高校楼宇智能节电系统的研究与SOPC实现

论文摘要

为了解决当今高校教室的电能浪费问题，本文应用SOPC（片上可编程系统）技术设计开发了智能照明控制系统。通过图像处理技术判断教室内是否有人，并根据多种因素影响下的控制策略综合判定此时是否需要开灯，做到教室没有人时关闭电灯，节约电能。此设计以NIOS软核作为核心处理器，通过SOPC的设计方法进行硬件和软件联合开发，应用VHDL完成FPGA的编程，并用C语言完成图像处理程序的设计。上位机采用VC++编程完成显示控制界面的设计并实现和下位机的通信，接收下位机的结果及图像。经测试，系统能够达到设计要求，完成智能控制教室灯光的功能。整个系统的核心部分在一片FPGA上实现，辅以少量的外围硬件，真正做到了低成本和高灵活性，为以后的进一步研究奠定了良好的基础。本文在SOPC上实现图像识别并将其应用于智能节电系统中在现今具有创新意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.1.1 现今能源面临危机
• 1.1.2 高校电能浪费情况分析
• 1.1.3 节约用电的意义及途径
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国内外关于节电的研究
• 1.2.2 国内高校节电的研究
• 1.2.3 关于SOPC的研究
• 1.3 研究意义
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 系统功能的定义和描述
• 2.2 设计方案的论证与选择
• 2.2.1 核心处理器的选择
• 2.2.2 判断教室有无人员的方法选择
• 2.3 总体设计
• 2.3.1 系统总体结构
• 2.3.2 软硬件结合的设计方法
• 2.3.3 软硬件开发平台
• 2.4 小结
• 第三章 硬件系统设计
• 3.1 FPGA与SOPC
• 3.1.1 FPGA
• 3.1.2 SOPC
• 3.2 硬件描述语言与Quartus Ⅱ软件
• 3.2.1 硬件描述语言
• 3.2.2 QuartusⅡ软件
• 3.3 模块化设计方法与NIOS
• 3.3.1 NIOS简介
• 3.3.2 NIOS模块设计
• 3.4 自定义模块设计
• 3.4.1 时间模块的设计
• 3.4.2 策略执行模块的设计
• 3.4.3 图像采集与存储显示模块的设计
• 3.4.4 中值滤波模块的设计
• 3.4.5 UART模块的设计
• 3.5 FPGA资源使用情况
• 3.6 系统外围电路的设计
• 3.7 小结
• 第四章 图像处理及其软件设计
• 4.1 图像处理简介
• 4.2 算法描述
• 4.2.1 图像识别方法
• 4.2.2 彩色分割算法
• 4.2.3 模板匹配算法
• 4.3 模板匹配算法的软件实现
• 4.4 小结
• 第五章 上位机软件设计和系统调试
• 5.1 上位机的软件设计
• 5.1.1 串口程序的设计
• 5.1.2 上位机人机操作界面的设计
• 5.1.3 图像传输方案的设计
• 5.1.4 上位机显示控制部分的测试
• 5.2 模块调试与仿真
• 5.2.1 调试和仿真工具
• 5.2.2 NIOS模块的调试
• 5.2.3 计时模块的测试
• 5.2.4 图像采集与存储模块的测试
• 5.2.5 控制策略执行模块的仿真
• 5.3 图像识别应用程序的测试
• 5.4 系统性能测试
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况