基于ARM9的多路温度测控系统设计方案

摘要： 针对工业过程控制中温度控制的参数时变和多测控点等特点， 且要有较好的温度准确度和稳定度的问题， 提出了一种基于Linux 操作系统在ARM 嵌入式系统上的通用多路工业温度控制系统。系统以ARM9 为控制器，运用分时选通进行采温，可控硅调节方式控温， 并采用改进型极限环法进行PID 算法参数整定。该系统原理简单、体积小、易于扩展，在K 型热电偶测温条件下可应用于各种测温场合，如：热处理、电阻炉等。将其在某高压管道焊接热处理过程中进行实验，结果表明，该温度控制稳态误差小于1℃，系统动态性能良好。
　　引言
　　温度是工业生产过程中的重要测控参数， 温度监控系统被广泛应用于冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，对温度的有效测量和控制具有重要的现实意义。目前市场上的温度测控系统有以单片机或工控机为控制平台的，以单片机为控制平台，硬件方面资源和性能有限， 需要扩展的外围电路较多， 设计复杂；以工控机为控制平台，体积较大。若用ARM9 作为温度测控系统的控制平台则不仅速度快、性能高、功耗低、芯片集成度高，而且外围接口丰富，还可移植嵌入式实时操作系统，简化了LCD显示、存储、网络通信等的设计开发。鉴于此种情况，本文设计了一种基于ARM9 和MAX6675 的多路温度测控系统。该系统能实现24 回路的自动测温和控温。既可以四个回路为一页，显示每一回路的设定温度值和实际温度值， 又可由数字显示切换为柱状图显示。既可接入Internet 又能将历史数据存入U 盘。并可利用Qt/Embedded 做GUI 图形用户界面，在液晶显示器LCD 上显示友好的图形界面。
　　1 系统硬件设计
　　本文设计的温度测控系统要求处理器具有很高的运行速度。ATMEL 公司的处理器AT91RM9200 是基于ARM920T 内核的高性价比、低功耗、32 位的ARM 芯片。在时钟频率为180MHz 时，其运算速度可以达到200MIPS,是一款工业级芯片，可在工业环境下长期稳定运行。
　　1.1 系统总体设计
　　系统总体设计框图如下图1 所示：

 

　　系统以AT91RM9200 作为控制系统的核心， 扩展了两个32M 的SDRAM 和一个2M 的Flash.SDRAM 芯片选的是16 位数据宽度的HY57V281620, 用于设置程序堆栈和存放各种变量。Flash 芯片采用的是AT49BV1614,其数据宽度为16 位，用于存放启动代码。RS232 串口用于与PC 机通讯连接， 支持IEEE802.3 标准的DM9161 用于接入Internet.USB 接口可接U盘或USB 鼠标等。液晶显示器可用来显示系统运行的各种状态， 由于AT91RM9200 处理器内部没有集成的LCD 控制器，因而需要配备专用的显示控制器S1D13806,才能实现LCD 显示。
　　键盘可以对系统进行各项参数设置和控制系统的运行。系统通过中断方式实现四个功能按键，它们分别是：移位键、加一键、减一键和确定键。温度采集单元实时采集24 个回路的温度数据，送入CPU 进行运算处理后，控制执行单元采用可控硅调功方式改变加热器输出功率。下面主要针对温度采集单元和控制执行单元及控制算法方面进行设计与分析。

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