文献综述
——基于FPGA的湿度监测系统
- 研究目的及意义
随着工业的发展及现代化建设的进行，企业对于生产环境的要求愈加严格，尤其是湿度的把控，直接影响到产品的良品率。湿度检测在食品生产及制药、电子行业、化工生产、粮食存储等方面有着广泛的应用，通过对湿度的监测，能有效地控制生产过程中的湿度范围，达到产品生产所需条件，以提高产品品质与生产稳定性，减少因湿度不达标而作废产品的生产损失。工业生产中通常用相对湿度来衡量湿度水平，即气体中所含水蒸气量与其空气相同情况下饱和水蒸气量的百分比。湿度的监测需要具有精确性和及时性，为实现快速精准的湿度测量，同时最大程度降低成本，提升系统的稳定性与可靠性，本文选用DE2开发板为平台，基于FPGA与湿度传感器，采用Verilog语言进行编程，将传感器所测得数据实时反馈并用数码管显示，以实现实时湿度监测系统，满足各类生产需求。
- 国内外研究概况
现如今，湿度测量系统的种类很多，可以采用单片机、DSP、FPGA等开发环境作为开发平台，例如采用AT89C51单片机及其外部接口电路，选用合适的湿度传感器就可以实现简单的湿度测量，但是51单片机的功耗过大，运算速度慢，且可靠性低。DSP 的软件编程较为繁琐，且硬件成本高。而FPGA是当下并行能力最高的可编程计算硬件，为测量和控制系统提供了前所未有的性能和可靠性。
我国对于湿度测量技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家湿度测量技术的基础上，才掌握了湿度室内微机控制技术，该技术权限于对湿度的单项环境因子的控制。我国湿度测量设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以测量控制单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国湿度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中任然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性等特点。
国外对湿度测量技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪器，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的湿度测量技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
- 研究内容及计划
本文是基于FPGA的湿度监测系统设计，整个系统包括数据采集、数据处理、数据传输显示三个部分，采用的硬件电路包括Altera公司的DE2开发板、HTG3515ch温湿度传感器、TLC549模数转换芯片等。
系统通过HTG3515ch温湿度传感器采集湿度信息，继而输出相应的电压值，温湿度传感器内部包含一个独特的humirel湿度传感器，具有温湿度一体化的输出接口，适于应用在一个需要可靠精密测量的地方。该传感器带有微型控制芯片，湿度为线性电压输出，带10KohmNTC温度输出。该芯片可输出1~3.6v的电压信号，由于输出的电压信号在伏(V)级别，不需要再对信号进行放大和滤波等处理，直接进行AD 转换即可，因此大大简化了硬件电路的设计。由于输出量为模拟量，需要通过TLC549进行模/数转换，将模拟电压值转为数字信号，进而传输至Altera Cyclone II芯片，通过Verilog编程，进行数据的处理分析及传输，最终在数码管上显示实时的相对湿度值，以实现对湿度的精确监测。
系统的软件设计包括模拟量信号的采集及转换、数字信号的计算处理、湿度值的显示等，其中模拟量信号的采集及转换主要根据TLC549的时序要求来设计。由于数据的采集与转换对于时序有严格要求，且采集转换过程呈周期性往复，故选用有限状态机编程结构较为合适。
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