基于NiosⅡ的智能家居控制平台的设计.docx

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基于NiosⅡ的智能家居控制平台的设计

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汪娇梅

摘要本文以EP2C8Q208C8N为平台控制核心，采用32位嵌入式处理器NiosⅡ软核，结合VerilogHDL硬件描述语言和C语言的混合编程实现智能家居控制平台。实时采集温度与光照强度数据，并实时显示在液晶屏LCD1602上。实现了室内环境的人机交互，通过参考用户设置，控制相关的家电调节室内环境，可以定时定点的开关家电达到节能省电的目的，建造一个舒适环保的家居生活。

关键词嵌入式处理器；NiosⅡ；FPGA；智能家居

中图分类号TP3A1674-6708（2016）161-0059-02

1平台设计方案及软核配置

1.1平台基本架构

本平台根据数据处理的过程，其层次结构可以大致分为3块，如图1所示。

平台根据层次结构可以大致分为3块，分别为：数据采集转换处理部分、数据处理控制部分、输出显示控制部分。

1.2软核配置思路

平台所需要的设备以及各个设备之间的关联如图2所示。

2硬件平台设计

外设驱动的设计：

NiosⅡ外部搭载电路包含时钟发生、环境温度采集、环境照度采集、人机交互以及PWM脉宽调制信号生成共五个部分，均采用VerilogHDL硬件描述语言设计。

1）时钟发生。NiosⅡ外部搭载了一个SDRAM作为其内部存储，SDRAM即同步动态随机存储器，同步是指Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失。

2）环境温度采集。温度采集传感器使用的是Dallas推出的DS18B20。采用一线式总线结构，并可以搭载数个DS18B20进行多点测量，完全满足智能家居平台设计的要求。

3）人机交互。采用uPD6121编码芯片的红外遥控器和红外接收头组成。红外接收头则将数据从接受到的38KHz的红外波信号解调出来，直接以电平的方式输出uPD6121编码数据格式。

4）环境照度采集。Po188是一个光电集成传感器，典型入射波长为λp=520nm，内置双敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化。

5）PWM脉宽调制信号生成电路。PWM脉宽调制信号生成模块为控制LED灯芯和直流风扇的模块，如图3所示。

3软件部分设计

3.1控制设计思路

作为一个智能控制平台，要有很好的人际交互平台和一个精准稳定的控制平台，这部分采用软件程序实现比较容易。智能控制平台数据流，如图4所示。通过液晶屏LCD1602显示，直观的表示出当前室内环境的状态以及用户设定情况；另一路数据主要用作控制参量，其为数据处理控制器对用户设置数据和传感器发回来的实时室内环境数据分析对比后产生的，通过驱动电路来调节LED灯芯和直流风扇。

3.2控制算法的实现

PID控制采用增量式，软件编程简易，使用的存储空间小，有一定的容错能力。温度参数控制的直流无刷风扇采用P控制。照度参数控制的灯芯采用PID控制，整个环境的照度变换很缓慢，但是局部的照度变换有时是比较大的，比如，物体的影子晃动就会很大的影响到局部的照度变化。单纯采用P控制或是PI控制会导致控制器震荡或是出现控制器输出参量无变化。为了提高响应，保证稳定，采用PID控制是不错的选择，但是在参数设定上要注意，I参量要设置大些，虽然要提高响应速度，但是LED灯芯光线增强要缓和，不然会引起人身体不适，这与智能家居控制平台本身不符合。

本文所述采用了NiosⅡ嵌入式处理平台。该平台的整体结构较为新颖，具有的开发灵活，技术集成度高、应用性强，综合技术水平比较先进，体现出很好的集成创新性，具有重大应用与推广价值。但采用的模拟外部家用电器的方式，没有很好的解决控制器和家用电器接口的问题。但家用电器智能化是当前的趋势。本次设计为以后智能化家电的出现后的智能家居控制平台提出了一个概念。

参考文献

[1]葛年明，储露.基于AVR单片机的智能家居监控系统的设计[J].三江高教，2011，7（4）：36-39.

[2]刘端阳，熊天鹏.浅析物联网技术在智能家居系统中的应用[J].信息技术，2012，3：319.

[3]EDA先锋工作室.AlteraFPGA/CPLD设计[M].人民邮电出版社，2011.

[4]杨晓岚.PID算法在智能车中的应用[J].实验科学与技术，2010，8（4）：187-189.

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-全文完-