嵌入式系统在温度控制中的应用

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1、嵌入式系统在温度控制中的应用湖南文理学院芙蓉学院课程设计报告课程名称：嵌入式课程设计专业班级：通信1101班学生姓名：指导教师：完成时间：2014年6月5日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期26嵌入式系统在温度控制中的应用第一章概述嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上嵌入式系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、

2、高度自动化、响应速度快等特点。因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。特别适合于要求实时的和多任务的系统。复杂的微机控制系统使用常规的顺序程序设计方法加上中断来实现功能是比较困难的，主要体现在以下几个方面：(1).实时性差：由于计算机在处理中断时，一般不允许响应低级和同级中断，为了提高实时性，要求中断处理程序尽量短。但是有许多实时操作的处理比较复杂，需要较长的CPU执行时间。如果用中断来完成这些处理，则在处理时，无法响应低级或同级中断。如果采用中断置标志的方法，让主程序来

3、进行处理，则一方面会增加程序的复杂性，另一方面也难以做到实时处理，因为主程序不可能在执行其它程序时，随时去检查这些标志位而转向不同的处理程序。(2).难以实现并行操作的相互通信：在功能较强的实时系统中，除了主程序有时需要与中断间进行信息交换外，各个并行操作之间有时也需相互通信。这些用常规方法是难以实现的。(3).结构复杂、移植性差、维护困难：单片微机功能的复杂化，使软件越来越复杂，特别是为了实现并行操作，需使用大量的中断和标志，使程序结构十分混乱，难以设计和调试。同时由于程序采用线性结构，使得程序

4、难于修改或者移植，因此缺乏灵活性、通用性和可维护性。第二章系统的设计与实现26嵌入式系统在温度控制中的应用设计出一个实现对温度进行测量和控制的嵌入式系统。系统具有对外界两点温度进行采集的能力，采集的模拟信号经A/D模块转换成相应的数字量，送入微处理器进行处理。采集到的每一路温度都要与系统此路温度设定值进行比较，然后根据结果调用合适的控制算法，并通过控制相应的继电器的占空比实现对温度的控制、测量、运算处理、输出控制、显示、通信。为此引出串行通信设计利用RS-232串行通信，实现了与PC机进行通讯功能

5、和远程加载功能。考虑到实际的应用及成本等因素，选用的主要硬件器件有台湾SynCMOS公司的生产的SM5964微控制器，数据采集部分选用了凌特公司(LinearTechnology)推出的20位无延迟模数转换器LTC2430，串行通讯部分使用MAX232芯片，液晶显示屏选用了北京精电蓬远显示技术公司生产的MGLS-12864。嵌入式操作系统选用了源代码公开的μC/OS-II。选用的开发环境是：Windows2000Server开发工具：KeilC517.0、VC++6.0使用的语言是：汇编、C语言2

6、.1系统的硬件设计系统的原理图如图2-1所示。主要有键盘输入、数据采集、输出控制、LCD显示、通信及电源模块等组成。图2-1系统原理框图下面介绍一下主要部分的电路图设计。1).键盘输入电路26嵌入式系统在温度控制中的应用键盘是一组按键的组合，它是常用的输入设备，可以通过键盘输入数据或者命令，实现简单的人机对话。键盘可分为独立联接式和行列式（矩阵式）两类，每类按其译码方式又分为编码式及非编码式两类。设计中使用的是独立联接非编码式键盘。电路图如图2-2所示：图2-2键盘原理图每个按键使用的是一个瞬时接

7、触开关，这种联接方式可以容易被微处理器检测，但由于按键会产生机械抖动，在按键被按下或者抬起的瞬间，一般持续5~15ms，因此设计中要去除键抖动。可以通过硬件双稳态电路或者软件延时来实现，设计中采用延时20ms实现的。对于串键，采用无限处理方法。同时为了防止按一次键而产生多次处理的情况（键扫描和键处理速度较快而此时键还没释放），在有键按下时，作一次键处理后还要检测按下的键是否释放。2).数据采集电路26嵌入式系统在温度控制中的应用本系统实现对两路温度信号的采集，为了节省硬件成本，在前向通道中采用了多

8、路选择开关，使用了两个多路模拟开关器件CD4052，实现信号的差分输入，完成对两路温度信号的轮流采样，然后将信号送入一个公共的模数转换器LTC2430，完成模数转换。由微处理器的P1.2、P1.3两引脚实现信道的选择。电路图如图2-3所示：图2-3数据采集原理图对温度的测量使用铂（Pt）热敏电阻（100Ω），使用桥式电路进行测量。铂电阻是一种高性能的贵金属热电阻，具有精度高、稳定性好、性能可靠等优点，铂电阻的温度测量范围在-200℃到+850℃之间，在小于200℃时，非线性误差小于