《毕业设计与论文基于ARMLPC2103的室内环境控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计与论文基于ARMLPC2103的室内环境控制系统（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、室内环境的检测和控制在一些生产制造行业起着举足轻重，广泛应用于社会生活 的各个领城,适用于家电、食品、汽车、材料、电力电子等行业,尤其在石油、化工、电 力、冶金等重要工业领域，对环境的控制中以温度控制为主，以下就是针对温度的检测 控制为例进行阐述。在工业生产中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，对于 保证产品生产质量具有重要的现实意义所以生产出一个便携的、灵活、操作简单、功 能强大的环境监测系统具重要的意义.本设计以ARM LPC2103为核心的室内环境控制系统的工作原理和设计方法。 ARM LPC2103开发板具有丰富的硬件资源。而室内环境的控制主要是以温度控制为主， 所以本文就以温度
2、控制系统为例来进行说明。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以 数字信号的方式传送给ARM。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机 与ARM串口通讯电路和一些接口电路。ARM通过对信号进行相应处理，从而实现温度控 制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数 码管显示程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。所设计的现场控制单元以ARMLPC2103开发板为基础进行了测试，运行正常，功 能符合设计要求。关键词：室内环境；ARM LPC2103；DS18B20；温度检测；温度控制AbstractDetection
3、and control of the indoor environment in the manufacturing industry plays an important, widely used in various fields of social life , applies to household appliances, food , automotive , materials , power electronics and other industries , especially in the important industrial areas ,such as petro
4、leum , chemical, electric power , metallurgy , etc. The control of the environment focuses on temperature control, the following is described to temperature measurement and control , for example . In industrial production , measurement and monitoring of the temperature is very important , has import
5、ant practical significance to ensure the quality of products . So it has important significance to produce a portable , flexible, simple , powerful environmental monitoring system .This design is based on ARM LPC2103 as the core of the working principle and design method of the indoor environment co
6、ntrol system .ARM LPC2103 development board has rich hardware resources .The control of the environment focuses on temperature control, so this paper take the temperature control system for example to indicate. The temperature signal is collected by the temperature chip of DS18B20 and is sent to the
7、 ARM in the way of digital signal.This paper introduces the hardware part of the control system , including temperature detection circuit , the temperature control circuit , the PC with ARM serial communication circuit and a number of interface circuits . ARM takes the signal to correspondingly proc
8、ess,so as to achieve the purpose of temperature control.The article also focuses on the part of software design , where use a modular structure ,and the main modules include digital tube display program , the temperature signal handler , relay control program , over-temperature alarm program.Key wor
9、ds:Indoor environment； ARM LPC2103；DS18B20； Temperature measurement； Temperature control1绪论11.1选题背景11.1.1 温度控制的提出11.1.2 温度控制技术的发展11.2 课题研究目的和研究意义31.3课题主要研究内容与论文的组织结构42系统硬件电路设计52.1主控器件选型52.2.1 ARM 技术52.2.2 ARM 处理器 LPC210362.2.3 ARM最小系统的实现82.3功能模块选型及电路设计102.3.1温度检测模块102.3.2温度控制模块122.3.3数码管显示模块122.4本章小
10、结133软件设计133.1编写语言的选择133.2编译软件的介绍133.3程序流程图193.3.1 主程序流程193.3.2温度传感器模块流程图204总结20参考文献22致谢231绪论1.1选题背景1.1.1温度控制的提岀随着社会的进步，科学技术的发展，将室内环境中的多种参数作为检测和控制对 象，在工农业生产、科学研究和日常生活中的应用越来越广泛。室内环境的控制主要是 只室内温度的控制。在大力提倡节能减排以及追求高质量生活的今天，冬季供暖系统存 在的不足日益显现出来。我国城市大部分采用集中供暖，在整个供暖期内，无论室内有 人与无人，系统全天连续供暖；系统热能的输送是不变的，不能根据室内外温度湿
11、度的 变化以及个人对室温的不同要求做出相应的调整。这就造成了热能的严重浪费以及供暖 不人性化等问题。而在实际的生产实验环境下，由于系统内部与外界的热交换是难以控 制的，其他热源的干扰也是无法精确计算的，因此温度量的变化往往受到不可预测的外 界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能的符合人们的要求，就需要采 取其他手段来达到这样一个绝热的目的，例如可以让目标系统外部环境的温度与其内部 温度同步变化。根据热力学第二定律，两个温度相同的系统之间是达到热平衡的，这样 利用一个与目标系统温度同步的隔离层，就可以把目标系统与外界进行热隔离。另外, 在大部分实际的环境中，增温要比降温方便得多。因此
12、，对温度的控制精度要求比较高 的情况下，是不允许出现过冲现象的，即不允许实际温度超过控制的目标温度。鉴于上 述这些特点，高精度温度控制的难度比较大，而且不同的应用环境也需要不同的控制策 略。1.1.2温度控制技术的发展近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快 速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制， 仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是：简单、可靠、 低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度；但由于检测元件热惯性的影响，响应
13、时 间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测 温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测温方法是通过 对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是：不破坏被测温场，可以测量热容 量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。 但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价 格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方 法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。目前，国内外在温度监控系统中常用的温度传感与检测方式主要有热电偶、 热敏电阻、数字测
14、温芯片等。（1）热电偶优点是：易使用、投资成本低、它们覆盖非常宽的温度范围，从 200C到2000C。坚固耐用；缺点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速 度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。（2）热敏电阻优点是：易于连接、快响应、低成本、高灵敏度、高输出幅度、 尺寸小；缺点是：窄温度范围、非线性、固有的自身发热、需要外部电流源。（3）RTD精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但 它们的最高工作温度只能达到400C左右。它们也有很大的TC,且价格昂贵（是 热电偶的410倍），并且需要一个外部参考源。（4）数字式温度传感器优点是：高精度、极高线性、低成本、高输出幅度、
15、易于系统集成、小尺寸、高分辨率。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动 态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工 业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应 温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等；恒值温度控制的目的是使被控对象的温 度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度（即稳态误差）不能超过某允许值。本文所 讨论的基于ARM的温度控制系统就是要实现对温控箱的恒值温度控制要求，故以下仅对 恒值温度控制进行讨论。从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：定值开关控温法所谓定
16、值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温 度值之间的关系，进而对系统加热装置（或冷却装置）进行通断控制。若当前温度值比设 定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置；若当前温度值比设定温度值低，则开 启加热器并同时关断制冷器。这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下, 用很简单的模拟电路就能够实现。目前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工 厂的老式工业电炉中仍被使用。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电 源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使 被控对象温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。PID线性控温法这种控温方法是基于经典控制理论中的调节器控制原理，控制是最早发展起来的控 制策略之一，由于
