基于FPGA的多功能空气质量检测仪设计

摘要

随着社会经济的发展，空气污染日益严重，并已成为影响人类健康的主要因素之一。为了解空气质量，改善生活环境，人们对空气质量检测仪的需求量越来越大。目前市场上专业型检测仪精度高、功能多，但其价格偏高，操作步骤繁琐，不适合普通的消费者；普通型检测仪价格适中，但存在检测精度不高、功能单一、适用场合有限等问题。因此，一款多功能、物美价廉、适用于普通消费者的空气质量检测仪具有良好的应用前景。
　　本课题采用传感器检测法为气体检测原理，并结合嵌入式系统设计的灵活性，以FPGA为硬件平台进行系统设计。硬件设计主要完成了FPGA相关电路设计，各功能模块的驱动设计，并利用第三方IP核及自行编写的用户自定义IP核搭建灵活、高效、可移植、可扩展的 SOPC系统。软件部分以功能模块单位进行设计。为实现目标气体的浓度检测，主要完成浓度预测、气体分类等相关算法的移植；为提高系统的可用性，以大方、美观为原则进行各功能界面的设计，为用户提供友好的人机交互界面；为提高系统的娱乐性，设计音乐播放及语音报警功能，通过完成SD卡的读写、移植Libmad音频解码库、歌词转码等实现流畅的音乐播放及实时歌词显示。
　　经测试，系统能够准确地实现对甲醛、苯、甲苯、一氧化碳、二氧化氮、氧气六种气体的检测，并很好地实现了语音报警、酒精检测、音乐播放、闹钟等多种功能。综上所述，本检测仪体积小，功能稳定，界面友好，软硬件可升级，相对于市场上同类产品具有更高的性价比，能更好地满足普通消费者的需求，具有良好的应用前景。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究的主要内容

1.4论文章节安排

2总体方案设计

2.1系统需求分析

2.2系统功能规划

2.3系统方案设计

2.4 本章小结

3系统硬件设计

3.1硬件总体设计

3.2核心控制模块

3.3信息采集模块

3.4显示模块

3.5时钟模块

3.6 SD卡模块

3.7音乐播放模块

3.8电源模块

3.9 SOPC系统设计

3.10本章小结

4算法介绍

4.1 浓度预测模型

4.2 气体分类模型

4.3 本章小结

5系统软件设计

5.1软件总体设计

5.2信息采集模块

5.3预处理模块

5.4信息处理模块

5.5自校正

5.6信息显示模块

5.7音乐播放

5.8本章小结

6系统测试

6.1 测试说明

6.2 性能测试

6.3 功能测试

6.4 本章小节

7总结与展望

7.1 课题工作总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间参与课题及成果