基于FPGA自由感应加热智能控制技术研究

发布时间：2017-08-08 07:09

  本文关键词：基于FPGA自由感应加热智能控制技术研究

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【摘要】：当今各国都提倡节能环保,并鼓励对节能环保技术的研究与应用。自由感应加热技术作为一种新型的加热技术,不仅能够节能,而且又能环保,符合各国的发展理念。本文研究的课题是基于FPGA的自由感应加热智能控制技术,在我国追求智能化、一体化的商业大环境下,该技术相较于传统的自由感应加热技术更加高效可控,具有很强的应用研究价值。本论文在深入研究自由感应加热技术的基础上,结合FPGA高效的数据处理功能,设计并实现了应用于自由感应加热电磁炉的智能控制系统。控制系统硬件电路主要包括自由感应加热主电路、数据采集电路、主控芯片工作电路、显示电路以及其他外围电路,其中主控芯片电路采用Altera公司的EP4CE15F17C8作为主控芯片,通过改变PWM波的占空比控制系统的输出功率。本文设计的自由感应加热智能控制系统主要依据模块化设计思想,把整个自由感应加热控制系统按功能需求分成负责数据处理的数据处理模块和负责控制外部器件的控制模块。其中,数据处理模块又分为负责对数据进行FFT变换的FFT功能模块、负责求幅值的求模运算模块以及负责确定谐振频率的工作频率计算模块,最终实现对前端A/D传输过来的采样数据进行FFT处理,得到反馈信号的谐振频率;控制模块包含8个子模块,分别为负责时钟分频与倍频的时钟模块、负责系统功率输出的功率控制模块、负责数据采集并判断的AD采样模块、负责存储反馈信号数据的数据缓存模块、负责检测有/无锅具的检锅模块、负责档位选择以及开/关机的按键模块、负责风扇和蜂鸣器驱动的保护模块、负责显示系统运行状态的显示模块,最终生成相应控制信号对整个硬件系统进行智能控制。本论文设计的程序模块在ModelSim中验证通过,整个智能控制系统程序被下载到FPGA板卡上进行了实际测试,测试结果表明,本文设计的自由感应加热控制系统能够稳定安全的运行,达到设计目标。
【关键词】：自由感应加热 智能控制 FPGA 快速傅里叶变换
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM925.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 自由感应加热电磁炉的国内外发展状况12-14
• 1.3 自由感应加热技术的简介14-15
• 1.4 FPGA技术的简介15-18
• 1.4.1 FPGA基本结构15-17
• 1.4.2 FPGA未来发展趋势17-18
• 1.5 本论文的结构安排18-19
• 第二章 硬件系统的原理分析及电路设计19-34
• 2.1 自由感应加热的原理分析19-23
• 2.1.1 自由感应加热的基本原理19-21
• 2.1.2 自由感应加热的趋肤效应21-22
• 2.1.3 自由感应加热的基本实现方式22-23
• 2.2 系统总体方案设计23-24
• 2.3 主控芯片选型24-25
• 2.4 硬件电路设计25-33
• 2.4.1 数据采集电路25-28
• 2.4.1.1 异常状态的数据采集26-27
• 2.4.1.2 负载检测电路的数据采集27-28
• 2.4.2 FPGA电路28-31
• 2.4.2.1 FPGA引脚分配电路29-30
• 2.4.2.2 FPGA的时钟电路30
• 2.4.2.3 FPGA的配置下载电路30-31
• 2.4.3 数码管显示电路31-32
• 2.4.4 电源电路32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 数据处理模块的设计与实现34-46
• 3.1 快速傅里叶变换的原理34-35
• 3.2 快速傅里叶变换算法的选择35-36
• 3.3 数据处理模块的设计及仿真36-43
• 3.3.1 FFT功能模块的设计及仿真37-41
• 3.3.1.1 FFT IP核的参数设置37-38
• 3.3.1.2 FFT IP核的I/O数据流结构38
• 3.3.1.3 FFT IP核的引擎结构38-39
• 3.3.1.4 FFT IP核的复数乘法器39
• 3.3.1.5 FFT功能模块的设计及仿真39-41
• 3.3.2 求模运算模块的设计及仿真41-42
• 3.3.3 工作频率计算模块的设计及仿真42-43
• 3.4 数据处理模块的整体实现43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 基于FPGA的模块化设计46-65
• 4.1 FPGA开发流程46-49
• 4.2 FPGA设计工具-QUARTUS II49-50
• 4.3 FPGA设计原则50-51
• 4.4 控制模块的设计51-62
• 4.4.1 时钟模块51-53
• 4.4.2 功率控制模块53-55
• 4.4.3 AD采样模块55-56
• 4.4.4 数据缓存模块56-57
• 4.4.5 显示模块57-59
• 4.4.6 检锅模块59-60
• 4.4.7 保护模块60-61
• 4.4.8 按键模块61-62
• 4.5 控制模块的整体实现62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 基于MODELSIM的功能仿真及测试结果65-76
• 5.1 FPGA仿真工具-MODELSIM65-67
• 5.2 控制模块的仿真67-74
• 5.2.1 时钟模块的仿真68-69
• 5.2.2 功率控制模块的仿真69-70
• 5.2.3 AD采样模块的仿真70-71
• 5.2.4 数据缓存模块的仿真71-72
• 5.2.5 显示模块的仿真72
• 5.2.6 检锅模块的仿真72-73
• 5.2.7 保护模块的仿真73-74
• 5.2.8 按键模块的仿真74
• 5.3 测试结果74-75
• 5.3.1 锅具检测结果74-75
• 5.3.2 功率测试结果75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 全文总结及展望76-78
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81
• 附录81-82

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本文编号：638676