嵌入式系統(tǒng)課程論文：基于arm的溫度測控系統(tǒng)設計-文庫吧
2025-05-14 11:06 本頁面
【正文】 圖 1 非線性 圖 2 線性 在本課題中我們選擇了方案一，其缺點是明顯的，那就是測試和控制的溫度數(shù)值不準確，但作為一次控制過程，最終的控制結果還是可以接受的。 各部分電路方案論證 1）采樣部分 方案 ：采用熱敏電阻，可滿足 35℃ 95℃的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性和可靠性都比較差，對于檢測精度小于 1℃的溫度信號是非常不利的。但簡單易行。再利用 LPC2131 開發(fā)板自帶的 A/D 轉換電路即可準確測試。 2）鍵盤顯示部分 控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設計的好壞直接影響到電路的好壞。 方案一： 采用 8個數(shù)碼管、 8個按鍵和兩個 74HC164 組成鍵盤顯示電路部分，只需利用一個 LPC2131 上的 I/O 管腳作為實現(xiàn)對按鍵的掃描、消除抖動，這再加上 SPI 6 模塊幾個引腳就可以輕而易舉的解決鍵盤顯示部分電 路。 方案二 ：采用 LCD 顯示。這要增加不少外部電路，不僅增加了電路復雜度，而且加大了對課題的設計難度，操作也不方便。 方案三 ：采用 UART0 串口通信的方式，送到上位機顯示，這可能在程序設計上并沒有增加復雜度，然而卻要占用一個串口通信接口，在簡單易于移動也是十分不利的。 由以上幾種方案的比較，方案一的可行性以及便利處也是顯而易見的，因此，我們毫不猶豫的選擇了方案一。 2） 控制電路部分 方案一：采用增強型 8051 單片機進行控制，操作簡便，價格便宜，而且能夠較好的滿足我們的控制要求。 方案二：采用 LPC2131 進 行控制，其強大的功能要滿足這個控制要求簡直是大材小用，價格也不便宜，但它明顯的優(yōu)勢還是吸引了設計者。更重要的是為以后的功能擴展奠定了堅實的基礎。 鑒于我們身邊的資源獲取的難易程度，我們選擇了方案二，其次，強大的功能也是我們做出選擇的重要原因。 7 第 三 節(jié) 硬件電路設計與計算 溫度采樣與轉換電路 圖 3 LPC2131 內核管腳圖 圖 4 數(shù)字電部分 圖 5 直流電源部分 8 圖 6 溫度信號差分放大電路 如上面 圖 圖 圖 6即為采樣電路的外圍電路，連接時 VCC 為圖 4 最后的輸出電壓，圖 6 的 R4 應為滑動變阻器，范圍為 0~100K 選擇使其接近 30K，這樣為采樣之前的 R3 與 R4 將 VCC 基本平分，即各自為 ，然而在實際電路中實際值為 左右。這就剛好可以滿足 LPC2131 對最大 A/D 轉換至 的限制。R4與 R3 之間的引腳 8 要接在圖 3和圖 5 的 引腳。 溫度控制電路 圖 7 繼電器控制加熱原理圖 9 如上圖為通過 LPC2131 的 PWM2 輸出即 口輸出一定脈沖寬 度的波形，這樣就能夠控制圖 7 中三極管的導通時間來實現(xiàn)對圖 7中加熱電阻 (即 HOT)加熱時間的控制，從控制到了溫度，也就改變了和（ HOT）固定在一起的溫度傳感器的阻值，這樣就能夠進行采樣 A/D 轉換。 工作過程如下： PWM 高電平觸發(fā)三極管的導通，這樣繼電器 RelaySPST 的直流側就導通了，緊接著繼電器的交流側 AC 8V 導通，就開始了對加熱電阻的加熱，交流側導通的同時兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管就會導通，起到指示電路開始工作的作用。 圖 7 其中的 1K 與 2K是限流電阻。 8V / 2K = 4mA。 ARM 控制部分 本課題采用的是控制芯片相當豪華的 LPC2131。它具有以下幾個特點： 1） 采用 JTAG 仿真技術，支持 集成開發(fā)環(huán)境及 PHILIPS 公司所有型號的 ARM 微控制器的仿真和開發(fā)。 2） 板上的功能部件與 CPU 之間可使用跳線選擇連接。 3） 全面支持 9 種型號的 64PIN 小引腳 ARM7 微控制器。 4） 多種免費商業(yè)化軟件包及其詳細的開發(fā)文檔，如 SPI、 I2C 總線軟件包。 5） 所有的 I/O 口全部引出，方便用戶連接外部電路的開發(fā)和應用。 6） 可進行 GPIO 的控制實驗，如鍵盤輸入、模擬 SPI 等。 7） 具有 RS232 轉換電路，可與上位機進行通信 等功能。 8） 具有 I2C 接口和 SPI 、 SSP 接口輸出 9） 實時時鐘控制實驗。 10） A/D 和 D/A 轉換實驗?！? 圖 8 EasyARM 2131 開發(fā)板功能框圖 上圖 8 為本課程設計用到的開發(fā)板的基本功能框圖，在這里用到的有定時器 10 0， a/d 轉換， PWM 輸出，通用 I/O 口和 SPI 串口總線以及向量中斷控制器 VIC等。 鍵盤顯示設定部分 在這里顯示和修改部分采用的是我們常用的鍵盤顯示板，由于經常使用，操作起來十分方便，同時也非常清楚明了的完全能偶滿足本設計的要求，從硬件上說減小了設計難度，從 軟件上也特別快捷。直接利用 LPC2131 的 SPI 串行總線先發(fā)送要顯示數(shù)據(jù)的段碼在發(fā)送顯示數(shù)據(jù)的位碼，這樣就能夠把要顯示的數(shù)據(jù)顯示出來，再利用 TIMER0 的中斷功能不斷對數(shù)據(jù)進行快速刷新，從達到了董濤現(xiàn)實的目的。另外通過顯示板上的鍵盤修改要設定的溫度值，這樣所有的功能都能得到實現(xiàn)。 其中鍵盤顯示的硬件電路圖如下所示： 圖 9 鍵盤顯示原理圖 第 四 節(jié) 實驗測試部分 整個系統(tǒng)的軟件流程圖 由于整個系統(tǒng)軟件比較復雜，為了便于編寫、調試、修改和增刪，系統(tǒng)程序的 編制適合采用模塊化的程序結構，故要求整個控制系統(tǒng)軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內的數(shù)據(jù)關系緊湊，模塊間的數(shù)據(jù)關系松散的原則，將各功能模塊組織成模塊化的軟件結構。 11 系統(tǒng)的軟件主要有主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功能是為其余幾個模塊構建整體框架及初始化等，數(shù)據(jù)采集模塊是將 A/D 轉換的數(shù)字采集并存貯導存儲器中，數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)驚醒處理，最主要的是進行數(shù)字濾波、控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的 PID 運算并輸出空置量。 圖11開 始系 統(tǒng) 初 始 化設 定 溫 度 值數(shù) 據(jù) 采 集 轉 化溫 度 顯 示P I D 運 算控 制 輸 出滿 足 設 定 ？ 溫度設定 由于采用的傳感器并沒有數(shù)據(jù)手冊，只知道是一個非線性變化的熱敏點電阻，這樣我們只有見到的做了一個推測：認為它的溫度電阻值變化曲線是一個開置連續(xù)采樣個數(shù) 啟動 A/D 等 待轉換結束 連續(xù)采樣個數(shù)到否 數(shù)字濾波 返回 N 圖 10 A/D轉換程序流程圖 開始 12 口向下的拋物線在的圖像在第一象限的部分，這樣將設定的溫度帶入就會有一個電阻值與其對應，再根據(jù)串聯(lián)電路將現(xiàn)在的電信號采樣出來和設定值比較，結合控制算法進行控制。 i_R_value =(uint32) (1+ 952 * tem
畢業(yè)設計相關推薦
鄂ICP備17016276號-1