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基于微控制器的数字式温度伺服控制系统
发布时间:2014-11-28 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要：温度伺服控制系统是数码变电感器种类温空调的一个重要的子系统,是数码变温空调的执行机构。本文根据数码变温空调的工作原理,提出了一种基于ARM微控制器的全数字式温度伺服控制系统。温度伺服系统硬件电路是以基于ARM的数字温度控制器为核心,通过单线总线数字温度传感器DS1820对室内外温度进行采样,并使用液晶模块对温度伺服系统的各个运行参数进行实时显示和分析。采用通用的模块化设计方式,编写了温度伺服系统调速程序, 并且使用C语言对程序进行了实现。
1 引言
居室气候是一种与人体健康最密切的人造气候。随着人们物质生活水平的日益提高,各种调节居室气候的电器产品已越来越多地进入寻常百姓家,居室气候已变得越来越舒适,越来越不受自然气候的制约。空调工字电感控制室内温度随室外温度改变而连续缓慢变化,更贴近人的生理感受,使人感觉更加舒适,健康。本文以数码变温空调的研究为背景,以其中伺服系统的设计为核心,研究内容涉及温度控制器的设计、电机驱动电路设计、电机调速方案确定以及程序实现等方面。
2 伺服系统硬件结构框图设计
以lpc2214 为核心的温度控制器硬件框图如图1 所示,它由嵌入式微控制器lpc2214,电源模块,时钟系统,JTAG 调试接口,复位电路,数字温度采集部分,LCD 液晶显示器,独立键盘,电机控制模块等部分组成。
3 硬件部分详细电路设计
3.1 基于ARM 的最小系统设计
基于lpc2214 的最小系统主要由电源模块、时钟模块、JTAG 调试模块、复位配置模块构成,lpc2214 自带16K 静态SRAM 和128K FLASH,可以下载用户程序,所以不需要外扩存储器模块。
1、电源系统。控制系统使用的lpc2214 芯片,需要4 组电源输入:数字3.3V、数字1.8V,模拟3.3V、模拟1.8V。理想情况下,电源系统需要提供4 组独立的电源:两组3.3 V 电源和两组1.8V 电源,它们需要单点接地或者大面积接地。本系统中使用的A/D 功能对电流进行采样,要求不高,所以模拟电源和数字电源可以不分开供电。数字温度传感器DS1820 可以工字电感器使用单线寄生电源,可以直接挂入lpc2214 的I/O 口进行温度采集,所以不需要单独供电。这样,末级只需要提供两组电源。电源的前级设计和末级设计与供给系统的电源的输入有关,前级电源使用9-15V 直流电压输入。
2、时钟系统与复位电路。系统使用外部晶振或外部时钟源,内部PLL(锁相环)电路可以调整电感厂家系统时钟,使系统的运行速度更快(CPU 的最大操作时钟为60MHz)。倘若不使用片内的PLL 功能及ISP(在系统编程)功能,则外部晶振频率范围是1~30MHz,外部时钟频率的范围是1~50MHz;若使用外部PLL 功能或ISP 功能,则外部晶振频率范围是10~25MHz,外部时钟频率范围是10~25MHz。lpc2214 有两个复位源,RESET 引脚和看门狗(WDT)复位。RESET 复位属于硬件复位,看门狗复位属于软件复位。
3、JTAG 调试接口。调试与测试接口不是系统运行必需的,但现代系统越来越强调可测性,调试、测试接口的设计也越来越受到重视。
图3 是复位和JTAG 接口电路,它在复位信号和CPU 之间插入三态门74HC125。使用三态门主要是为了复位芯片和JTAG 仿真器都可复位。如果没有74HC125,当复位芯片输出高电平,JTAG 仿真器就不能把它拉低,这不但不能实现所需要的功能,还可能损坏复位芯片或JTAG 仿真器。因为这种电路JTAG 仿真器对lpc2214 有完全的控制,仿真性能最好。
3.2 温度采集与液晶接口模块
温度采集部分是本系统中的关键模块之一,负责实时采集室内、室外的温度信息,并以温度的变化作为控制电机运行的参数,系统对温度采集的基本要求是:温度采集的准确度高,抗干扰性强,容易实现长距离温度的采集以及多点采集,并且硬件实现简单。基于以上的原则,本设计选择单线总线数字温度传感器DS1820 来实现。其框图如图3 所示。
DS1820 可以程序设定9~12 位分辨率,精度为±0.5℃;数字温度传感器DS1820,和传统的模拟传感器相比,不需要进行A/D 转换,所以抗干扰性有了很大的提高;所谓一线总线的特性,即是指电源和信号复合在一起,仅使用一根口线,就可以实现温度的采集。这点更适合本系统中的长距离、多点采集的要求,且实现简单。
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