嵌入式系統(tǒng)課程論文：基于arm的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、嵌入式系統(tǒng)課程論文基于ARM的溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化姓名：左立剛學(xué)號(hào)：031040522指導(dǎo)老師：劉三軍日期：2013年11月3日21目錄第一節(jié)引言………………………………………………………31.1溫度控制系統(tǒng)概述……………………………………31.2本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和目標(biāo)………………………………4第二節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及方案選擇………………………………42.1系統(tǒng)框圖…………………………………………………42.2方案論證…………………………………………………42.3各部分電路方案…………………………………………5第三節(jié)硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算…

2、…………………………………73.1溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路……………………………………73.2溫度控制電路……………………………………………83.3ARM控制部分……………………………………………93.4鍵盤(pán)顯示設(shè)定部分………………………………………10第四節(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)試…………………………………………………114.1整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程圖………………………………114.2溫度設(shè)定…………………………………………………134.3PWM輸出…………………………………………………13第五節(jié)課程設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………135.1設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決………

3、……………………135.2設(shè)計(jì)還存在的問(wèn)題……………………………………14第六節(jié)附錄………………………………………………………1421第一節(jié)引言溫度測(cè)量與控制在現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)及日常生活中應(yīng)用廣泛，分類較多，不同場(chǎng)合不同環(huán)境的溫度控制系統(tǒng)也不盡相同，因而要根據(jù)不同的控制目標(biāo)與要求設(shè)計(jì)出較好的溫度測(cè)控系統(tǒng)，其中比較簡(jiǎn)單應(yīng)用也十分廣泛的就是采用PID調(diào)節(jié)控制，從而達(dá)到較理想的控制指標(biāo)。本課題的控制內(nèi)核采用PHILIPS的ARM2131控制整個(gè)系統(tǒng)。采用軟件編程，實(shí)現(xiàn)用PID算法來(lái)控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無(wú)

4、法適應(yīng)不同的溫度環(huán)境,在某個(gè)特定場(chǎng)合運(yùn)行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無(wú)法很好勝任,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,需要重新改變PID調(diào)節(jié)參數(shù)值以取得佳性能。本文首先用PID算法來(lái)控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。當(dāng)實(shí)際溫度偏離控制溫度系統(tǒng)會(huì)通過(guò)軟件自動(dòng)修改重新穩(wěn)定在控制目標(biāo)附近，從而不至于使控制要求產(chǎn)生不理想的偏差。當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境變化時(shí)可以通過(guò)軟件修改參數(shù)達(dá)到較好的控制要求。1.1溫度控制系統(tǒng)概述溫度控制是無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工

5、參數(shù)之一。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)合下，為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對(duì)加熱爐爐溫進(jìn)行測(cè)、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展，ARM控制技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越進(jìn)步，ARM技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)日趨成熟?？梢灶A(yù)見(jiàn)在不遠(yuǎn)的將來(lái)以ARM控制為核心嵌入式的發(fā)展會(huì)越來(lái)越廣泛。以ARM為核心設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)，可以同時(shí)采集多個(gè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)通訊口送至數(shù)碼管進(jìn)行顯示和控制。那么無(wú)論是哪種控制，我們都希望溫度控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的

6、問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)沒(méi)有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的。而當(dāng)今，隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制并提高控制的精確度不僅是可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。用高新技術(shù)來(lái)解決工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題，排除生活中對(duì)溫度的控制問(wèn)題已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來(lái)加強(qiáng)工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。1.2本系統(tǒng)的主要任務(wù)和目標(biāo)211、基本要求整個(gè)系統(tǒng)可以自由修改要達(dá)到的控制溫度，即修改給定量，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。2、性能指標(biāo)@控制精度溫度控制

7、誤差<=1攝氏度度@用數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度后轉(zhuǎn)化城的控制電壓、實(shí)際電壓、設(shè)定溫度。第二節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及方案選擇2.1系統(tǒng)框圖傳感器加熱電阻信號(hào)處理電路控制反饋調(diào)節(jié)A/D鍵盤(pán)顯示ARM2131最小系統(tǒng)電源模塊2.2方案論證本課題并沒(méi)有要求我們做出的具體控制系統(tǒng)的應(yīng)用工作環(huán)境，因而我們選擇的余地比較寬裕，對(duì)具體的性能指標(biāo)也可不必做太過(guò)嚴(yán)格的要求。根據(jù)我們手中現(xiàn)有的資源，有下面兩種方案可供選擇：方案一：選擇的溫度傳感器為外形比較短小的熱敏電阻（圖1），它的特點(diǎn)是常溫下電阻值特別大，而且為負(fù)溫度系數(shù)電阻，即隨著溫度的升高，其電阻值在不斷地減小。而比較麻煩的它是一個(gè)

8、隨溫度非線性變化的電阻，這就增加了整個(gè)系統(tǒng)的控制難度，它實(shí)際上要求我們?cè)谶@個(gè)溫度