基于SOPC与LabVIEW的温湿度监测系统研究与设计

摘要

随着嵌入式技术的发展，基于SOPC的数字系统设计方案逐渐被大多数EDA爱好者和科研人员所采用。传统的温湿度监测方法存在精度低、成本高和抗干扰性差等缺点，已经逐渐被新型高效率的设计方案所取代，基于此背景进行了基于 SOPC与 LabVIEW的温湿度监测系统研究与设计。SOPC作为一种特殊的嵌入式系统解决方案，是在FPGA基础上集成了硬核或软核CPU，有效的继承了FPGA灵活、高效的性能优势，由于SOPC兼有SOC和FPGA的优点，具有硬件和软件可编程、可裁减、可升级等功能，是软硬件协同设计技术，因此为广大嵌入式设计人员提供了一种方便快捷的设计思路。LabVIEW作为一种图形化编程语言，区别于文本编辑方式，使得编程过程图形化、简易化、直观化。
　　本研究的重点分为硬件设计和软件设计两部分。系统的硬件部分包括FPGA硬件模块和NiosⅡ系统模块的设计，软件设计部分包括系统下位机软件代码、串口通信程序和上位机 LabVIEW程序的设计。其中FPGA硬件设计采用 Cyclone系列芯片EP1C6T144C8N，温湿度传感器采用体积小、功耗低的DHT11数字化温湿度传感器。NiosⅡ系统的定制是基于Qsys完成的，包括NiosⅡCPU、JTAG UART调试接口、UART（RS232）串口、OnChip-Memory、GPIO接口和其他相关外设的定制。软件部分以设计上位机界面为重点，本文通过虚拟仪器软件设计出温湿度监测系统的人机交互界面，界面内容包括温湿度显示波形图表、串口通信控件、温度计和仪器仪表显示控件、实时温湿度数值显示控件以及温湿度报警控件等。基于SOPC与LabVIEW的温湿度监测系统结合了SOPC技术的灵活性和LabVIEW简易编程的特点，设计过程中采用模块化设计方案，大大提高了系统设计效率，有利于系统的维护和升级。本文研究和设计的温湿度监测系统最后经过现场测试，能够稳定运行且能够将误差降到最低。

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1 绪论

1.1 选题背景与研究的目的及意义

1.2 温湿度监测系统的发展历史与现状

1.3 主要内容

1.4 小结

2 SOPC技术及系统总体设计方案

2.1 SOPC系统概述

2.2 SOPC系统结构

2.3 系统总体设计方案及SOPC设计流程

2.4 小结

3 温湿度监测系统的硬件设计

3.1 温湿度采集部分

3.2 温湿度监测系统核心板硬件电路

3.3 NiosⅡ系统的构建

3.4 小结

4 温湿度监测系统软件设计

4.1 SOPC系统软件设计

4.2 LabVIEW与系统上位机

4.3 小结

5 温湿度监测系统现场测试及数据分析

5.1 上下位机通信的实现

5.2 温湿度采集测试和数据分析

5.3 小结

结论

致谢

参考文献

附录A 上位机程序框图

攻读学位期间的研究成果