[发明专利]一种基于FPGA和Qsys的高精度照度测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于照度测量技术领域，涉及一种基于FPGA和Qsys的高精度照度测量系统及方法。

背景技术

光线是人类赖以生存的自然资源，没有光线一切生命都会终止，因此，在工农业生产、建筑影视和医疗卫生等行业中，经常要求测量光照的强度。研制高精度的光照强度测量仪倍受人们关注，然而，目前大多数公司生产的照度测试仪，都采用“光电三极管或光电池+信号放大电路+A/D转换电路”设计结构，这些照度测试仪虽然能测量光照强度，但这些测试仪具有系统设计复杂，精度不高，调试困难，产品价格比较昂贵等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，针对目前传统的光强度测量仪测试精度不高，调试困难和产品价格比较昂贵等缺点，提供一种基于FPGA和Qsys的高精度照度测量系统及方法。采用QuartusII12.0软件对硬件系统进行开发。采用了Qsys片上系统设计结构，利用32位软核NiosII作为控制器。采用传感器BH1750对环境的光线进行采集。测试结果表明，本设计方案可行,不仅测量精度高，而且成本低廉，有一定的实用和推广价值。其具体技术方案为：

一种基于FPGA和Qsys的高精度照度测量系统，在可编程逻辑器件门列阵(FPGA)中，内嵌了32位的NiosII软核CPU。SDRAM控制器与外围的SDRAM存储器芯片，构成本系统的SDRAM存储系统，用于存放NiosII软核CPU运行时的程序和在运行时所产生的重要的数据。JTAGUART控制器通过JTAG线与上位PC机相连，实现程序的下载和在线调试功能；EPSC控制器及其外围的EPSC存储芯片，构成一个串行的电可擦除的存储系统，主要用于存储FPGA配制文件与NiosII软核CPU执行程序代码；LCD控制器及其LCD显示器用于显示光强度值；BH1750光照度传感器模块通过I2C数据总路线与FPGA中的NiosII软核CPU进行通信，PIO1口为BH1750光强度传感器模块提供SCL时钟信号，而POI2提供SDA信号。

优选地，所述BH1750的应用电路结构具体为：

由数字型光强度传感器集成电路BH1750、外围的两个电阻R1、R2和外围两个电容C1、C2组成。集成电路BH1750的第2引脚ADD和第3引脚GND接地0电位；集成电路BH1750的第1引脚VCC和第5引脚DVI接供电电源；集成电路BH1750的第1引脚VCC和第5引脚DVI分别接上滤波电容C1和C2，集成电路BH1750的第4引脚SDA和第6引脚SCL分别接上拉电阻R1和R2，FPGA芯片通过4引脚SDA和第6引脚SCL读取光照数据。

一种基于FPGA和Qsys的高精度照度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统对LCD进行初始化操作；

2)设置BH1750的工作模式为加电工作模式；

3)设置BH1750的工作模式为高分辩率工作模式；

4)延时180毫秒；

5)读取BH1750中的BUF数据；

6)合成光照数据；

7)用LCD显示结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

为了验证本测量系统是否满足设计要求，对本系统进行了测试。硬件系统采用Altera公司的可编程逻辑门列阵(FPGA)EP1C6Q240C8进行设计，软件系统采用Altera公司的QuartusII12.0软件进行开发。本样机的测试结果，在测试过程中，对室内和室外的光照强度进行测量，第隔5秒钟记录一次测量结果。测试结果表明，本光强度测量系统不仅工作稳定，而且测量精度高，因此有一定的实用价值。

附图说明

图1是本发明基于FPGA和Qsys的高精度照度测量系统的系统框图；

图2是本发明基于FPGA和Qsys的高精度照度测量系统的光照传感器部分的设计原理图；

图3是本发明基于FPGA和Qsys的高精度照度测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、易于明白了解，下面结合附图和具体实例，进一步阐述本发明。