智能馬桶設(shè)計(jì)

1、摘 要智能馬桶是基于常用家庭坐便器進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致人們的生活水平不斷提高，因此在平時(shí)的生活中，健康、舒適以及智能化的生活方式成為越來越多人的追求。智能馬桶相對(duì)于常用家用坐便器增加了更多的功能，手動(dòng)調(diào)節(jié)座圈溫度，洗凈、烘干功能，除臭功能，除了這些常用功能，還增加了紅外傳感器、壓力傳感器啟動(dòng)馬桶開始執(zhí)行各項(xiàng)功能以及夜燈工作模式，除此之外智能馬桶能有效殺死各種傳染性疾病的病毒、細(xì)菌、真菌或寄生蟲，預(yù)防細(xì)菌感染、痔瘡、便秘等問題上有很大的優(yōu)勢(shì)。其在常用家庭坐便器的基礎(chǔ)之上，添加了便捷、舒適、健康、環(huán)保、智能化的元素。本文以FPGA技術(shù)為核心，配合外圍傳感器及實(shí)現(xiàn)各種功能的電路實(shí)現(xiàn)智能馬

2、桶的諸多功能。對(duì)座圈溫度調(diào)節(jié)，水溫調(diào)節(jié)，洗凈，烘干，除臭，沖洗這些功能進(jìn)行調(diào)試、仿真及實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵字：智能馬桶，F(xiàn)PGA控制，傳感器 目 錄摘 要.I目 錄II1 任務(wù)描述11.1任務(wù)要求12 智能馬桶簡(jiǎn)介22.1 課題研究背景.22.2智能馬桶發(fā)展現(xiàn)狀.22.3 智能馬桶的特點(diǎn).23 方案設(shè)計(jì)33.1 總體框圖.33.2 功能模塊分述.44 硬件電路設(shè)計(jì)44.1 溫度控制模塊.44.2 除臭及沖水電路.64.3 電機(jī)控制電路.64.4 控制部分輸入信號(hào).74.4.1 壓力傳感電路.7 紅外傳感電路.84.5 夜燈模式電路設(shè)計(jì).85 FPGA控制系統(tǒng)95.1 溫度控制部分.9 5.1.1溫度控制

3、工作原理.9 溫度控制部分程序、波形及RTL圖.95.2 臀部洗凈沖水電機(jī)控制.11 5.2.1工作原理簡(jiǎn)析.11 臀部洗凈沖水電機(jī)程序、波形及RTL圖.115.3 沖洗電機(jī)控制.165.3.1 沖洗電機(jī)程序、波形及RTL圖.165.4智能馬桶狀態(tài)機(jī).19 5.4.1智能馬桶工作狀態(tài)描述.19 5.4.2工作狀態(tài)程序、波形及RTL圖.19小 結(jié)22致 謝23參考文獻(xiàn)241 任務(wù)描述1.1任務(wù)要求 一：操作面板座便器本體操作面板共有 7 個(gè)按鍵分別為電源、停止、臀部洗凈、女用洗凈、烘干、照明、按摩。二：功能的操作1、按下“臀部洗凈”或遙控器“臀部洗凈”按鍵，臀部洗凈噴嘴將噴射前后往返移動(dòng)一分鐘后

4、自動(dòng)停止噴射。再按一次“臀部洗凈”或按遙控器“臀部洗凈”按鍵，將再次重復(fù)此功能。2、按遙操作面板上“座溫調(diào)節(jié)”按鍵可調(diào)節(jié)座圈溫度。座圈溫度可設(shè)定為座圈不加熱、約34攝氏度、約37攝氏度、約40攝氏度。3、按遙操作面板上“水溫調(diào)節(jié)”按鍵可調(diào)節(jié)水箱當(dāng)中水的溫度。水溫度可設(shè)定為水溫不加熱、約34±2攝氏度、約37±2攝氏度、約40±2攝氏度。4、按遙操作面板上“風(fēng)溫調(diào)節(jié)”按鍵可調(diào)節(jié)風(fēng)的溫度。暖風(fēng)溫度可設(shè) 定為暖風(fēng)不加熱、約45攝氏度、約55攝氏度、約65攝氏度。5、人體入座3秒后，除臭功能運(yùn)轉(zhuǎn)，開始除臭工作人體離座后30秒除臭停止。6、夜燈的使用在有紅外感應(yīng)前提下，外界

5、光照強(qiáng)度減弱，夜燈開啟；紅外感應(yīng)消失后，夜燈隨即熄滅。三：設(shè)計(jì)要求： （1） 外圍電路必須 protel99 或相關(guān)電路畫圖軟件,不能用word和非電路設(shè)計(jì)軟件畫。FPGA芯片內(nèi)部電路必須有整體和單元的綜合電路,和對(duì)應(yīng)波形及其詳細(xì)說明。（2）課程報(bào)告字?jǐn)?shù)要求 3000 字以上。2 智能馬桶簡(jiǎn)介2.1課題研究背景馬桶是人們生活中必不可少的家用器具。智能馬桶是馬桶的升級(jí)版，隨著人們對(duì)生活舒適度的更高追求，馬桶的功能也越來越多，越來越高科技。智能馬桶蓋起源于美國(guó)，用于醫(yī)療和老年保健，最初設(shè)置有溫水洗凈功能。后經(jīng)日本衛(wèi)浴公司TOTO引進(jìn)并進(jìn)行改良，于80年代推出全新產(chǎn)品“衛(wèi)洗麗”，加入了集便蓋加熱、溫

6、水洗凈、暖風(fēng)干燥、殺菌等多種功能。成為智能馬桶發(fā)展的第一個(gè)里程碑。2.2 智能馬桶發(fā)展現(xiàn)狀智能馬桶起源于日本，現(xiàn)流行于日本和韓國(guó)，日本72%的普及率和韓國(guó)45%的普及率成為智能馬桶全球最大消費(fèi)國(guó)、技術(shù)產(chǎn)品出口國(guó)，中國(guó)自1998年首次生產(chǎn)只能便器以來，國(guó)內(nèi)定位目標(biāo)消費(fèi)人群幾乎是高收入人群。近年來智能馬桶已慢慢走進(jìn)尋常百姓家。智能座便器屬于更新?lián)Q代的革命性產(chǎn)品，迎合了未來人性化的衛(wèi)浴發(fā)展趨勢(shì)，"智能座便器"是以"微電腦數(shù)字處理系統(tǒng)、納米材料、激光或熱合"等成熟的高科技含量為技術(shù)手段，達(dá)到和實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的"沖水式坐使器、簡(jiǎn)易式便槽"根本無法解決

7、的污染與環(huán)保相矛盾的問題。從而不僅從技術(shù)上和方式上乃至村料上都是新突破與改革。目前市面上智能馬桶的功能大體有如下一些：集溫水洗凈、按摩、暖圈、夜光等多項(xiàng)功能于一身，提供更佳的潔身功效和舒適的清洗體驗(yàn)。雙噴嘴設(shè)計(jì)，提供臀部清潔與女性清潔，清洗到位。獨(dú)特脈沖沖洗模式，SPA 按摩功效。座圈及上蓋使用抗菌材質(zhì)，減少交叉感染，健康選擇。座便圈及水溫皆可加熱，三檔溫度選擇，舒適享受。水流強(qiáng)度3級(jí)可調(diào)，滿足不同需求。靜音緩降蓋板，安靜、安全。暖風(fēng)烘干，無需用紙，使用更加方便舒適。抽風(fēng)及臭氧雙重除臭，快速清除異味。節(jié)電模式選擇，省電更環(huán)保。光感啟動(dòng)藍(lán)色夜光功能，方便夜間使用。2.3 智能馬桶的特點(diǎn)1、全輕觸

8、式按鍵設(shè)計(jì)采用全輕觸式按鍵設(shè)計(jì)，使用過程更方便，清潔更徹底，污漬不留痕。2、噴頭自潔使用前后噴頭都會(huì)自我清潔，保持干凈衛(wèi)生。3、二個(gè)噴頭臀部清洗用（后部）和女性專用（前部清洗）2個(gè)噴頭，根據(jù)不同用途達(dá)到清洗干凈的效果。4、靜音緩閉功能放手后便座、便蓋自動(dòng)緩慢地關(guān)上，緩慢閉合才噪音。 5、智能節(jié)電具有智能學(xué)習(xí)記憶功能，可根據(jù)使用者的日常生活習(xí)慣，自動(dòng)預(yù)先對(duì)水溫和便座加熱，且用后自動(dòng)停止加熱，達(dá)到節(jié)能效果。6、座式感應(yīng)在沒有感應(yīng)到人坐上之前，沖洗開關(guān)都不會(huì)啟動(dòng)，不必?fù)?dān)心錯(cuò)按開關(guān)造成的尷尬，非常人性化。 7、抗菌便座直接接觸肌膚的便座部分采用抗菌材料。3 方案設(shè)計(jì)3.1 總體框圖FPGA控制系統(tǒng)溫度

9、傳感紅外傳感按鍵輸入座溫加熱水溫加熱熱風(fēng)烘干洗凈沖洗除臭壓力傳感溫度傳感圖3.1 系統(tǒng)框圖3.2 功能模塊分述FPGA控制溫度傳感加熱電路 圖3.2 溫度控制模塊智能馬桶要求實(shí)現(xiàn)的功能中有座圈溫度調(diào)節(jié)，水溫調(diào)節(jié)及暖風(fēng)烘干。此三項(xiàng)功能都需溫度調(diào)節(jié)及加熱設(shè)計(jì)。溫度傳感器能感受外界溫度并將感受到的非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出，因此可通過溫度傳感器感受溫度，將所需溫度傳給FPGA控制系統(tǒng)，由其將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后傳出指令使加熱電路進(jìn)行相應(yīng)操作。電機(jī)PWM波形發(fā)生器 圖3.3電機(jī)工作模塊PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許

10、多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān) 驅(qū)動(dòng)裝置”。本設(shè)計(jì)用電機(jī)來驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，電磁閥控制智能馬桶的洗凈和沖洗功能。4 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 溫度控制模塊pt100是鉑熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著

11、溫度上升而成近似勻速的增長(zhǎng)。電橋不平衡時(shí)輸出兩點(diǎn)間產(chǎn)生電壓差，經(jīng)過兩個(gè)電壓跟隨器穩(wěn)定輸出后送入差分式運(yùn)算放大器進(jìn)行一倍放大。溫度傳感器PT100在外界溫度不是1度時(shí)，電橋輸出電壓差為3T/100(T為傳感器感受到的外界溫度)，經(jīng)過電壓跟隨器及差分運(yùn)放處理后輸出電壓為3T/100v。電路輸出電壓送入A/D轉(zhuǎn)換器處理，將模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，送入FPGA芯片。 圖4.1傳感器測(cè)溫電路圖示電路圖是用雙向可控硅控制的電路。圖中的光耦MOC3041是用來隔離可控硅上的交流高壓和直流低壓控制信號(hào)的。其輸出用來觸發(fā)雙向可控硅BTA12.MOC3041是一個(gè)6引腳的芯片，它的輸入電流為60Ma,電阻R1

12、用來限制輸入電流；控制信號(hào)為從FPGA芯片輸出的高電平信號(hào)，經(jīng)過反向器后使MOC3041內(nèi)部的LED燈點(diǎn)亮，光控可控硅同時(shí)導(dǎo)通，繼而給雙極性可控硅BTA12一個(gè)觸發(fā)電壓，BTA12導(dǎo)通，電阻絲通電，加熱電路開始工作。因?yàn)楣β史糯箅娐返妮敵霾荒苁且粋€(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)量，故輸入電爐的加熱功率是連續(xù)可調(diào)的；另一方面雙極性可控硅能保證電阻絲在交流電壓源的正負(fù)半周均工作，增大電源的利用率，而且可控硅工作在過零觸發(fā)狀態(tài)，提高了設(shè)備的功率因數(shù)，也減輕了對(duì)電網(wǎng)的干擾。圖4.2加熱電路4.2 除臭及沖水電路 圖4.3除臭電路FQ-050是一個(gè)一體化的臭氧發(fā)生器。其一體化整合了臭氧發(fā)生電路和超微型臭氧發(fā)生管、直流微型氣

13、泵 ，內(nèi)置的超微型臭氧發(fā)生管 。是除臭應(yīng)用的最佳選擇。 圖4.4電磁閥電路以上兩個(gè)電路原理相同。由FPGA控制芯片輸出一個(gè)高電平信號(hào)后，兩個(gè)三極管相繼導(dǎo)通，繼而臭氧發(fā)生器及電磁閥開始工作。4.3 電機(jī)控制電路電機(jī)控制電路主要由兩兩對(duì)角的四個(gè)三極管導(dǎo)通與否控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，接受控制部分信號(hào)后，四個(gè)三極管中相對(duì)角的兩個(gè)三極管導(dǎo)通，另兩個(gè)對(duì)角三極管截止，此狀態(tài)周而復(fù)始循環(huán)，電機(jī)進(jìn)入正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)交替執(zhí)行的模式中。由PWM1，PWM2兩個(gè)節(jié)點(diǎn)輸入FPGA控制芯片輸出的PWM波形與正反轉(zhuǎn)信號(hào)的配合，電機(jī)進(jìn)入正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)模式。若PWM1=1，PWM2=0，則Q4導(dǎo)通Q1截止，即Q4集電極變低電平Q1集電極變高電平

14、，繼而Q3、Q6導(dǎo)通Q5、Q2截止，電機(jī)進(jìn)入正轉(zhuǎn)模式；若PWM1、PWM2是相反的狀態(tài)，即可推出Q5、Q2導(dǎo)通Q3、Q6截止，即電機(jī)進(jìn)入反轉(zhuǎn)模式。 圖4.5 電機(jī)控制電路4.4 控制部分輸入信號(hào)壓力傳感電路 圖4.6壓力傳感電路如圖所示為壓阻式壓力傳感器，壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件，也就是在單晶硅的基片或硅杯上用擴(kuò)散工藝、離子注入工藝或?yàn)R射工藝制成一定形狀的應(yīng)變?cè)?，?dāng)壓力傳感器受到壓力時(shí)，傳感器中的應(yīng)變?cè)碾娮璋l(fā)生變化，從而輸出相應(yīng)的電壓變化。如圖示A1、A2構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路，它們的同相端連接硅壓阻式傳感器的輸出端，A3組成一個(gè)差分比例運(yùn)算電路，它將雙端輸入信號(hào)變

15、為單端輸出的輸出電路，A4組成的電壓跟隨器用作零壓力調(diào)整，在輸入壓力為零時(shí)，調(diào)整RP2可使輸出為零。電容C1在這里通過自身的充放電使電路更穩(wěn)定。因此，這個(gè)壓力傳感器應(yīng)用電路可以通過感知壓力的變化而輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的功能。紅外傳感器電路 圖4.7 反射式紅外傳感輸入反射式壓力傳感器內(nèi)部由一個(gè)高發(fā)射功率紅外發(fā)光二極管和一個(gè)高靈敏度紅外接收管組成，它能自行發(fā)出紅外光，受到外界障礙物的反射接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來，一旦接收管接收到信號(hào)，輸出端將輸出低電平，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R4可以調(diào)節(jié)紅外對(duì)管的靈敏度，當(dāng)紅外對(duì)管檢測(cè)到白線或黑

16、線卻不能送出信號(hào)時(shí)，可以調(diào)節(jié)R4來增大其靈敏度。4.5 夜燈模式電路設(shè)計(jì)紅外傳感輸入經(jīng)一個(gè)非門后給三極管Q1發(fā)射極一個(gè)高電平信號(hào)，當(dāng)外界光照強(qiáng)度下降時(shí)，光敏電阻R1的阻值急劇增大，導(dǎo)致三極管Q2基極電壓變?yōu)榈碗娖胶蠼刂粒龢O管Q3導(dǎo)通且集電極變成低電平，及Q1基極變?yōu)榈碗娖?，于是三極管Q1導(dǎo)通。Q1導(dǎo)通后給雙極性可控硅一個(gè)觸發(fā)電平，可控硅導(dǎo)通，點(diǎn)燈被點(diǎn)亮開始工作。 圖4.8夜燈模式電路5 FPGA控制系統(tǒng)5.1溫度控制部分 溫度控制工作原理簡(jiǎn)析溫度傳感器感應(yīng)到外界溫度后將非電量轉(zhuǎn)化為電流量輸出，通過以運(yùn)算放大器為核心的電路處理后變?yōu)殡妷毫枯敵?，此模擬電壓量須輸入A/D轉(zhuǎn)換器件ADC0809轉(zhuǎn)換

17、為數(shù)字量輸出，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入FPGA芯片與人為設(shè)定的基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，低于基準(zhǔn)溫度則給加熱電路一個(gè)加熱信號(hào)，等于或高于則停止加熱。5.1.2 溫度控制部分程序，波形及RTL圖VHDL程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;LL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY JIARE IS PORT(ADdata: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -ADC0809轉(zhuǎn)換輸入數(shù)據(jù)； J_R: IN STD_LOGIC; -按鍵輸入；C_Z: OUT STD_LOGIC); -輸出控制

18、后續(xù)電路信號(hào)；END ENTITY JIARE;ARCHITECTURE BHV OF JIARE IS SIGNAL X_Z : INTEGER RANGE 1 TO 3 ; SIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); SIGNAL ADout: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ; BEGIN PROCESS(J_R,Q,ADdata) BEGIN IF J_R'EVENT AND J_R='0' THEN X_Z<=X_Z+1; END IF; CASE (X_Z) ISWHEN 1 => Q

19、<="00100010" -選擇基準(zhǔn)溫度34度；WHEN 2 => Q<="00100101" -選擇基準(zhǔn)溫度37度；WHEN 3 => Q<="00101000" -選擇基準(zhǔn)溫度40度；WHEN OTHERS => Q<="00100010"END CASE ; ADout<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(CONV_INTEGER(ADdata)*100/153,8) ; IF ADout<Q THEN C_Z<='1' ;

20、 -低于基準(zhǔn)溫度則加熱； ELSE C_Z<='0' ; -等于或高于停止加熱；END IF ; END PROCESS;END BHV;本設(shè)計(jì)選擇三個(gè)基準(zhǔn)溫度，人為按鍵一次，選擇一個(gè)基準(zhǔn)溫度，每次加一檔，到最高檔再按鍵一次回到最高檔。若傳感器測(cè)到溫度小于所設(shè)基準(zhǔn)溫度，則給加熱電路一個(gè)有效信號(hào)開始加熱，否則停止加熱。 圖5.1 溫度控制波形圖 圖5.2 溫度控制RTL圖5.2 臀部洗凈沖水電機(jī)控制 工作原理簡(jiǎn)析脈沖寬度調(diào)制是指用改變電機(jī)電樞電壓接通與斷開的時(shí)間的的占空比來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用FPGA進(jìn)行調(diào)速是極為方便的

21、。其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓導(dǎo)通時(shí)間與通電時(shí)間的比值，即占空比，來控制電機(jī)速度。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加，電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。 圖5.3 PWM調(diào)速占空比是指高電平在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率。上圖中占空比為：D=t1/T。臀部洗凈功能需要噴水管在指定位置進(jìn)行來回的往返運(yùn)動(dòng)，即需要點(diǎn)擊進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的循環(huán)。本設(shè)計(jì)中設(shè)定噴水管用1分鐘的時(shí)間進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)，往30s返30s完成臀部洗凈這個(gè)功能。 臀部洗凈沖水電機(jī)程序，波形及RTL圖 VHDL程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.A

22、LL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY MUX21 IS PORT(A,B,S:IN STD_LOGIC; Y:OUT STD_LOGIC);END ENTITY MUX21;ARCHITECTURE BHV OF MUX21 IS BEGIN PROCESS (A,B,S) BEGIN IF S='1' THEN Y<=A; ELSE Y<=B; END IF; END PROCESS;END BHV ; -2選1選擇器；LIBRARY IEEE;USE IEEE

23、.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY COMPARE IS PORT(DATAA:IN STD_LOGIC_VECTOR (4 DOWNTO 0); AGB:OUT STD_LOGIC);END ENTITY COMPARE;ARCHITECTURE BHV OF COMPARE IS BEGIN PROCESS (DATAA) BEGIN IF (DATAA>8) THEN AGB<='1' ; ELSE AGB<=

24、9;0' END IF ; END PROCESS;END BHV; -比較器1；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY AND21 IS PORT(C,D:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC);END ENTITY AND21;ARCHITECTURE BHV OF AND21 IS BEGIN Q<=C AND D;END BHV; -2輸入與門；LIBRARY IEEE;US

25、E IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY CNTB IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; Q:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);END;ARCHITECTURE BHV OF CNTB IS BEGIN PROCESS(clk) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN Q<=Q+1; END IF; END PROCESS;END BHV

26、; -加一計(jì)數(shù)器B；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY bijiao30 IS PORT (DATA1: IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); Z: OUT STD_LOGIC ) ;END ENTITY bijiao30 ;ARCHITECTURE BHV OF bijiao30 IS BEGIN PROCESS (DATA1) BEGIN IF DATA1>"1111

27、0" THEN Z<='0' ; ELSE Z<='1' ; END IF ;END PROCESS ;END BHV ; -比較器2；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY CNTA IS PORT (CLK,EN : IN STD_LOGIC; ET: OUT STD_LOGIC; CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);E

28、ND ENTITY CNTA;ARCHITECTURE BHV OF CNTA IS SIGNAL CQI:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(CLK,EN) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF EN='1' THEN IF CQI<60 THEN CQI<=CQI+1 ; ELSE CQI <=(OTHERS=>'0') ; END IF ; END IF ; END IF ; IF CQI=60 THEN ET<

29、='0' ; ELSE ET<='1' ; END IF ; END PROCESS ; CQ <=CQI ; END BHV ; -加一計(jì)數(shù)器A；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY huomen IS PORT (J,K: IN STD_LOGIC; G: OUT STD_LOGIC) ;END ENTITY huomen ;ARCHITECTURE BHV OF hu

30、omen IS BEGIN G<= J OR K ;END BHV ; -2輸入或門；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY DIANJI IS PORT (CLK0,CLK1,START:IN STD_LOGIC; -時(shí)鐘信號(hào)，START按鍵定義； PWM,Z,F:OUT STD_LOGIC ); -PWM波形輸出，正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)；END ENTITY DIANJI;ARCHITECTURE BHV OF DI

31、ANJI IS COMPONENT huomen PORT (J,K: IN STD_LOGIC; G: OUT STD_LOGIC) ; END COMPONENT; COMPONENT CNTA PORT (CLK,EN : IN STD_LOGIC; ET: OUT STD_LOGIC; CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0); END COMPONENT ; COMPONENT CNTB PORT(CLK:IN STD_LOGIC; Q:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); END COMPONENT ; COM

32、PONENT bijiao30 PORT (DATA1: IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); Z: OUT STD_LOGIC ) ; END COMPONENT ; COMPONENT COMPARE PORT(DATAA:IN STD_LOGIC_VECTOR (4 DOWNTO 0); AGB:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT ; COMPONENT AND21 PORT(C,D:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT ; COMPONENT MUX21 PORT(A,B,S:IN

33、 STD_LOGIC; Y:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT ; SIGNAL NET0,NET2,NET3,NET5,NET6,NET7,NET8 : STD_LOGIC; SIGNAL NET1 : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); SIGNAL NET4 : STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); BEGIN PWM<=NET2; U1:huomen PORT MAP (J=>NET5,K=>START,G=>NET0); U2:CNTA PORT MAP (EN=>NET0,CLK=&

34、gt;CLK1,ET=>NET5,CQ=>NET4); U3:bijiao30 PORT MAP (DATA1=>NET4,Z=>NET3); U4:CNTB PORT MAP (CLK=>CLK0,Q=>NET1); U5:COMPARE PORT MAP (DATAA=>NET1,AGB=>NET2); U6:MUX21 PORT MAP (A=>NET2,B=>'0',S=>NET3,Y=>NET7); U7:MUX21 PORT MAP (A=>'0',B=>NET2,S

35、=>NET3,Y=>NET8); U8:AND21 PORT MAP (C=>NET5,D=>START,Q=>NET6); U9:AND21 PORT MAP (NET7,NET6,Z); U10:AND21 PORT MAP (NET8,NET6,F); END BHV ;一路由程序設(shè)置輸出一個(gè)占空比一定的PWM脈沖，另一路設(shè)置一個(gè)60s的流程，使電機(jī)正轉(zhuǎn)30s反轉(zhuǎn)30s配合第一路的PWM脈沖完成臀部洗凈沖水閥的往返運(yùn)動(dòng)。 圖 5.4 臀部洗凈沖水電機(jī)波形 圖 5.5 臀部洗凈沖水電機(jī)RTL圖5.3 沖洗電機(jī)控制 沖洗電機(jī)程序，波形及RTL圖 VHDL程序如下

36、：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY COMPARE IS PORT(DATAA:IN STD_LOGIC_VECTOR (4 DOWNTO 0); AGB:OUT STD_LOGIC);END ENTITY COMPARE;ARCHITECTURE BHV OF COMPARE IS BEGIN PROCESS (DATAA) BEGIN IF (DATAA>8) THEN AGB<='1&#

37、39; ; ELSE AGB<='0' END IF ; END PROCESS;END BHV; -比較器；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY AND21 IS PORT(C,D:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC);END ENTITY AND21;ARCHITECTURE BHV OF AND21 IS BEGIN Q<=C AND D;END BHV; -

38、2輸入與門；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY CNTB IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; Q:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);END;ARCHITECTURE BHV OF CNTB IS BEGIN PROCESS(clk) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN Q<=Q+1; END IF

39、; END PROCESS;END BHV; -加一計(jì)數(shù)器B；LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY DIANJI1 IS PORT (CLK0,START:IN STD_LOGIC; -時(shí)鐘信號(hào)，START按鍵輸； PWM:OUT STD_LOGIC ); -PWM脈沖輸出；END ENTITY DIANJI1;ARCHITECTURE BHV OF DIANJI1 IS COMPONENT CNTB PORT(CL

40、K:IN STD_LOGIC; Q:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); END COMPONENT ; COMPONENT COMPARE PORT(DATAA:IN STD_LOGIC_VECTOR (4 DOWNTO 0); AGB:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT ; COMPONENT AND21 PORT(C,D:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT ; SIGNAL NET0 : STD_LOGIC; SIGNAL NET1 : STD_LOGIC_VECTOR(4

41、 DOWNTO 0); BEGIN U1:CNTB PORT MAP (CLK=>CLK0,Q=>NET1); U2:COMPARE PORT MAP (DATAA=>NET1,AGB=>NET0); U3:AND21 PORT MAP (C=>NET0,D=>START,Q=>PWM); END BHV ;設(shè)計(jì)選用一個(gè)占空比一定的PWM脈沖控制電機(jī)，使電機(jī)以一定速度驅(qū)動(dòng)沖洗水閥，完成馬桶沖洗。 圖 5.6 沖洗電機(jī)波形 圖 5.7 沖洗電機(jī)RTL圖5.4 智能馬桶狀態(tài)機(jī) 智能馬桶工作狀態(tài)描述當(dāng)紅外傳感器和壓力傳感器有有效信號(hào)輸入FPGA芯片時(shí)，智能馬

42、桶進(jìn)入工作狀態(tài)。人為給一個(gè)按鍵信號(hào)后，狀態(tài)機(jī)進(jìn)入下一狀態(tài)，否則持續(xù)此狀態(tài)；首先開啟除臭功能和水溫加熱，座溫加熱，暖風(fēng)加熱，下一狀態(tài)臀部洗凈，下一狀態(tài)暖風(fēng)烘干，下一狀態(tài)沖洗，最后一個(gè)狀態(tài)所有功能關(guān)，電源關(guān)。5.4.2 工作狀態(tài)程序，波形及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖VHDL程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY ZHINENGMATONG IS PORT(CLK,RST,H_W : IN STD_LOGIC ; -時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位

43、信號(hào)，紅外感應(yīng)輸入； D1 : IN STD_LOGIC; -按鍵輸入； C_C,S_W,PH_C,H,C_X,H_G : BUFFER STD_LOGIC); -輸出信號(hào)控制外圍電路；END ENTITY;ARCHITECTURE BHV OF ZHINENGMATONG ISTYPE STATES IS(S0,S1,S2,S3,S4);SIGNAL PST :STATES:=s4;BEGINREGCOM:PROCESS(CLK,RST,PST,H_W) BEGIN IF RST='1' THEN PST<=S4 ; ELSIF CLK'EVENT AND CL

44、K='1' AND H_W='1' THEN CASE PST IS WHEN S0=>IF D1<='1' THEN PST<=S1; ELSE PST<=S0;END IF; WHEN S1=>IF D1<='1' THEN PST<=S2; ELSE PST<=S1;END IF; WHEN S2=>IF D1<='1' THEN PST<=S3; ELSE PST<=S2;END IF; WHEN S3=>IF D1<=&#

45、39;1' THEN PST<=S4; ELSE PST<=S3;END IF; WHEN S4=>IF D1<='1' THEN PST<=S0; ELSE PST<=S4;END IF; WHEN OTHERS=>PST<=S4; - 按鍵一次則跳轉(zhuǎn)下一狀態(tài)，否則保持原狀態(tài)； END CASE; END IF; END PROCESS REGCOM; COM:PROCESS(PST) BEGIN CASE PST IS WHEN S0=> C_C<='1'PH_C<='1'S_W<='1'H_G<='0'H<='0'C_X<='0' WHEN S1=> C_C<='1'S_W<='1'H<='1'PH_C<='0'C_X&