基于FPGA自动采集控制系统的工作原理及其各功能模块的介绍

　　随着当前工业控制自动化日益普及，对于工作环境中的温度控制也越来越重要。本设计即是针对某些需要持续恒温的特殊环境而设计的自动温度采集控制系统。该系统采用FPGA作为硬件核心部分，有效地利用FPGA在可编程门阵列方面的优点，最大限度的使硬件电路软件化，减少了可视硬件的规模，降低了硬件加工、布线以及元器件采购方面的成本与复杂性，从而降低了故障排查方面的繁杂性。使硬件电路简洁，降低了整体占用的空间。相对于其他的温度控制系统，具有小巧，维护维修方便的优点，大大的提高了可维护性，同时由于采用的元器件都比较常见，整体成本较低。因此很适用于一些小规模同时对温度精度要求不高的场合。

　　1 系统工作原理

　　通过传感器实现对外界环境温度的采集，并将采集到的温度信号传送给FPGA芯片，FPGA芯片能够自主地对采集的温度信号进行处理，并能通过LED显示当前温度，同时自动将采集到的温度信号与预设的温度进行比较得出正确的比较结果，通过I/O端口输出控制外围设备对环境温度进行控制，从而达到实时温度控制的目的。本设计中主要有温度采集模块、FPGA芯片模块、LED数字显示模块三部分，系统原理框图如图1所示。

　　通过FPGA编程来实现对温度传感器的实时温度数据采集，并且实时地处理采集到的数据，将采集到的数据转换为BCD码通过8段LED数码管显示出此前的温度。与此同时，采集到的数据将会与存储在芯片里的温度预设值比较，并自动产生比较结果，控制外围设备对被测空间的温度实施调节控制，从而达到恒温的目的，温度传感器采集出的温度数据通过二进制数组片选选择数据通过LED显示，选择的数据再与标准温度进行比较，温度过高降温处理、温度过低则升温处理。

　　2 主要功能模块的实现

　　控制模块如图2所示，其中两个PNP三极管的作用是在P1输出控制信号时起到开关作用，根据图中的三极管接法，当输出控制信号为低电平时，三极管通导，此时P2继电器中有电流通过，使其3和6引脚接通。设计中由于采用的三极管对电流的要求较高，而又由于继电器内部可以认为相当于是一个电感，因此在继电器刚刚上电的时刻，三极管发射极和集电极电流将会很大，很容易将三极管烧毁，因此加装稳压二极管D2，使继电器上电工作的时刻，瞬间电流通过二极管回路而不是通过三极管，就可以有效保护三极管不被烧毁。