浅谈基于FPGA的物联网智能家居控制设计.pdf
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1、SOFTWARE软 件2023第 44 卷 第 7 期2023 年Vol.44,No.7作者简介:王柔(1996),女,河南郑州人,硕士研究生,研究方向:物联网、FPGA。浅谈基于 FPGA 的物联网智能家居控制设计王柔(郑州工业应用技术学院,河南郑州 450000)摘要:近年来,物联网技术发展迅速,为人们生活提供便利,将物联网技术用于智能家居控制受到社会的重视。本文将结合 FPGA 技术相关概念,设计基于 FPGA 的物联网智能家居控制系统,实时监测家中环境信息,针对危急情况发出警报,用户使用手机等智能设备登录控制系统查看信息,远程调整智能家居的运行方式,为用户提供更高质量的服务。关键词:F
2、PGA;物联网;智能家居中图分类号:TP273;TU855 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2023.07.035本文著录格式:王柔.浅谈基于FPGA的物联网智能家居控制设计J.软件,2023,44(07):134-136On the Smart Home Control Design of the Internet of Things Based on FPGAWANG Rou(Zhengzhou University of Industry Technology,Zhengzhou Henan 450000)【Abstract】:In recent
3、 years,the Internet of Things technology has developed rapidly,providing convenience for peoples life,and the application of the this technology to the smart home control has been valued by the society.This paper will design based on FPGA Internet smart home control system by combining the FPGA tech
4、nology related concepts,real-time monitoring of environment information in the home,alert for critical situation,users use mobile smart devices such as login control system to view information,remote adjust the operation mode of smart home,to provide users with higher quality of service.【Key words】:
5、FPGA;Internet of Things;smart home设计研究与应用0 引言智能家居在我国发展时间短,发展速度快,但目前大多数公司开发智能家居控制系统所使用的技术未公开,导致系统使用存在局限性,阻碍智能家居的发展。因此相关人员应重视基于 FPGA 的物联网智能家居控制系统设计,结合智能家居的控制需要,体现 FPGA 技术的优势,降低智能家居控制系统中添加设备的难度,优化用户的使用体验。1 FPGA 相关概念1.1 工作原理FPGA 全称现场可编程门阵列,专用集成电路领域一种半定制电路,相较于传统可编程器件门电路,该电路灵活性更强。FPGA 由可配置逻辑模块、输入输出模块、内部连线
6、三部分组成,运作时使用小型查找表实现组合逻辑,当查找表与 D 触发器相连后,触发器驱动逻辑电路,构成基本逻辑单元模块,模块间用金属线连接。FPGA 物联网智能家居控制系统需灵敏感知电压变化时,应使用 LDO 稳压器,不仅能保持控制系统稳定运行,还能减少电源供电产生的噪声。1.2 FPGA 技术的特性(1)FPGA 技术的基础为数字电路与 VHDL 语言,VHDL 语言语法规范可读性强,一般用于军工,大型智能家居企业使用 Verilog 语言,学习难度较低。(2)开发基于 FPGA 物联网智能家居控制系统的工具,环境开发工具使用 Quartus 或 ISE,两者操作方式类似,FPGA 功能仿真使
7、用 Modelsim,熟练掌握相关知识后可使用综合工具开发系统。(3)转变设计理念,学习 FPGA 固定的模块开发方式,熟悉电路设计,提高开发系统的运行速度。(4)重视算法的研究与学习,提升编程能力1。2 基于 FPGA 物联网智能家居控制系统设计2.1 硬件设计2.1.1 FPGA 开发板FPGA 开发板是基于 FPGA 物联网智能家居控制系统的核心部件,影响系统的设计质量与运行效果,合适135王柔:浅谈基于 FPGA 的物联网智能家居控制设计的控制器能提升系统的功能扩展性,简化用户使用系统的难度,该开发板由电源、时钟、复位、配置与外设电路组成。电源电路为 FPGA 开发板的供电系统,需使用
8、供电能力稳定的电源,可为系统开发创造基础环境,确保开发控制系统长期保持良好的运行状态。重视电压的控制,FPGA 开发板电压分为基本电压、参考电压与辅助电压,其中基本电压为电源输出电压,用于维持开发板运行。时钟电路也是 FPGA 开发板的重要组成部分,产生时钟脉冲同时传输信号,FPGA 开发板信号的传输与时钟信号密不可分,时钟信号一般由晶振产生,结构复杂的大型 FPGA 开发板中存在时钟管理模块。为保证FPGA 开发板快速进入运行状态,需使用复位信号,当电平电位为 1 时 FPGA 开发板处于复位状态,电位为 1 时进入正常工作状态。结合智能家居控制系统设计需要,选择 Ailera 公司开发的
9、de2-70 平台作为 FPGA 开发板,该开发板性能更强,可提升控制系统运行的稳定性。2.1.2 无线传感器基于 FPGA 物联网智能家居控制系统硬件设计,无线传感器的设计需引起设计人员的重视,也是实现系统通信功能的关键设备,决定系统中数据与信号的传输速率。根据系统的通信需要,选择型号为 USR-WiFi232-602 的串口服务器构建该系统的通信系统网络,这种服务器使用方式简单,对使用者的技术水平无要求,无需学习通信原理即可轻松使用通信网络获取数据与信息,更符合基于 FPGA 物联网智能家居控制系统设计目标。使用该通信网络仅需在内置页面设置一次运行方式,通信不受距离的限制,实现数据的远程通
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