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40000字硕士毕业论文基于FPGA的芯片吸油烟机集成控制模块实用措施分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:40000字
论点:抽油烟机,模块,控制
论文概述:

抽油烟机行业普遍存在着耗能严重和舒适度差的问题,风机由于采用普通单相电机,噪声严重且耗能较大;同时由于不具有实时调速功能造成转速浪费。针对这种情况,本文设计了一款基于FP

论文正文:

第一章导言

1.1本研究的目的和意义
中国是一个注重美食的国家。在食品加工中,油炸、煎炸、烹饪和煎炸占很大比例。因此,中国厨房的油烟很大。油烟严重污染厨房环境,同时损害厨师的身心健康。吸油烟机可以快速将炉灶排出的废气和对人体有害的油烟排出室外,减少污染,净化空气体,并具有防毒防爆的安全保护功能。它是现代家庭必不可少的健康卫士。
好的抽油烟机已经成为改变厨房环境的“强力武器”,可以有效改善厨房环境,减少油烟对厨房环境和人体健康的危害。据中国房地产协会统计,目前,我国家庭厨房的数量正以每年1300万个的速度增长。根据相关数据,目前中国约有10万家注册住宿酒店和餐饮企业法人实体,469.9万家企业职工食堂和约10万家各类学校食堂。据估计,从2010年到2015年,中国吸油烟机年产量将达到1500万台。如果实施高效节能降耗的吸油烟机产业升级方案,吸油烟机平均工艺能耗降低30%,每年总节能量可接近9000万千瓦时,年节能效益可达1.2亿。
经过20多年的发展,中国吸油烟机行业已经成为一个相对成熟的行业,拥有邰方、万和、西门子、帅康等主要吸油烟机制造商。在国内吸油烟机市场占有很大份额。虽然市场上抽油烟机的产品不断更新,产品的结构和形状也在逐步改善,但大部分属于普通类型。手动开关用于控制排气速度,自动调速的智能抽油烟机远非通用。在我国吸油烟机工业产量快速增长同时,生产出来的吸油烟机存在智能化水平低、能耗严重、舒适度差的问题。风扇的转速不能随油烟量实时调节,风扇在工作时以电机最大功率运行,造成大量电能浪费。2008年5月,贵州大学开发了基于ATmega 16的变频抽油烟机。一个气体传感器被用来根据油烟的浓度控制风扇的速度。然而,由于成本高和控制稳定性不足,它还没有得到广泛应用。从吸油烟机行业目前的发展来看,中国还没有节能环保智能吸油烟机的成型产品,西方国家由于饮食结构的差异还没有开发出这样的产品。新一代抽油烟机正朝着节能、降耗、智能化的方向发展,必须满足节能和绿色的要求。
本文通过分析吸油烟机高能耗、低智能的现状,重点研究一种适用于大多数传统吸油烟机的芯片级集成数字控制模块。关键突破是:
1。基于现场可编程门阵列硬件的模糊控制技术:传统控制器如数字信号处理器在实现控制功能时必须依赖相应的执行程序。大部分时钟周期消耗和软件操作处理极大地影响了控制器的速度和效率。基于现场可编程门阵列的硬件处理器直接通过数百万个单位级逻辑门实现逻辑判断,延迟小,在速度和稳定性方面具有无可比拟的优势。
2。单相电机矢量变频控制技术:采用矢量脉宽调制空矢量脉宽调制技术,实现普通单相异步电机的变频调速,在变频运行时,既能降低能耗,又能实现平稳加减速、大风量宽度和低噪声。

第二章吸油烟机速度自适应模糊模型的建立

2.1简介
市场上大多数抽油烟机都不能实时分析排烟量,转速也不能随废气量实时调整,造成大量电能浪费。针对该行业普遍存在的问题,研究了风机的自动调速,采用模糊自适应控制方法,利用烟气湿度检测传感器实时采集烟气湿度数据,对烹饪环境进行综合分析,通过模糊计算得出最合适的速度,最终达到吸油烟机智能调速节能降耗的目的。基于硬件实现的模糊控制器具有良好的实时性,能够满足抽油烟机对废气的快速调节和控制。通过废气的灵活处理,系统在节能降耗的基础上,保证了良好的稳定性和动态性能。

2.2油烟、蒸汽等废气的产生机制
中国的烹饪习惯以油炸、油炸、烹饪和油炸为主,因此烹饪过程中会产生大量有害废气。烹饪过程中产生的第一大废气是油烟,油烟是食用油油炸时发生剧烈化学变化后产生的成分的复杂混合物。食用油加热过程中,当达到i7(rc)时,油分解形成直径大于i7的小油滴;届时,微油滴(DLCR 3-KR 7厘米)将通过分解形成。从锅底溢出的油气混合物不规则地向上向外扩散,接触锅底的空气体受热后迅速上升,锅底形成负压,锅外的冷空气体不断流向锅底,油烟废气不断斜向外扩散逸出。烹饪产生的另一种主要污染物是水蒸气。例如,在煮汤的过程中会产生水雾。在加热阶段,水蒸气将与温度上升成比例,直到沸腾后产生的水蒸气均匀并与燃烧条件成比例。

第三章吸油烟机的空间矢量脉宽调制变频原理.........................................28-42
3.1领先.........................................28
3.2病媒控制.........................................28-29[/溴/] 3.3不平衡空间矢量脉宽调制变频.........................................29-37
电容起动单相电机3.4 SV PWM控制算法的实现过程.........................................37-41
3.5本章概述.........................................41-42
第四章执行.........................................42-61
4.1基于现场可编程门阵列芯片级集成简介.........................................42
4.2集成控制模块的芯片选择.........................................42-43
4.3基于现场可编程门阵列的速度实现.........................................43-54
4.3.1现场可编程门阵列实现.........................................44-50
4.3.2现场可编程门阵列实现遥感-232串行通信.........................................50-52 [/BR/] 4.3.3a/ D转换器控制电路设计.........................................52-53
4.3.4数模转换器控制电路设计.........................................53-54
4.4基于FPGA的空间矢量脉宽调制空矢量.........................................54-60 [/BR/] 4.4.1部门判断模块.........................................54-55[/溴/] 4.4.2基本矢量动作时间计算模块.........................................55-57
4.4.3过调制控制模块的设计.........................................57-58
4.4.4调制波生成模块.........................................58
4.4.5脉冲发生模块.........................................58-60 [/BR/] 4.5本章概述.........................................60-61
第五章芯片级控制模块的功能仿真.............................................61-75
5.1导言.........................................61
5.2芯片级集成控制模块性能测试.........................................61-64 [/BR/] 5.2.1自适应模糊控制模块的功能测试.........................................61-62[/ Br/] 5.2.2 Svpwm变频模块综合测试.........................................62-64
5.3控制模块节能环保性能的实际测试.........................................64-74
5.3.1测试平台构建.........................................64-67
5.4本章概述.........................................74-75

结论

针对吸油烟机行业能耗严重、舒适性差的问题,设计了一种基于现场可编程门阵列的芯片级吸油烟机集成控制模块,采用模糊自适应控制和空间矢量脉宽调制变频技术,推动吸油烟机向节能环保方向转变。
本文完成的主要工作如下:
1吸油烟机转速自适应模糊模型的建立:通过厨房废气的实时采集和模糊计算,获得最合适的转速,引导风扇以最合适的转速净化厨房环境。
2、空间矢量脉宽调制空之间矢量变频算法的实现设计了一种两相电机不平衡空间矢量脉宽调制空之间的矢量变频算法,用于实现吸油烟机常用单相异步电机的变频调速。从驱动方式上实现电机节能;同时,提高了风机的运行稳定性,降低了运行噪音,达到了环保降噪的目的。
3。基于现场可编程门阵列的芯片级控制模块设计:该模块由转速自适应模糊控制模块和空间矢量脉宽调制变频模块两部分组成。转速自适应模糊控制器采用优化的模糊推理算法和并行流水线模式来提高推理速度。空间矢量脉宽调制变频模块采用五段开关序列合成空之间的电压矢量。根据该综合方法,从上到下实现了扇区判断、时间参数计算模块、基本电压动作时间计算模块、过调制控制模块、调制波产生模块和脉冲产生模块的具体实现。
4。建立测试平台,测试控制模块的节能环保性。结果表明,吸油烟机的速度自适应控制对电机的节能降耗具有重要作用。在空间矢量脉宽调制矢量变频下,转速、功率、运行噪声和空气输出比普通单差电机明显提高,达到了设计目标。