基于Zigbee的LED草坪灯群控系统设计与实现

论文摘要

随着嵌入式技术、无线通信技术和数据处理技术的发展,出现了采用集散控制思想设计的群控系统。该控制系统通过上位机集中控制和管理下位机模块来实现具体的功能任务,上、下位机之间主要通过总线进行数据传输。目前群控系统已被广泛应用于温室环境控制系统、农业嵌入式测控系统以及各种实时监控系统等不同的实时控制领域。本文简单介绍了FPGA嵌入式技术、Zigbee无线传输技术、群控系统的概念和相关内容,重点是采用集散控制思想设计实现了LED草坪灯群控系统,并详细介绍了系统上位机和下位机模块的软硬件设计,最后利用DEII开发板、QuartusII应用软件对系统进行设计实现。在系统的设计实现过程中,上位机模块主要是利用OpenGL技术对LED草坪灯的情景变幻进行模拟仿真生成色彩变幻数据,然后通过Zigbee无线通讯技术传送给下位机模块进行播放。下位机模块主要利用NiosII软核处理器对播放数据进行存储和播放,将SD卡里的音频文件送到WM8731解码芯片进行解码还原成模拟声音。LED草坪灯色彩变幻主要通过IP核中的PWM调整占空比来实现。利用FPGA嵌入式技术对草坪灯群控系统进行开发设计,缩短了开发周期,同时也给系统部件的添加或删除提供了便利条件。运用Verilog HDL语言设计封装的IP核加快了播放数据的分析、处理速度,使LED草坪灯能够变幻256种不同的色彩,能够实现静止和渐变的不同效果。该设计解决了传统草坪灯控制系统处理速度慢、色彩变幻单一,布局布线困难的问题,同时该设计还具有开发效率高、低成本、低风险的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传统灯控系统的控制缺陷
• 1.2.2 NIOSII 研究现状
• 1.2.3 Zigbee 技术研究现状
• 1.2.4 群控系统研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文组织结构及内容安排
• 第2章 嵌入式FPGA 技术介绍
• 2.1 可编程逻辑器件概述
• 2.2 FPGA 的硬件开发平台
• 2.2.1 FPGA 的结构与原理
• 2.2.2 硬件开发板介绍
• 2.3 FPGA 的应用软件
• 2.3.1 QuartusII 软件应用
• 2.3.2 Verilog HDL 语言介绍
• 2.4 SOPC 系统级软件
• 2.4.1 SOPC Builder 技术介绍
• 2.4.2 SOPC 系统设计流程
• 2.4.3 Avalon 交换架构
• 2.5 本章小结
• 第3章 上位机顶层模块的设计
• 3.1 模块的总体结构
• 3.2 OPENGL 技术介绍
• 3.2.1 OpenGL 技术特点
• 3.2.2 OpenGL 设计模式
• 3.3 OPENGL 模拟仿真过程
• 3.3.1 OpenGL 文件设置
• 3.3.2 OpenGL 绘制函数设计
• 3.4 OPENGL 模拟仿真算法
• 3.4.1 LED 灯情景模型
• 3.4.2 LED 灯选择算法
• 3.5 OPENGL 的模拟仿真效果
• 3.6 ZIGBEE 网络部分设计
• 3.6.1 Zigbee 网络结构
• 3.6.2 Zigbee 组网设计
• 3.6.3 APL 层程序设计
• 3.6.4 无线传输硬件设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 LED 灯控模块的软硬件设计
• 4.1 模块的功能描述
• 4.2 LED 灯控部分设计
• 4.2.1 灯控部分的硬件设计
• 4.2.2 灯控部分的软件设计
• 4.2.3 系统时钟周期设计
• 4.3 音频部分的设计
• 4.3.1 WM8731 芯片介绍及播放原理
• 4.3.2 WM8731 的配置模块
• 4.3.3 WM8731 控制电路实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统集成
• 5.1 实现步骤
• 5.1.1 SOPC Builder 组合外设
• 5.1.2 Quartus 编译系统
• 5.1.3 工程文件下载
• 5.1.4 IP 核的Modelsim 仿真
• 5.2 系统硬件资源介绍
• 5.3 系统参数
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢