基于FPGA的智能溫度采集控制器

摘要：溫度的監測與控制，對于工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展有著(zhù)非常重要的意義。分析并設計了基于數字化一線(xiàn)總線(xiàn)技術(shù)的智能溫度測控系統。本系統采用FPGA實(shí)現一個(gè)溫度采集控制器，用于傳感器和上位機的連接，并采用微軟公司的Visual C++作為開(kāi)發(fā)平臺，運用MSCOMM控件進(jìn)行串口通信，進(jìn)行命令的發(fā)送和接收。

關(guān)鍵字：一線(xiàn)總線(xiàn)；異步通訊；FPGA；MSCOMM

1引言

目前基于智能溫度傳感器DS18B20的測溫設計大多是單片機程序。本課題嘗試使用FPGA芯片進(jìn)行設計。FPGA內部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳，同時(shí)具有靜態(tài)可重復編程和動(dòng)態(tài)在系統重構的特性，極大地提高了設計的靈活性和通用性，更適用于電子系統的開(kāi)發(fā)。如果用戶(hù)需求量非常大，采用ASIC流片能極大地節省成本，經(jīng)濟效益十分顯著(zhù)。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。鑒于此，本課題使用硬件描述語(yǔ)言設計FPGA控制器來(lái)實(shí)現傳感器控制，同時(shí)用VC來(lái)實(shí)現用戶(hù)控制界面。

一線(xiàn)總線(xiàn)(l-wire)傳感器的出現(如DS18B20)，使得在倉庫、工廠(chǎng)、樓宇等需要實(shí)時(shí)測溫的網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)得以大大改善。在大體積混凝土的建造過(guò)程中，為了防止混凝土的開(kāi)裂而造成工程的失敗，需要對若干點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。由于施工現場(chǎng)的限制，使得可利用的布線(xiàn)區域越簡(jiǎn)單越好。與此同時(shí)，現場(chǎng)溫度的采集與控制也有一定的要求。這時(shí)就可以在需要的測溫點(diǎn)橫向或縱向構成多層網(wǎng)絡(luò )，而各個(gè)一線(xiàn)總線(xiàn)傳感器直接掛接在上面即可。而對于每層的溫度采集和控制則可以由“FPGA控制器”去實(shí)現，使用和拆卸都很方便。并且由于FPGA移植性好、升級方便，對于各企業(yè)的成本也可以大大降低。隨著(zhù)FPGA的進(jìn)一步發(fā)展，此溫度采集控制器的應用范圍將不斷擴大，所體現的價(jià)值也將越來(lái)越高。

現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是當今應用最廣泛的一類(lèi)可編程專(zhuān)用集成電路(ASIC)。FPGA作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數有限的缺點(diǎn)。電子設計工程師利用它可以在辦公室或實(shí)驗室里設計出所需的專(zhuān)用集成電路，從而大大縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，降低了開(kāi)發(fā)成本。此外，可編程邏輯器件還具有靜態(tài)可重復編程和動(dòng)態(tài)在系統重構的特性。這使得硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)修改，極大地提高了電子系統設計的靈活性和通用性。

2智能溫度采集器的設計

在FPGA的設計中一般有兩種方法：自上而下和自下而上。任何復雜的數字系統，都可以按層次細分，一直分到對每個(gè)部分都有比較明確而簡(jiǎn)單的設計方案為止。這就是常常說(shuō)的分而治之的方法。自上而下的方法之所以重要，就在于只有在上面的層次上才能全面確定下面模塊的輸入輸出和功能行為的規格。而自下而上有時(shí)也行得通的原因是有些模塊的規格本身是就是事先確定的或者基本可以確定的。