基于arm嵌入式平台温度控制系统设计

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1、基于ARM嵌入式平台温度控制系统设计　　摘要随着对温度的测量和控制要求越来越高，因此本文提出由AT91RM9200作为主控机结合模糊PID，实现温度的实时、高精度、稳定控制，并将采集数据在LCD上显示，对历史数据加以存储，方便对系统运行历史的查询及改造。【关键词】温控AT91RM9200模糊PID1引言6温度系统是目前工业控制中最常见的控制系统之一，对温度的测量和控制具有很大的实际应用价值和应用前景。目前市场上成型的温度控制产品都普遍采用传统PLC和单片机来实现，基本能够满足大对温度控制要求不高大多数场合。今年电子科学技术及微控制技术，以及控制理论的创新、不断完善，工业温度控制要求也

2、随之增高。目前市场上许多温度系统控制核心芯片为ARM系列处理器，ARM以独特优势被国内外市场所认可，ARM微控制器不仅拥有统一标准性，代码密度高，运行速度快，执行稳定等优点。温控系统大多数采用嵌入式硬件与软件联合调试，不是使系统较高的测量精度以及精准控制精度，能够满足许多高，新尖技术对温度的需求，采用性能高的嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统不仅具有实时性好，体积小，实现复杂数据运算以及人机界面友好互动的优点，逐渐成为未来控制系统发展主流之一。1.1控制算法目前温度控制基本采用经典PID控制方式。PID控制是迄今为止最通用的控制方式，尽管许多先进控制方法不断推出，但PID控制器以其结构

3、简单，PID控制算法具有容易实现，鲁棒性强，操作简单等优点，所以在现在工业过程控制中被广泛应用。1.2PID经典PID控制系统，通过由两部分组成：PID控制器和被控对象。控制核心PID控制器算法设计，关键以控制偏差量为输入量和系统输出量组成：系统输出控制量为：或写成传递函数形式：上几式中：U（t）为控制器的输出信号；-输出量与输入量之间差值，为控制器输入控制量；为PID比例控制系数，是决定系统的响应时间主要控制量，随着增大，有可能系统变得不稳定。-积分时间常数，用来消除被控系统的静态误差，其作用相当于增加了一个延迟的部分，因此随着的变化，会改变系统的响应时间，若Ti过小时使系统振荡加

4、剧。6为微分时间常数，能够改善系统动态响应及稳定性，实际工程应用中通常可以忽略掉这一项。1.3模糊PID模糊PID核心是如何确定PID三个控制参数，，与输入量、模糊控制关系，从而能够实现控制参数的在线实时调整。自适应模糊PID控制器是以、输入控制量，经过模糊推理器对PID的控制参数进行修正，在调节过的过程中，由于加入了含有人类知识经验的模糊推理过程，实现了PID参数的智能调节，也正因如此，使被控系不仅具有良好的稳态及动态性能，抗干扰能力及鲁棒性得到提高。进行自适应模糊PID控制器设计时，主要包含几个环节：1.控制量模糊化及清晰化；2.模糊函数选择；3.模糊规则的建立。这三个环节可以根

5、据实际情况确定相应的算法及规则，可以满足更多控制要求的情况。2系统设计本系统的设计主要考虑实际工业需求，采用现在流行的ARM控制器，结合经典PID控制算法，使系统具有实时性、高精度的优点。硬件设计系统硬件结构框图如图3所示。以AT91RM9200为主控制器，连接有显示模块、温度采集模块、信息通信模块、数据运算存储模块、电源控制模块等，温度采集检测模块将温度实时传入主控机，将温度数据利用显示模块上显示，并利用串口协议将温度信息进行与上位机通信6，主控机利用控制算法得到控制信息量由输出模块传送到执行机构，实现温度精准控制，最终形成闭环回路控制。因此介绍以下几个主要部分：2.1AT91RM

6、9200AT91RM9200具有丰富外设接口、标准的接口，低功耗、低成本、高性能高优点，其高速数据运算处理功能（在180M工作频率下运行速度可以达到200MIPS）为实时性的应用成为可能。而且，AT91RM9200是一款工业级的芯片，适合在高温恶劣的环境下工作，因此在这里选择AT91RM9200作为主控芯片。2.2显示模块LCD（液晶显示）不仅可以显示汉字、图像等信息，还具有功耗低、体积小，便于携带等优点，强大嵌入式芯片硬件功能变的越来越强大，为人机交互良好界面建立提供保障。由于AT91RM9200中没有集成LCD控制器，所以选用SID13506LCD作为本系统LCD的控制器。2.3

7、通信模块本系统中通讯模块的作用主要是与PC连接，从而可将系统中的数据上传到PC上或进行数据交换。由于串口是PC上一种非常普通的通信设备，并且大多数PC都包含基于RS-232C标准的串口，所以在本系统中使用基于RS-232C标准的串口进行通讯。2.4温度采集模块6温度采集主要运用DS18B20，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、可用电压宽、测量范围大等优点，可以满足实际工程坏境中对温度采集。3软件设计以Linux嵌入式开发环境，利用Bo