基于FPGA芯片的变频风机控制系统数据处理模块的设计与实现
发布时间：2020-12-18 18:11
随着电子信息产业日新月异的蓬勃发展,集成电子设备和计算机网络控制系统正在向各行各业普及,传统的高功耗产业也在试图向电子智能控制的方向寻求改革,以期引进高效的网络控制系统,达到节约人力、物力和财力的目的。本论文针对炼铁厂除尘系统风机的节能改造,通过智能化变频控制,使系统在不降低除尘效果的同时,很大程度上实现能耗节约。FPGA是一种可编程逻辑器件,新一代FPGA集成了中央处理器或者是数字信号处理器内核,具有运算功能强大、逻辑设计灵活和运行速度快等诸多优点,可实现现场控制过程中的高速信号处理。论文在阐述除尘风机变频节能控制系统构成及工作机理的基础上,以FPGA芯片为基础,通过设计制作外围硬件电路,并编写软件程序实现了适应于变频风机控制系统中的数据处理模块。论文的主要工作如下：选择Cyclone Ⅱ系列FPGA芯片作为数据处理模块的基础,以FPGA逻辑电路的有关理论为指导,参照Altium Designer 14的设计流程,设计并制作了数据处理模块的硬件电路。将基于位的中值滤波算法用于FPGA数据处理模块,并在QuartusⅡ平台下编写了数据处理模块的软件程序。通过Modelsim环境下的仿真...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 论文的选题背景
1.2 除尘风机变频控制系统的构成及原理
1.3 论文的主要内容
1.4 论文研究与应用的意义
2 FPGA的硬件组成
2.1 FPGA芯片
2.1.1 可编程输入/输出单元
2.1.2 基本可编程逻辑单元
2.1.3 嵌入式块RAM
2.1.4 丰富的布线资源
2.1.5 底层嵌入功能单元
2.1.6 内嵌专用硬核
2.1.7 功能引脚
2.2 FPGA的配置方式
2.2.1 主动配置方式（AS）
2.2.2 被动配置方式（PS）
2.2.3 JTAG配置方式
2.3 供电电源
2.3.1 CLB的供电电压VCCINT
2.3.2 I/OB的供电电压VCCIO
2.3.3 辅助电压VCCAUX
2.4 时钟网络
2.4.1 全局时钟
2.4.2 锁相环PLL
2.4.3 全局时钟布线资源
2.5 其他器件接口
2.6 本章小结
3 FPGA数据处理模块的硬件设计
3.1 原理图设计
3.1.1 原理图的组成
3.1.2 元器件库
3.1.3 电路原理图设计流程
3.2 PCB设计
3.2.1 PCB版图和板层的设置
3.2.2 完成布线
3.3 FPGA设计
3.3.1 Verilog设计文件
3.3.2 Verilog测试文件
3.3.3 完成FPGA电路板的制作
3.4 本章小结
4 数据处理模块的实现
4.1 中值滤波算法的设计
4.1.1 求取中值
4.1.2 确定阈值
4.2 仿真实现
4.2.1 Quartus Ⅱ平台下完成算法设计
4.2.2 Modelsim环境下完成仿真
4.3 硬件实现
4.3.1 多路传感器的信号采集
4.3.2 FPGA的数据处理
4.3.3 LabVIEW系统控制变频器
4.4 本章小结
5 结论
参考文献
作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Altium Designer 14搭配Vault保险数据库实现更强大EDA功能[J]. 韩霜. 世界电子元器件. 2014(01)
[2]基于Altium Designer的电子电路仿真设计[J]. 何丽红,洪海山. 计算机与网络. 2013(19)
[3]Altium Designer 9在工程中的仿真应用[J]. 有鹏,翟晓东,胡明. 信息安全与技术. 2012(07)
[4]激光传感器原理及其应用[J]. 赵继聪,周盼,秦魏. 科技致富向导. 2011(09)
[5]电力工业中的新型红外温度传感器[J]. 制冷空调与电力机械. 2011(02)
[6]基于Altium Designer信号完整性模型提取PCB级均方根串扰[J]. 黄蕾,牛德青,刘伟,张锐,胡劲. 兵工自动化. 2009(12)
[7]基于Altium Designer的电子产品一体化设计[J]. 张惠峥,张鹏. 无线电通信技术. 2008(06)
[8]灵活实用的FPGA配置的设计[J]. 周国娟,金红莉. 中国高新技术企业. 2008(08)
[9]Altium Designer:FPGA板级系统一体化开发工具[J]. 崔澎. 电子产品世界. 2007(06)
[10]基于FPGA的数字图像中值滤波器设计[J]. 徐大鹏,李从善. 电子器件. 2006(04)
硕士论文
[1]基于模糊控制技术的智能风机系统研究与应用[D]. 刘晓宇.北京交通大学 2011
[2]基于FPGA的可进化系统的设计与研究[D]. 卜海祥.复旦大学 2010
本文编号：2924377
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 论文的选题背景
1.2 除尘风机变频控制系统的构成及原理
1.3 论文的主要内容
1.4 论文研究与应用的意义
2 FPGA的硬件组成
2.1 FPGA芯片
2.1.1 可编程输入/输出单元
2.1.2 基本可编程逻辑单元
2.1.3 嵌入式块RAM
2.1.4 丰富的布线资源
2.1.5 底层嵌入功能单元
2.1.6 内嵌专用硬核
2.1.7 功能引脚
2.2 FPGA的配置方式
2.2.1 主动配置方式（AS）
2.2.2 被动配置方式（PS）
2.2.3 JTAG配置方式
2.3 供电电源
2.3.1 CLB的供电电压VCCINT
2.3.2 I/OB的供电电压VCCIO
2.3.3 辅助电压VCCAUX
2.4 时钟网络
2.4.1 全局时钟
2.4.2 锁相环PLL
2.4.3 全局时钟布线资源
2.5 其他器件接口
2.6 本章小结
3 FPGA数据处理模块的硬件设计
3.1 原理图设计
3.1.1 原理图的组成
3.1.2 元器件库
3.1.3 电路原理图设计流程
3.2 PCB设计
3.2.1 PCB版图和板层的设置
3.2.2 完成布线
3.3 FPGA设计
3.3.1 Verilog设计文件
3.3.2 Verilog测试文件
3.3.3 完成FPGA电路板的制作
3.4 本章小结
4 数据处理模块的实现
4.1 中值滤波算法的设计
4.1.1 求取中值
4.1.2 确定阈值
4.2 仿真实现
4.2.1 Quartus Ⅱ平台下完成算法设计
4.2.2 Modelsim环境下完成仿真
4.3 硬件实现
4.3.1 多路传感器的信号采集
4.3.2 FPGA的数据处理
4.3.3 LabVIEW系统控制变频器
4.4 本章小结
5 结论
参考文献
作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Altium Designer 14搭配Vault保险数据库实现更强大EDA功能[J]. 韩霜. 世界电子元器件. 2014(01)
[2]基于Altium Designer的电子电路仿真设计[J]. 何丽红,洪海山. 计算机与网络. 2013(19)
[3]Altium Designer 9在工程中的仿真应用[J]. 有鹏,翟晓东,胡明. 信息安全与技术. 2012(07)
[4]激光传感器原理及其应用[J]. 赵继聪,周盼,秦魏. 科技致富向导. 2011(09)
[5]电力工业中的新型红外温度传感器[J]. 制冷空调与电力机械. 2011(02)
[6]基于Altium Designer信号完整性模型提取PCB级均方根串扰[J]. 黄蕾,牛德青,刘伟,张锐,胡劲. 兵工自动化. 2009(12)
[7]基于Altium Designer的电子产品一体化设计[J]. 张惠峥,张鹏. 无线电通信技术. 2008(06)
[8]灵活实用的FPGA配置的设计[J]. 周国娟,金红莉. 中国高新技术企业. 2008(08)
[9]Altium Designer:FPGA板级系统一体化开发工具[J]. 崔澎. 电子产品世界. 2007(06)
[10]基于FPGA的数字图像中值滤波器设计[J]. 徐大鹏,李从善. 电子器件. 2006(04)
硕士论文
[1]基于模糊控制技术的智能风机系统研究与应用[D]. 刘晓宇.北京交通大学 2011
[2]基于FPGA的可进化系统的设计与研究[D]. 卜海祥.复旦大学 2010
本文编号：2924377
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/2924377.html
