基于FPGA的洗衣机控制系统的设计与实现

关键程序设计

　　将程序设计分为硬件程序设计和软件程序设计两部分，硬件程序设计要对硬件电路进行时序仿真以确定达到涮试的效果。FPGA开发环境是由Ouartus II进行硬核平台的搭建与设计和Nios II进行软核编程组成，这里用的是Quartus II9．0和Nios II 9．0软件。

　　3．1 模式控制电路设计

　　在模式控制电路中，用key1、key2、key3 3个按钮选择模式，分别代表强洗、标准、轻柔。在洗涤之前选择洗涤的模式，在洗涤的过程中由FPGA输出控制信号，控制洗涤电机的工作。根据洗涤控制电路性能要求，搭建硬件原理图，编译后对key1、key2、key3进行时序仿真，分析时序关系，估计设计的性能及检查和消除竞争冒险。仿真结果如图2所示。其中Output输出的是控制电机转速的PWM波形。

　
　图2 key1、key2、key3时序仿真

　　由上图可以看出，当依次按下key1、key2、key3时，output输出波形的频率是越来越小，使得电机转速也是越来越小，电机的输出力矩也会随之变小。

　　3．2 电机控制模块设计

　　在电机控制模块里，通过FPGA输出驱动信号，控制洗涤电机的正反向转动，以达到洗涤的目的。根据原理和性能要求，搭建硬件原理图，编译后对洗涤电机控制信号进行时序仿真，来研究其性能是否符合设计的要求。仿真结果如图3所示。

　　
图3 电机控制信号时序仿真

　　图中的clr为片选信号，输出output为电机驱动信号，fd为电机方向信号，output16是送往SOPC的信号，clr是由SOPC送出的控制信号。由仿真图看出，当片选信号clr为高电平时，开始10个PWM波形的fd信号为高，接下来的后10个PWM波形电机方向信号fd则变为低电平。这个过程说明洗衣机完成了一次顺时针洗衣和逆时针洗衣的过程，顺时针洗衣服的时间是由lpm_cunstant控制的，在这里用10个波形代替。

　　3．3 整体流程图设计

　　硬件设计调试完成后，还要进行软件系统设计。在C语言文件中编写C程序进行SOPC的编程（简称软核编程）。最后利用NiosII软件把Quar tus II产生的硬核文件．SOF文件和Nios II软件产生的．JDI文件下载到存储器。整体工作流程图如图4所示。

　　
图4 整体工作流程图

　　洗衣机在通电后先要手动的关闭排水阀，再进行人工注水，然后设置洗涤的模式和洗涤的时间。当各项设置完成后按下启动按钮，这是洗衣机开始正常的工作，同时定时器开始工作。在工作过程中由循环程序和FPGA协同控制洗涤电机的转动，当洗涤完成后蜂鸣器报警，洗涤工作结束。

　　4 结束语

　　本文洗衣机控制系统的组成成本低廉、原理简单、使用方便、结构紧凑，而且FPGA具有很强的可编程性，在日后的实际使用中可继续开发拓展更多的功能。在设计和最后的开发板仿真中，结果表明该系统实现了控制逻辑功能，具有洗涤、定时、数码显示等功能，可很好的替代传统的机械式控制系统，在洗衣机的控制方面具有很高的实用价值。