發(fā)出升溫信號；得出需要加溫還是降溫的信號后通過無線將信號發(fā)射到接收電路，接收電路接收到編碼過的信號后對信號解碼，最終再得到加溫還是降溫信號，再將此信號加上驅(qū)動放大后則可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)等(本設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管代替步進(jìn)電機(jī))。本設(shè)計(jì)應(yīng)用了FPGA技術(shù)、溫度傳感技術(shù)、無線發(fā)射和接收技術(shù)，具有集成度高，測量數(shù)據(jù)精度高、性價比高等特點(diǎn)。具有較強(qiáng)的實(shí)用價值和廣闊的市場前景。

O 前言

隨著社會節(jié)能環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們越來越重視能源的利用效率。傳統(tǒng)的暖氣控制都是利用鍋爐燒出蒸汽或熱水，通過管道輸送到建筑物內(nèi)的散熱器中，散出熱量，使室溫增高。但是這種設(shè)備控制中心和客戶端不在同一個地方，這樣就存在著一種控制中心不了解客戶的情況。存在著暖氣開得過大或者過小，從而導(dǎo)致客戶溫度過低或過高而浪費(fèi)了能源!

以前大多溫度控制系統(tǒng)都是用單片機(jī)控制的，但是隨著FPGA的迅速發(fā)展，應(yīng)用也越來越廣。本人將設(shè)計(jì)出一套由FPGA獨(dú)立控制的、智能化的遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)。由一個放置于客戶端的溫度采集系統(tǒng)采集到客戶端溫度(可排除工程中熱損失)，當(dāng)大于或小于人體最佳溫度區(qū)時發(fā)出報(bào)警信號，由控制端去控制是應(yīng)該加溫還是降溫，從而達(dá)到節(jié)能的作用。

1 數(shù)字溫度傳感技術(shù)

1．1 數(shù)字溫度傳感器原理

數(shù)字溫度傳感器LM75A是一個使用了內(nèi)置帶隙溫度傳感器和∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的溫度-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。簡化框圖如圖1所示。

它也是一個溫度檢測器，可提供一個過熱檢測輸出。LM75A包含許多數(shù)據(jù)寄存器：配置寄存器(Conf)，用來存儲器件的某些配置，如器件的工作模式、OS工作模式、OS極性和0S故障隊(duì)列等；溫度寄存器(Temp)，用來存儲讀取的數(shù)字溫度，器件通過2線的串行I2C總線接口與控制器通信。 LM75A還包含一個開漏輸出(OS)，當(dāng)溫度超過編程限制的值時該輸出有效。LM75A有3個可選的邏輯地址管腳，使得同一總線上可同時連接8個器件而不發(fā)生地址沖突。

LM75A可配置成不同的工作條件。它可設(shè)置成在正常工作模式下周期性地對環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控或進(jìn)入關(guān)斷模式來將器件功耗降至最低。OS輸出有2 種可選的工作模式：OS比較器模式和OS中斷模式。OS輸出可選擇高電平或低電平有效。故障隊(duì)列和設(shè)定點(diǎn)限制可編程，為了激活OS輸出，故障隊(duì)列定義了許多連續(xù)的故障。

溫度寄存器通常存放著一個11位的二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼，用來實(shí)現(xiàn)0．125℃的精度。這個高精度在需要精確地測量溫度偏移或超出限制范圍的應(yīng)用中非常有用。

正常工作模式下，當(dāng)器件上電時，OS工作在比較器模式，溫度閾值為80℃，滯后75℃，這時，LM75A就可用作一個具有以上預(yù)定義溫度設(shè)定點(diǎn)的獨(dú)立的溫度控制器。

1．2 溫度傳感器控制原理

如果將溫度傳感器設(shè)定為正常工作模式，那么首先要向配置寄存器寫入控制字告訴器件的工作模式。寫配置寄存器時序如圖2所示。

寫配置寄存器首先要選擇器件的地址，即A0-A2設(shè)置與硬件地址A0-A2一樣。然后是寫入配置寄存器地址指針，配置寄存器指針為”0000-000l”。等待器件應(yīng)答一個SCL周期，再寫入工作模式控制字。如果設(shè)置在正常工作模式下，OS設(shè)置為比較輸出，那么配置數(shù)據(jù)字應(yīng)寫入”00000000”。

寫入配置寄存器控制字”00000000”后溫度傳感器工作在正常工作模式下，即每一段時間溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存放在溫度寄存器里，所以只需要將溫度寄存器的數(shù)據(jù)讀出再加以計(jì)算即可以得到溫度數(shù)據(jù)。讀取溫度寄存器的時序如圖3所示。

讀取溫度寄存器時首先是選中器件，地址信號應(yīng)該與硬件設(shè)置地址一致。第二段是選擇溫度寄存器，溫度寄存器指針地址P1-P0寫入”0-0”，表示下次操作的默認(rèn)寄存器為器件的溫度寄存器。重新起始后再次選中器件并讀取溫度寄存器的十六位的溫度數(shù)據(jù)，并將十六位的數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)前十一位提取出，即可得到有效的溫度數(shù)據(jù)。將溫度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的溫度比較后得出升溫或降溫信號，連接到無線發(fā)射模塊的KEYl、KEY2上發(fā)射到接收端。接收端接收到信號后再經(jīng)過放大后便可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)等。