基于ARM的温度控制实验装置设计

基于ARM的温度控制实验装置设计

作者：何澍炜

来源：《电子技术与软件工程》2015年第12期

摘 要

温度检测的精度与温度控制的可靠性通常是决定了产品质量的关键，温度控制也成为生产工艺的重要组成部分。本文设计了一种基于ARM7微控制器S3C44B0X的温度控制实验装置。

【关键词】RAM 温度控制 PID 1 温控系统总体设计

嵌入式系统是一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统四部分组成。本文涉及到的是水槽中水的温度在10℃到60℃的控制，所以在被控对象端，需要加热器和冷却器来改变水温。本文采用普通的电阻性加热器和简易型喷雾式冷却器。功率驱动电路通过由主控芯片自带PWM控制加热器和冷却器的平均功率。水温的变化由温度检测电路通过AD接口传送到主控芯片；在用户端主控芯片连接LCD显示屏实时显示温度的变化与控制过程，同时通过键盘的操作来输入设定数据。系统总体方框图如图1。 2 温控系统硬件设计

该温控系统的硬件部分为主控模块、FLASH接口电路、SDARM接口电路、温度检测电路、功率驱动电路、LCD显示控制模块和按键模块。一般而言主控模块、FLASH接口电路、SDARM接口电路可以选用现有的模块进行兼容，本文将主要介绍温度检测电路、功率驱动电路和LCD显示控制模块。 2.1 温度检测电路

本文温度检测范围是10℃～60℃，电路中的温度传感器采用常用的铂热电阻Pt100，因为Pt100在常温-50～600℃之间变化时线性度非常好。PT100温度与电阻值转换公式为R=R0（1+αT）其中α=0.00392，R0即温度为0℃时的电阻值100Ω。本文将Pt100和R6，R7，R8组成桥式电路，因为测温下限为10，对应的PT100的阻值为100.04Ω，为了能使桥式电路输出电压为0 V，需要调节RV1为100.04Ω，即为调零电阻，实际搭建硬件时需要高精度的电阻。为其中为了保证电桥输出电压信号的稳定性，通过三端可调分流基准源TL431，电桥的输入电压可以稳定至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入到ARM试验台。由于温度检测对精度的要求，本文运放都采用低温漂的op07。 2.2 功率驱动电路

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本文的功率驱动电路采用光电耦合器去驱动绝缘栅晶体管方式，其中光电耦合器采用的是MOTORLA公司的MOC3083元件。因为此元件具有过零检测功能，可用低电压、小电流来控制高电压、大电流或者触发电路，简单可靠，而且抗干扰能力非常强。本文绝缘栅晶体管采用的是加热器控制电路常用的H20R1202.由ARM自带的PWM定时器0来控制加热电路，定时器1来控制冷却电路。当控制信号TOUT0/TOUT1为低电平时，MOC3083元件输出端不导通；当控制信号TOUT0/TOUT1为高电平时，MOC3083元件输出端导通，绝缘栅晶体管触发端收到触发信号并导通，将负载电源接通，这样加热器件就开始对水温进行加热/冷却。 2.3 LCD显示控制模块

本文选用的液晶屏为GPG1624UWEI，单色16级灰度的2.7寸，与S3C44B0X采用4位单扫描方式连接，显示实时温度、变化曲线以及与设定值的偏差。液晶显示必须有电源驱动、偏压驱动电路和LCD显示控制器。由于S3C44B0X自带LCD驱动控制，所以本文LCD控制主要是设计电源驱动电路和偏压驱动电路。它与S3C44B0X的连接，GPD[7：0]引脚的第二功能均是用于LCD的，依次为VFRAME、VM、VLINE、VCLK和VD[3：0]，直接和LCD驱动器相连即可。另外，GPC[4：7]的第二功能是高4位数据VD[7：4]输出端，所以也是直接和LCD驱动器模块的VD[7：4]相连。在非实时温度状态下，通过键盘可以修改对应状态的参数值。通过LCD屏主要显示实时的温度曲线，曲线部分没隔250秒刷新一次。 3 温控系统软件设计

本文采用C语言编写非嵌入式操作系统程序。为便于程序的使用和维护，全部程序采用模块化结构，由一个主程序和若干子程序组成。主程序首先进行初始化，包括I/O口、中断系统、串口、IIC、ADC、LCD，然后LCD进行初始化显示，接着进入检测与控制循环程序中。检测与控制程序包括5个部分： LCD显示控制、键盘检测与控制、A/D采集与滤波处理、功率控制与串口发送。 4 结论

在实验过程中，通过使用键盘将设定温度值先后设置在8℃和40℃，水温温度从初始的21℃逐渐提高或者降低，先后稳定在8℃和40℃，温度偏差小于r值，迅速得出结果。本文采用的PID控制算法具有很好的鲁棒性，很好地控制了加热器/冷却器的平均功率，从而较为精确的控制了温度，进入正式实验后，在实际操作过程中需要观察至少14天的实验也可在几分钟内完成，计算结果也随之出现。 参考文献

[1]方双莲，李小力.基于ARM单片机的温度控制系统的设计与实现[J].无线互联科技，2014（05）：15. 作者单位

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