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1、 课程设计（论文）题 目：基于ARM的水温控制系统学 院：机电工程学院专 业：自动化班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 职称：教授 摘 要根据大二课程设计的项目要求，设计了一个基于ARM的温度控制系统，该系统以EasyArm2103Pack板为核心，利用三极管的温度特性，获得水温温度，并根据通过预先设定的温度来启动继电器加热加热电阻，实现水温加热的功能。该系统采用了高性能的32位ARM处理器，通过微机控制温度设定，再根据外部电路获得水温情况来确定是否开启加热功能。该系统通过数码显示板显示出当前的水温状态，并可将这个状态发送到电脑上显示。关键词：温度控制，三极管测温度，ARM 键盘板显示，
2、继电器驱动ABSTRACKAccording to the Subject designed requirement for sophomore，the design of temperature ARM-based control system,which is at the core of EasyArm2103Pack, could get the current water temperature in the tank by the triode temperature feature ,start-up the relay to control the heating resist
3、or to realized the heat the water. The system uses high-performance 32-bit ARM7 microprocessor controller, operator could set the temperature in advance to decide start-up the relay or not based on the current temperature.The datas collected could be showed on the digital screen to tell the operator
4、 the current wetar statements .Key words : Temperature control ，Triode temperature feature ARM keyboard-digital display ，Relay dirver heating resistor目 录第1章 绪论11.1 本文背景和温度测量与控制系统简介11.2 课题来源及设计要求11.2.1 设备应适应的环境1第2章 温度控制系统总体方案设计22.1 温度控制系统概述22.1.1 温度传感器控制系统22.1.2 热敏电阻测温度：32.1.3 三极管测温度32.2 系统设计方案的分析与确定
5、42.3 系统总体设计思想42.4 系统的硬件功能设计52.5 系统的软件功能设计5第3章 温度控制系统及其硬件实现73.1 三极管温度测量73.2 继电器驱动电路73.3 主控芯片及接口电路73.3.1 ARM处理器系列83.3.2 ARM7TDMI处理器83.3.3 LPC210393.3.4 LPC2103最小系统103.4 数字显示与键盘扫描电路设计133.5 通信电路的设计173.5.1 UART概述173.5.2 UART特性17第4章 温度控制系统软件实现194.1 系统软件总体结构194.2 AD转换算法设计194.3 定时器的使用20LPC2103 含有两个 32 位定时器：
6、定时器 0 和定时器 1，这两个定时器除了外设基地址20SPI数据发送21第5章 试验与结果分析235.1 硬件电路制作与调试235.1.1 电路制作235.1.2 电路焊接与调试235.2 软件程序编程与调试24阶段性总结25参考文献26附 录A 2 LPC2103Pack原理图27附 录B 元件清单28附 录C 部分程序清单29江西理工大学2009届课程设计（论文）第1章 绪论1.1 本文背景和温度测量与控制系统简介温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中 温度控制占有着极为重要的地位 特别是在冶金、化工、建材、食品、
7、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。1.2 课题来源及设计要求本课题来源于大二课程设计要求，目的在于通过项目驱动来培养我们的自主学习，自主分析的能力。温度控制是自动控制的一个重要体现，从信号的获得，处理再到实现控制都是自动控制的重要组成。设计要求利用三极管测温度电路对当前环境温度进行测量，再反馈到ARM中
8、，根据预先设定的温度来控制加热电阻，并可讲当前的温度发送到数码管以及电脑上显示。要求测量与加热的控制准确。1.2.1 设备应适应的环境环境温度：20C- 80C环境湿度：90 %测量电路：0-3.3V加热电路：0-16V第2章 温度控制系统总体方案设计2.1 温度控制系统概述温度控制是日常生活中较为常见的自动控制系统，通过对这个系统的设计与实现，可以感性的认识并了解到自动控制的基本思路以及原理，从外部温度信号的输入，到对该信号的分析与处理，再到温度控制，都很好的体现了自动控制的反馈与处理之间的关系。从学习实验的角度，目前较为常见的温度控制有以温度传感器为核心的控制系统，以三极管测温度为核心的系
9、统，以及以热敏电阻为核心的系统。2.1.1 温度传感器控制系统 图2-1 DS18B20温度传感器电路图利用温度传感器可以直接获得当前的温度状况并通过单片机进行处理，并将其显示到液晶屏上2.1.2 热敏电阻测温度：利用热敏电阻，当周围温度上升，阻值下降的原理，找到温度与其两端电压的关系，再经过运算放大器进行放大之后，找出关系，并转化成数据显示。2.1.3 三极管测温度图2-3是三极管测温度电路由于三极管的PN结的温度特性，其be两端电压可以由于外界温度变化而改变,所以可以利用这个特性转换出电压与温度之间的关系从而获得需要测量的温度值2.2 系统设计方案的分析与确定通过比较上面三组设计方案，再结
10、合自身能力以及条件，决定以方案三的设计思路来进行这次课程设计。方案一与方案二都是较为成熟的设计思路，不利于初学者快速上手，而方案三是从最基础的方法来测定温度，有利于为下学期的模拟电子电路的学习打下基础。由此可以确定方案三为本次设计的基本设计思路控制器执行器受控对象传感器2.3 系统总体设计思想根据系统设计方案，整个系统设计由三极管测温电路，继电器驱动电路，ARM板核心处理，键盘板显示电路，热电阻加热电路几部分共同组成。三级管测温电路是信号量的获得电路，是这个设计的信号获得的基础，设计所需的温度测量都由其来实现。因为三极管的温度特性，可以获得其两端电压与温度的关系，在根据这个关系来得到所测得的温
11、度，再进一步的转换之后就可以得到所需的温度值。ARM板是数据处理与利用的核心，从测温电路所得到的周围温度在获得之后，并不可以直接进行利用，而是需要进一步的处理之后才可以。根据ARM的A/D转换，可以电压变化这个模拟量转为数字量，并发送到键盘显示板上进行显示，方便对后续工作的的进行。同时，可以根据获得的温度信号来控制加热电路。继电器电路是用于启动加热电阻，由ARM版的PWM控制，根据当前温度来决定启动与否键盘显示版是显示通过测温电路所获得的温度在经过转换之后可以显示出来，并可以设定加热温度，用于启动继电器加热的预先设定热电阻加热电路是由一个加热电阻构成并由继电器电路在进行驱动。2.4 系统的硬件
12、功能设计系统主要组成部分及功能如下：（1）CPU核心 : EasyArm2103（2）温度测量： 三极管测温电路（3） 温度显示： 键盘显示板（4） 温度控制：继电器电路用于控制,加热电阻用于具体实现加热（5） 计算机： 作为系统的上位机，主要是完成显示由ARM版UART转换后显示的测量值。系统总体结构框图见图2-6：计算机三极管测温电路键盘显示板制LPC2103控制器温控系统图2-6 系统总体结构框图2.5 系统的软件功能设计根据系统的设计需要，根据硬件电路可以设计出基于ARM的程序进行对信号的采集以及处理。一是通过测量电路而获得的电压变化，再根据这些电压的值进行AD转换成数字量发送到数码管
13、上显示出来。同时由于需要根据当前的温度情况进行温度控制，还需要使用到定时中断以及PWM发送进行控制。采用前后台式的ARM的程序设计。可以实现对温度的测量以及初步控制。第3章 温度控制系统及其硬件实现3.1 三极管温度测量根据这次设计是根据三极管PN结的特性来实行的，其有如下几个特征（1）对放大倍数的影响： 三极管的随温度的升高将增大，温度每上升l，值约增大0.51，其结果是在相同的IB情况下，集电极电流IC随温度上升而增大。 （2）对反向饱和电流ICEO的影响： ICEO是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10，ICEO将增加一倍。由于硅管
14、的ICEO很小，所以，温度对硅管ICEO的影响不大。 （3）对发射结电压ube的影响： 和二极管的正向特性一样，温度上升1，ube将下降22.5mV。利用这个特性可以实现对外部温度的测量3.2 继电器驱动电路继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本次设计所使用的是JZC-23F型继电器3.3 主控芯片及接口电路本系统应要求系统的实时性较强，所以选择的MUC必须要有足够高的运行频率，否则会造成上位机发送的命令，下位机接收不到的情况发生，汽车变速箱试验台失控的现象发生。基于以上原因，因系统采用的MUC为LPC2103，LPC2103是以ARM7为内核的微控制器，具有运算频率高，功能强，I/O口丰富等优点，下面简单介绍一下基于ARM7为内核的LPC2103MCU。首先介绍一下ARM，ARM是Advanced RISC Machines的缩写。是微处理器行业的一家知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多
