汪嬌梅

摘 要 本文以EP2C8Q208C8N為平臺控制核心，采用32位嵌入式處理器NiosⅡ軟核，結合Verilog HDL硬件描述語言和C語言的混合編程實現(xiàn)智能家居控制平臺。實時采集溫度與光照強度數(shù)據(jù)，并實時顯示在液晶屏LCD1602上。實現(xiàn)了室內環(huán)境的人機交互，通過參考用戶設置，控制相關的家電調節(jié)室內環(huán)境，可以定時定點的開關家電達到節(jié)能省電的目的，建造一個舒適環(huán)保的家居生活。

關鍵詞 嵌入式處理器；NiosⅡ；FPGA；智能家居

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0059-02

1 平臺設計方案及軟核配置

1.1 平臺基本架構

本平臺根據(jù)數(shù)據(jù)處理的過程，其層次結構可以大致分為3塊，如圖1所示。

平臺根據(jù)層次結構可以大致分為3塊，分別為：數(shù)據(jù)采集轉換處理部分、數(shù)據(jù)處理控制部分、輸出顯示控制部分。

1.2 軟核配置思路

平臺所需要的設備以及各個設備之間的關聯(lián)如圖2所示。

2 硬件平臺設計

外設驅動的設計：

Nios Ⅱ外部搭載電路包含時鐘發(fā)生、環(huán)境溫度采集、環(huán)境照度采集、人機交互以及PWM脈寬調制信號生成共五個部分，均采用Verilog HDL硬件描述語言設計。

1）時鐘發(fā)生。Nios Ⅱ外部搭載了一個SDRAM作為其內部存儲，SDRAM即同步動態(tài)隨機存儲器，同步是指Memory工作需要同步時鐘，內部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準；動態(tài)是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失。

2）環(huán)境溫度采集。溫度采集傳感器使用的是Dallas推出的DS18B20。采用一線式總線結構，并可以搭載數(shù)個DS18B20進行多點測量，完全滿足智能家居平臺設計的要求。

3）人機交互。采用uPD6121編碼芯片的紅外遙控器和紅外接收頭組成。紅外接收頭則將數(shù)據(jù)從接受到的38KHz的紅外波信號解調出來，直接以電平的方式輸出uPD6121編碼數(shù)據(jù)格式。

4）環(huán)境照度采集。Po188是一個光電集成傳感器，典型入射波長為λp=520nm，內置雙敏感元接收器，可見光范圍內高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。

5）PWM脈寬調制信號生成電路。PWM脈寬調制信號生成模塊為控制LED燈芯和直流風扇的模塊，如圖3所示。

3 軟件部分設計

3.1 控制設計思路

作為一個智能控制平臺，要有很好的人際交互平臺和一個精準穩(wěn)定的控制平臺，這部分采用軟件程序實現(xiàn)比較容易。智能控制平臺數(shù)據(jù)流，如圖4所示。通過液晶屏LCD1602顯示，直觀的表示出當前室內環(huán)境的狀態(tài)以及用戶設定情況；另一路數(shù)據(jù)主要用作控制參量，其為數(shù)據(jù)處理控制器對用戶設置數(shù)據(jù)和傳感器發(fā)回來的實時室內環(huán)境數(shù)據(jù)分析對比后產生的，通過驅動電路來調節(jié)LED燈芯和直流風扇。

3.2 控制算法的實現(xiàn)

PID控制采用增量式，軟件編程簡易，使用的存儲空間小，有一定的容錯能力。溫度參數(shù)控制的直流無刷風扇采用P控制。照度參數(shù)控制的燈芯采用PID控制，整個環(huán)境的照度變換很緩慢，但是局部的照度變換有時是比較大的，比如，物體的影子晃動就會很大的影響到局部的照度變化。單純采用P控制或是PI控制會導致控制器震蕩或是出現(xiàn)控制器輸出參量無變化。為了提高響應，保證穩(wěn)定，采用PID控制是不錯的選擇，但是在參數(shù)設定上要注意，I參量要設置大些，雖然要提高響應速度，但是LED燈芯光線增強要緩和，不然會引起人身體不適，這與智能家居控制平臺本身不符合。

本文所述采用了NiosⅡ嵌入式處理平臺。該平臺的整體結構較為新穎，具有的開發(fā)靈活，技術集成度高、應用性強，綜合技術水平比較先進，體現(xiàn)出很好的集成創(chuàng)新性，具有重大應用與推廣價值。但采用的模擬外部家用電器的方式，沒有很好的解決控制器和家用電器接口的問題。但家用電器智能化是當前的趨勢。本次設計為以后智能化家電的出現(xiàn)后的智能家居控制平臺提出了一個概念。

參考文獻

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