《基于FPGA的温度采集系统》文献综述
- 本课题的研究背景及意义：
温度是和人们的生活息息相关的可测量的物理量，我们每时每刻都能接触到，温度数据实时准确的采集对生产过程中设备的运行状态、生产环境等外界因素进行起到实时监控的作用，能够保证整个生产活动高效开展，因此精确度高且实用性强的温度采集系统对现实生活和生产具有举足轻重的作用。传统的温度采集主要是依靠人类的触觉或温度计来进行人工的测量，精确度低，显示不精确，易存在误差，不能够满足现下人们对温度的精确度的要求。目前，市面上的温度采集系统大多是以单片机作为控制平台，需要扩展的外围电路较多且设计复杂，功能单一，性能和硬件条件有限，采集到的数据实时性不强，且外部电路容易受到干扰，虽然成本较低，但在性能和速度上不具备优势，而FPGA具有并行处理性，可控性，集成度高，开发周期短，处理速度快等特性，所以基于FPGA设计的温度采集系统的电路设计复杂性较低，抗干扰能力强，工作稳定可靠 。
- Fpga简介
FPGA是在PAL,GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定的设计功能的数字集成电路，基于FPGA的设计可以理解为是一种半定制电路。当前国内的采集技术和国外相比还是有一定的差距的，主要表现在：①由于数据采集器的内存较小，其本身的信号处理功能不强，只能够做简单的判断；②由于受国内振动等传感器水平的限制，分析频率范围不宽，在工业方面会给一些低速的机器的诊断带来了一定的困难；③另外，国内的设备软件水平仍在设备维修管理和基本频谱分析上徘徊，机器故障诊断专家系统也有待提高，软件的人机界面也需要改善。④设备的性能与成本的协调还缺乏一定的优势。通过对全球FPGA技术的分析，结合我国当前的实际情况，可以发现FPGA技术对我国的科技水平的提高有着重要的推动作用。
目前对温度数据的采集的研究方式有：（1）运用ZigBee技术与温度传感器相结合，选用星形网络拓扑结构，实现了多点的温度采集，通过RF收发器接收各终端节点发送的数据并显示在LCD液晶屏上，同时利用USB接口将数据传输到上机位，进行数据分析、处理及保存，该系统数据传输可靠，功耗低，成本低，节点易于扩展，可应用于复杂环境下的温度采集，具有一定的使用价值；（2）使用LabVIEW软件、数据采集卡、K型热电偶传感器组成的温度采集系统，可以准确地测量环境的温度变化，其测温范围广，简单可靠，易于操作，同时可降低开发成本；（3）基于单片机的温度采集与处理系统是将单片机作为一个高集成的微型计算机，克服了上一代计算机数字采集的缺点，在实时性要求不改变的场合下是一个不错的选择；（4）DSP和 FPGA结合，采用这种采集方式的思路是将两者的优势相结合的思路，既利用DSP强大的数字信号处理能力完成对信号的处理，又利用FPGA强大的逻辑控制能力来实现外围电路的控制。以上四种数据采集处理方式，在不同情况下一定程度上可以实现信号的采集，但都存在不足：ZigBee芯片的成本高，并且通信距离较短，其技术的规范和应用还在不断的完善和发展中；单片机是基于顺序语言的,其描述过程繁琐,信号采集频率受单片机时钟频率的限制,难于实现高速的温度测量且不易在线修改，数据处理大部分依靠软件来实现，占用了很多采样时间；采用DSP与FPGA两者相结合的办法，虽然两者优势互补，但是加大了硬件电路的复杂性，提高了设计成本，降低了资源利用率。
- 研究历史：
就对温度控制技术的研究而言，国外对其的研究最早开始于20世纪70年代。先采用模拟式的组合仪表，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。现在世界各国的温度测控技术发展很快，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。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代，我国工程技术人员在吸收发达国家的温度测控技术的基础上才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单向环境因子的控制。而数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用于军事上的测试系统；大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备进入市场；20世纪70年代中后期，随着微型的发展，诞生了采集器、仪表同计算机融于一体的数据采集系统；20世纪80年代后期，数据采集发生了极大的变化，工业计算机，单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统成本降低，功能成倍增加，数据处理能力大大加强；20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经被广泛应用于多个领域。
- 基于FPGA的温度采集系统的研究现状：
随着当今技术和网络的发展和普通应用，渐渐地出现很多依靠技术和网络改善的温度采集系统，数字化、智能化的温度测量技术应用也越来越广泛。而温度传感器是测量温度的关键。随着科学技术的不断发展和进步，各个领域对温度的采集需求也越来越多，越来越精确的温度测量被看重，所以说研究温度的采集和控制的方法很有必要。随着我国电子信息产业的持续高速增长，工业现代化进程步伐的加快，电子产业带动了传感器的市场，其中温度传感器作为工业生产中最常见的一种传感器，受到人们的广泛关注。我国研制温度传感器已有三十多年的时间，目前我国温度传感器的设计与研究尚处于萌芽阶段，是国外上世纪90年代初期的水平。作为温度监控系统当中的重要部件，温度传感器的选择非常重要，温度传感器就其发展过程可分为三个阶段：传统式分立式温度传感器，采用模拟集成技术的温度传感器以及目前最为主流的智能集成温度传感器。
五、研究内容和计划
本次毕业设计是基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）平台，在QuartusII的环境下，设计一款温度控制系统，该系统可以采集温度数据，实现实时显示温
度，在温度超出设置的温度范围时发出报警信息的功能。FPGA可编程技术的出现给现代工业控制的测控领域带来了一次新的技术革命，它具有数百万的逻辑门，可用于实现复杂的功能。FPGA作为温度控制器的主控部分可以使系统的器件数目减少，具有设计灵活，现场可编程，调试简单等优势。
研究计划：
