基于FPGA婴儿安全监护系统（蓝牙小程序监测）
基于FPGA婴儿安全监护系统
- 前言
- 一、芯片手册阅读
- 二、代码分析
- 1.温湿度驱动
- 2.转速等级设置模块
- 3.电机转速控制模块
- 总结
- 视频演示
前言
实时监测车内温湿度数据（DTH11温湿度模块）----实时控制风扇驱动速度（结合温湿度进行控制）-----检测车内是否有人（人体感应模块）------数据显示（数码管模块或者LCD模块）----
当车锁住后，检测车内是否有人----如果有人----蜂鸣器响----LED灯亮------将车内数据通过蓝牙发送到手机上，手机可以通过蓝牙开车锁 app没有 有小程序或者蓝牙app
模块：
一、芯片手册阅读
都属于非常常见的通信协议了，不在进行手册展示了。
其中温湿度模块：单总线通信
蓝牙模块：串口通信
人体感应模块：读取高低电平
数码管模块：译码
二、代码分析
都比较常见了，也不再做仿真了，直接写代码上板，有问题逻辑分析仪进行抓取波形
1.温湿度驱动
参考野火的例程进行修改的，原代码有问题，两次采样间隔太短，造成数据读取卡壳，总需要复位。
`timescale 1ns/1ns
module dht11_ctrl
(input wire sys_clk , //系统时钟，频率50MHzinput wire sys_rst_n , //复位信号，低电平有效inout wire dht11 , //控制总线output reg [15:0] temp_out , //输出显示的数据output reg [15:0] humi_out , //输出显示的数据output reg sign //输出符号位，高电平显示负号);//********************************************************************//
//****************** Parameter and Internal Signal *******************//
//********************************************************************////parameter define
parameter S_WAIT_1S = 3'd1 , //上电等待1s状态S_LOW_18MS = 3'd2 , //主机拉低18ms，发送开始信号状态S_DLY1 = 3'd3 , //等待20-40us状态S_REPLY = 3'd4 , //DHT11响应80us状态S_DLY2 = 3'd5 , //拉高等待80us状态S_RD_DATA = 3'd6 ; //接收数据状态parameter T_1S_DATA = 999999 ; //1s时间计数值
parameter T_18MS_DATA = 17999 ; //18ms时间计数值//reg define
reg clk_1us ; //1us时钟，用于驱动整个模块
reg [4:0] cnt ; //时钟分频计数器
reg [2:0] state ; //状态机状态
reg [20:0] cnt_us ; //us计数器
reg dht11_out ; //总线输出数据
reg dht11_en ; //总线输出使能信号
reg [5:0] bit_cnt ; //字节计数器
reg [39:0] data_tmp ; //读出数据寄存器
reg data_flag ; //数据切换标志信号
reg dht11_d1 ; //总线信号打一拍
reg dht11_d2 ; //总线信号打两拍
reg [31:0] data ; //除校验位数据
reg [6:0] cnt_low ; //低电平计数器//wire define
wire dht11_fall; //总线下降沿
wire dht11_rise; //总线上升沿//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************////当使能信号为1是总线的值为DATA_out的值，为0时值为高阻态
assign dht11 = (dht11_en == 1 ) ? dht11_out : 1'bz;//检测总线信号的上升沿下降沿
assign dht11_rise = (~dht11_d2) & (dht11_d1) ;
assign dht11_fall = (dht11_d2) & (~dht11_d1) ;//对dht11信号打拍
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)begindht11_d1 <= 1'b0 ;dht11_d2 <= 1'b0 ;endelsebegindht11_d1 <= dht11 ;dht11_d2 <= dht11_d1 ;end//cnt:分频计数器
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cnt <= 5'b0;else if(cnt == 5'd24)cnt <= 5'b0;elsecnt <= cnt + 1'b1;//clk_1us：产生单位时钟为1us的时钟
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)clk_1us <= 1'b0;else if(cnt == 5'd24)clk_1us <= ~clk_1us;elseclk_1us <= clk_1us;//bit_cnt：读出数据bit位数计数器
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)bit_cnt <= 6'b0;else if(bit_cnt == 40 )bit_cnt <= 6'b0;else if(dht11_fall == 1'b1 && state == S_RD_DATA)bit_cnt <= bit_cnt + 1'b1;//状态机状态跳转
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)state <= S_WAIT_1S ;elsecase(state)S_WAIT_1S:if(cnt_us == T_1S_DATA) //上电1s后跳入起始状态state <= S_LOW_18MS ;elsestate <= S_WAIT_1S ;S_LOW_18MS:if(cnt_us == T_18MS_DATA)state <= S_DLY1 ;elsestate <= S_LOW_18MS ;S_DLY1:if(cnt_us == 10) //等待10us后进入下一状态state <= S_REPLY ;elsestate <= S_DLY1 ;S_REPLY: //上升沿到来且低电平保持时间大于70us，则跳转到下一状态if(dht11_rise == 1'b1 && cnt_low >= 70)state <= S_DLY2 ;//若1ms后，dht11还没响应，则回去继续发送起始信号else if(cnt_us >= 1000)state <= S_LOW_18MS ;elsestate <= S_REPLY ;S_DLY2: //下降沿到来且计数器值大于70us，则跳转到下一状态if(dht11_fall == 1'b1 && cnt_us >= 70)state <= S_RD_DATA ;elsestate <= S_DLY2 ;S_RD_DATA: //读完数据后，回到起始状态if(bit_cnt == 40 )state <= S_WAIT_1S ;elsestate <= S_RD_DATA ;default:state <= S_WAIT_1S ;endcase//各状态下的计数器赋值
//cnt_us:每到一个新的状态就让该计数器重新计数
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)begincnt_low <= 7'd0 ;cnt_us <= 21'd0 ;endelsecase(state)S_WAIT_1S:if(cnt_us == T_1S_DATA) cnt_us <= 21'd0 ;elsecnt_us <= cnt_us + 1'b1;S_LOW_18MS:if(cnt_us == T_18MS_DATA)cnt_us <= 21'd0 ;elsecnt_us <= cnt_us + 1'b1;S_DLY1:if(cnt_us == 10)cnt_us <= 21'd0 ;elsecnt_us <= cnt_us + 1'b1;S_REPLY:if(dht11_rise == 1'b1 && cnt_low >= 70)begincnt_low <= 7'd0 ;cnt_us <= 21'd0 ;end//当dht11发送低电平回应时，计算其低电平的持续时间else if(dht11 == 1'b0)begincnt_low <= cnt_low + 1'b1 ;cnt_us <= cnt_us + 1'b1 ;end//若1ms后，dht11还没响应，则回去继续发送起始信号else if(cnt_us >= 1000)begincnt_low <= 7'd0 ;cnt_us <= 21'd0 ;endelsebegincnt_low <= cnt_low ;cnt_us <= cnt_us + 1'b1 ;endS_DLY2:if(dht11_fall == 1'b1 && cnt_us >= 70)cnt_us <= 21'd0 ;elsecnt_us <= cnt_us + 1'b1;S_RD_DATA:if(dht11_fall == 1'b1 || dht11_rise == 1'b1)cnt_us <= 21'd0 ;elsecnt_us <= cnt_us + 1'b1;default:begincnt_low <= 7'd0 ;cnt_us <= 21'd0 ;endendcase//各状态下的单总线赋值
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)begindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b0 ;endelsecase(state)S_WAIT_1S:begindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b0 ;endS_LOW_18MS: //拉低总线18msbegindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b1 ;end//后面状态释放总线即可，由DHT11操控总线S_DLY1:begindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b0 ;endS_REPLY:begindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b0 ;endS_DLY2:begindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b0 ;endS_RD_DATA:begindht11_out <= 1'b0 ;dht11_en <= 1'b0 ;enddefault:;endcase//data_tmp:将读出的数据寄存在data_tmp中
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)data_tmp <= 40'b0;else if(state == S_RD_DATA && dht11_fall == 1'b1 && cnt_us<=50)data_tmp[39-bit_cnt] <= 1'b0;else if(state == S_RD_DATA && dht11_fall == 1'b1 && cnt_us>50)data_tmp[39-bit_cnt] <= 1'b1;elsedata_tmp <= data_tmp;//data_out:输出数据显示，按一次按键切换一次数据
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)data <= 32'b0;else if(data_tmp[7:0] == data_tmp[39:32] + data_tmp[31:24] +data_tmp[23:16] + data_tmp[15:8])data <= data_tmp[39:8]; //若检验位正确，则数据值有效elsedata <= data;//temp_out:对数码管显示的湿度和温度进行赋值
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)temp_out <= 16'b0;else //温度低四位显示温度小数数据temp_out <= data[15:8] * 10 + data[3:0];always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)humi_out <= 16'b0;else humi_out <= data[31:24] * 10; //湿度小数位为0//sign:符号位的显示
always@(posedge clk_1us or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)sign <= 1'b0;else if(data[7] == 1'b1 && data_flag == 1'b1)//当温度低八位最高位为1时，显示负号sign <= 1'b1;elsesign <= 1'b0;endmodule2.转速等级设置模块
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/04/25 11:16:23
// Design Name:
// Module Name: level_monitor
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//module level_monitor(input clk,input rst_n,input [15:0] temp_data,input [15:0] humi_data,output reg [2:0] fire_level);always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginfire_level <= 3'd3;endelse if( humi_data>15'd500)beginfire_level <= 3'd3;endelse if( humi_data>=15'd400 && humi_data<=15'd500)beginfire_level <= 3'd5;endelse if( humi_data<15'd400)beginfire_level <= 3'd7;endendendmodule3.电机转速控制模块
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2025/04/13 14:38:54
// Design Name:
// Module Name: motor_control
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//module motor_control(input sys_clk , input rst_n, //signal input [2:0] fire_level,output reg Pwm_out);parameter cnt20_ms=24'd1000000;parameter cnt5_ms=24'd250000;parameter cnt10_ms=24'd500000;parameter cnt15_ms=24'd750000;parameter IDLE=4'd0;parameter OUT=4'd1;parameter OPEN=4'd2;reg [3:0] state;reg [23:0] cnt_max;reg [23:0] cnt_out;reg [3:0] cnt_change;always @(*)begincase(fire_level)3:cnt_max=cnt5_ms;5:cnt_max=cnt10_ms;7:cnt_max=cnt15_ms;default:cnt_max=cnt5_ms;endcaseendalways @(posedge sys_clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginstate<=IDLE;Pwm_out<=1'b0;cnt_out<=24'd0;endelse begincase(state)IDLE:beginstate<=OUT;endOUT:beginstate<=OUT;if(cnt_out<cnt_max)beginPwm_out<=1'b1;cnt_out<=cnt_out+1;endelse if(cnt_out>=cnt_max && cnt_out<cnt20_ms)beginPwm_out<=1'b0;cnt_out<=cnt_out+1;endelse begincnt_out<=24'd0;endenddefault:state<=IDLE;endcaseendendendmodule总结
视频演示
基于FPGA的车内婴儿安全监测系统设计（风扇模块、温湿度、蓝牙模块、人体感应检测模块）