智能温控论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流智能温控论文.精品文档.基于ARM2103的智能温控系统邱洋 何奇冀( 江西理工大学， 江西 赣州 )摘 要：以ARM2103系统为核心的智能温控系统，把无线电技术与ARM2103相结合，采用A/D数据采样，运用适当的算法温度的控制和调节。介绍了整体电路的设计和ARM系统的硬件及软件流程。 关键词： ARM PWM 稳压电源 PT2262 PT2272 继电器 运放器；目 录第1章 概述2第2章 总体设计2第3章 系统硬件设计33.1设计方案33.2硬件设计原理43.3器件分析63.4实际电路及分析63.5元器件汇总7第4章 系统软件设计84

2、.1 A/D模块84.2 SPI模块94.3 按键模块104.4 温控模块13第5章 调试与总结8附录13第1章 绪论在当今的社会生活中，电子科学技术的运用越来越深入到各行各业之中，并得到了长足的发展和进步，自动化控制系统更是得到了广泛的应用，其汇总一项重要的应用就是自动控制系统。 在耳闻目睹了许多次因热得快而引发的事故后，对温度（水温）控制的想法便应运而生了！经过比较系统的学习了嵌入式系统知识和对ARM2103有了一定的了解，便萌发了设计一个智能水温控制系统。在嵌入式系统不断发展和智能化程度越来越高的当今社会，给系统嵌入一点智能因素也是理所当然的！无线电技术在其中发挥这重要的桥梁角色，一些简

3、单的无线发送接受工具价格也比较便宜，通过无线电技术实现对系统的智能控制再合适不过了.采用PWM技术来对温度进行调控，使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的维护、维修变得更加简单，也提高了系统的动静态性能。PWM表现出了较大的优越性：主电路线路容易，需用的功率器件少；开关频率高，电流容易连接。LPC2131微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并带有32kB 的嵌入的高速Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的

4、应用可使用16 位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。LPC2131含有32kB 的FLASH 存储器，该存储器可用作代码和数据的存储，且该微控制器支持ISP在系统和IAP在应用编程，除此外还支持JTAG接口进行仿真调试。多个32 位定时器、2 个10 位8 路ADC、10 位DAC、PWM 通道和47 个GPIO 以及多达9 个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制和医疗系统。也很适合我们的温度调控。第2章 系统硬件设计2.1设计方案以ARM为控制器，采用二极管电压变化进行测温,温度范围10100度。将给定温度与实时温度显示在键盘板上（各四位）。输入给定温度

5、通过无线传送给ARM板在数码管上显示。通过A/D采样得到检测温度，当检测温度给定温度时，电热块加热。检测温度等于给定温度时，流水灯报警。其设计方框图如下图所示：硬件将温度转化为放大的温度信号接收数据数码管显示用A/D转换采集时实电压信号设定温度与所测温度比较控制PWMARM板通过无线发送设定温度利用PWM通过三极来控制继电器来处理电热丝控制加热数据处理将所测电压转为温度加到给定温度就报警设计方框图 12.2硬件设计原理采用三极管检测当前的温度变化，利用放大器去掉y=ax+b的常量。再用放大器放大电压达到提高精度的目的。原理如图1.1所示。图2.1 原理图2.3电路器件分析1. LM324LM3

6、24系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。其管脚连接如Error! Reference source not found.所示。 在上面的电路中有两处用到了运放，左边U1将NPN两端电压拉到零点；而U2则作为一个放大功能将输出电压放大15倍。2. 三极管三极管起控制继电器的作用，通过PWM波控制基极，集电极与继电器线圈相连，这样就可以开关继电器了。3.

7、 继电器JZC-23F继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。JZC-23F型继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样

8、吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。4. PT2262,PT2272-MPT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片。其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，

9、PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。PT2272-M4则表示数据输出为4位的暂存型无线遥控接收芯片，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。PT22722.4实际电路及分析首先通过桥式整流整理出相应的电

10、压！图中k1为继电器，用三极管驱动继电器，从而达到控制加热电阻（k）两端的电压的大小，即达到控制k的温度。2.5元器件汇总表格 1器件名称参数数量三极管80501只电阻470欧3只1K欧1只330欧1只LM3241只继电器JZC-3F1只电热块1只单排插针若干ARM板2杜邦线若干第3章 系统软件设计3.1 A/D采样模块本次设计是利用A/D转化将所测电压的模拟量转化为数字量，然后经过数据处理将所测电压转化为相应温度，用SPI实现外围设备与主机的串行通信、数据交换。用T0定时器扫描数据显示在键盘板上，根据V=a+K(C1-CS1)与采的u比较，PWM产生产生高低电平来开关控电。及无线发送到另一个

11、ARM板数码管显示。A/D初始化及其采样程序： void AD_Init(void) PINSEL1 &=(0x03 /* 将P0.22设置为AD功能 */ PINSEL1 |=(0x03 12); D0CR = (1 0) | /*选择通道0 * / (Fpclk / 1000000) - 1) 8) | /* 转换时钟为1MHz */ (0 16) | /* BURST = 0,软件控制转换操作 */ (0 17) | /* CLKS = 0,使用11clock转 */ (1 21) | /* PDN = 1，正常工作模式 */ (0 22) | /* TEST = 0，正常工作模式 */

12、 (1 24) | /* 设置直接启动模式 */ (0 27 ); /* 设置模式，直接启动模式下无效 */ void AD_chang() AD0CR |= 1 24; /* 进行第一次转换 */ while (AD0STAT & (10) = 0); /* 等待第0通道AIN0转换结束 */ AD0CR |= 1 24; /* 再次启动转换 */ while (AD0STAT & (1 6)&0x3FF; u=(u*3300)/1024);将PT2262高低电平转化为数据；void Ez1(uint8 n1) /二进制转换D0 = n1%2;D1 = n1/2%2;D2 = n1/2/2%

13、2;D3 = n1/2/2/2%2;void Ez2(uint8 n2) /二进制转换D0 = n2%2;D1 = n2/2%2;D2 = n2/2/2%2;D3 = n2/2/2/2%2;void LED() / 通过四个引脚给D0 D1 D2 D3 赋值IO0DIR |= (1 10) | (1 11) | (1 12) | (1 13) ;IO0SET = (D0 10) | (D1 11) | (D2 12) | (D3 13); IO0CLR = (D0 10) & (D1 11) & (D2 12) & (D3 13);3.2 SPI模块SPI的通信原理，它以主从方式工作，这种模式

14、通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，MOSI（主器件数据输出,从器件数据输入）、MISO （主器件数据输入）、SCLK （时钟信号）、/CS（器件使能信号）。连接如下图：通信是由数据的传输完成的，数据传输时由SCK提供时钟脉冲，MOSI、MISO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过线，MISO数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。通过SPI口，数码管显示温度；void MSPIInit(void)PINSEL0 = (PINSEL0 &

15、 0xCFFF00FF) | 0x00001500; /* 设置SPI引脚连接 */SPI_SPCCR = 0x08; /* 设置SPI时钟分频 */SPI_SPCR = 0 3| /* CPHA = 0第一个时钟采样 */ 1 4 | /* CPOL = 1，SCK低有效 */ 1 5 | /* MSTR = 1，设置为主模式 */ 0 6 |/* LSBF = 0，SPI传输MSB在先 */ 1 7 ; /* SPIE = 0，SPI中断禁止 */uint8 MSPISendData(uint8 Data)SPI_SPDR = Data;while (SPI_SPSR & 0x80) =

16、0);/* 等待数据发送完毕 */return(SPI_SPDR);3.3 按键模块人机交互界面是人和机器人交流的界面，是使人对机器人的运行情况更好的了解，出现意外情况采取相应的对策。本机是用数码管LED制作显示器，是动态扫描显示，是利用人的视觉暂留性的功能来看到整个显示，但是必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。电路时序是通过单片机程序模拟的，是通过串行一位一位发送数据的。电路原理如下图所示：图1-11 键盘显示原理图数据是通过同步串行口(SPI)送出的，它由数据脚时钟脚、控制脚组成。位码和段码分别存储在两个74LS164中，通过位码循环显示。Key1为换页键，m=0为显示态，m=1为修改态

17、，. Key2为移位键，key3为修改键，ey4为确定键 ，Key5，key6为发送键，Key7为停发键void display() X=DATAi;if(W2=40) W2=0; if(M=0) BCDbianma(w,(u-2180); if(SF=1) SF=0; else SF=1; if(M!=0) if(i=R) if(SF=1) X=10; else X=DATAi; else X=DATAi; IO0CLR=HC595; MSPISendData(digitableX); MSPISendData(selectablei); IO0SET=HC595;if(IO0PIN&KEY

18、) != 0) if(TK=i) switch(TK) case 7: M+; if(M=2) M=0; break; case 6: if(R=5) R=4; else R+; break;case 5: if(DATAR=9) DATAR=0; else DATAR+; break;case 4: CS1=DATA4+DATA5*10; w=CS1; M=0; R=4; break;case 3: Flag1=1; Flag2=0; IO0CLR = (D0 10) | (D1 11) | (D2 12) | (D3 13); break;case 2: Flag1=0; Flag2=1;

19、 IO0CLR = (D0 10) | (D1 11) | (D2 12) | (D3 13); break; case 1: Flag1=0; Flag2=0; IO0CLR = (D0 10) | (D1 11) | (D2 12) | (D3 13); break; TK=0x09;else if(IO0PIN&KEY) = 0)/如果当前键盘输入0，再次确认 delay2(); if(IO0PIN&KEY) = 0) /再次确认键盘有按下 TK= i; i=(i+1)%8;3.3 温控模块温度控制通过改变PWM输出控制加热电阻两端的电压从而达到控制温度的目的！脉冲宽度调制(PWM)，是

20、英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。它的工作原理是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。因此，在本系统中我们利用PWM功能控制电机的转速。 PWM功能代码void PWM_Init(void)PWMPR = 0x00; / 不分频，计数频率为Fpclk PWMMCR

21、= 0x02;/ 设置PWMMR0匹配时复位PWMTC PWMPCR = 0x1E00;/ 允许PWM1-4输出，单边PWM PWMMR0 = Fpclk/CS0; / 设置PWM频率 PWMMR1 = PWMMR0*CS1/1000;/ 设置占空比 PWMMR2 = PWMMR0*CS2/1000; PWMLER = 0x1F;/ PWMMR0-4匹配锁存V与u来改变占空比智能控温 V=A+k*(CS1-C1); if(V=u) CS0=100; else CS0=1; T0MR2 =T0MR0/CS0; 参考文献1，周立功ARM嵌入式系统基础教程 北京航空大学出版社2，铃木雅臣晶体管电路设计 科学出版社