基于FPGA的自动门控制系统设计
摘要：目前自动门应用比较广泛,而其设计一般以PLC为主。EDA技术是一个比较前端的技术,本文主要介绍了EDA技术在自动门控制系统中的应用,通过先进的从上而下的设计方法,用Verilog硬件描述语言描述系统,使系统设计与工艺无关,从而使设计思路更广,设计时间也大大缩短,系统的使用和修改更符合实际。[1]
关键词：FPGA ，自动门 ，控制系统设计 ，自上而下，Verilog
一． 背景
门和人类文明是孪生的，它伴随人类文明的发展而跃动。21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范，通行，疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调了门与建筑以及周围整体环境的协调，和谐。门大规模专业化生产于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式——自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全，功能完善，造工精细的自动门家族。文献[2]中指出，现代自动门发展日趋成熟，但是安全性有待提高。
作为建筑一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体应牢固，密封。因此，设计一个操作方便，运行稳定可靠，成本低的自动门的控制系统具有一定的市场。本文设计的自动门系统为了达到上述目的，采用了如下设计方案：采用按钮，无线遥控，红外感应三种驱动方式，即可自动控制又可人工控制，操作简单并且适用范围广；采用了EDA技术设计主控制器的状态转换，可软件诊错；采用自动复位以及电机专用控制芯片来保证系统的可靠运行。由于设计采用了EDA技术的VHDL设计而非传统的单片机设计，是一种自上而下的设计方法，使得系统的开发周期短，成本降低。[1]
- 国内外研究现状
对于自动门设计系统研究大多采用单片机与PLC进行设计。针对红外感应模块文献[3]指出对于传统的自动门控制系统进行分析，其大多数利用了单片机具有低功耗，速度快，抗干扰能力强等优点，并集成了PWM,AD转换，使系统硬件可靠性高，结构简单[4,5,6]。本文使用的红外线检测电路包含了红外传感器和检测放大电路部件[7]。红外传感器是整个红外检测电路中最重要的核心技术，即通过非触碰到人体的形式，发射相关肉眼不可见红外光光频，并对其所产生的能量进行监控和接受，一旦感应到人体或物件后，自动转化为电压的形式输出，并不需要触碰额外的开关等。为探测移动人体，采用双元件型热释电红外传感器，具体原理如图所示：
电红外传感器的工作原理来自于对人体发射红外线，能量转变为电压信号，被接受检测出。红外线传感器其阻抗性能极好，所输出的电压非常微弱，在传感器内部，设有偏置厚膜电阻（RG、RS）及场效应管（FET），二者之间形成阻抗结构，对于所接收到的电压信号可以进行变换和放大的作用。在一般的情况下，由于电红外传感器其本身的接受电压信号能力较弱，对于信号的感应程度也较低，因而其所能感应到的范围是以其为圆点，半径为2m的圆面积。因而需要在红外传感器前面配置菲涅尔透镜结构，不仅可以提高红外射频的响应速度，同时还能大幅度的提高传感器的灵敏程度，扩大检测范围，延长至12m。红外传感器装配在自动门的两侧，即当人体或物件靠近自动门的时候，会自动接受辐射并引起红外传感，发射出7mu;m-13mu;m的红外线，而后被菲涅尔透镜所接收，并且处理成电压力信号模式，提高其相应速度和放大其电路。而后传输到MC68HC11K4单片机中，可以通过所接收到的电压信号，控制门上的检测电路进行直线驱动，从而将门以一定的速度开启。
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