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摘要：本文完成了以DSP 为控制器的温度控制系统设计，充分发挥了TMS320LF2407 的高速运算能力和片内集成的丰富控制部件的功能，简化了温度控制系统的电路设计。
实现了温度控制系统的PID 控制，解决了PID 算法的程序设计以及在TMS320LF2407 中的运行调试。
关键词：温度控制；数字信号处理器；PID 算法1．概述温度是过程控制中主要的被控量，对温度信号的采集与处理已经广泛应用于工业领域和其他的领域中。
在工业过程控制中，PID 控制具有比例、积分和微分三种基本控制规律的优点，能够使系统的稳态性能、动态性能以及稳定性能都得到改善，是一种技术成熟、应用广泛的控制方法。
目前的温度控制系统多采用单片机进行控制，由于单片机的运算速度慢，在处理一些实时性强、数据运算量大的控制系统过程中，难以实现实时控制。
随着微处理器的发展，数字信号处理器（DSP）以其强大的运算能力，逐步成为控制领域的主流选择。
TI 公司的TMS320LF2407 型DSP 微控制器以其处理能力强，外设功能模块集成度高及存储器容量大等特点广泛应用于数字化控制与通信领域，可满足对信号的快速、精确和实时处理。
本文以TMS320LF2407 型DSP 为控制器，实现了温度控制系统的PID 控制。
2．温度控制系统硬件设计2．1 信号采集及放大电路设计信号采集电路是温度控制系统的前向通道，所采集温度数据的精确性决定了温度系统的精度。
本系统选用性能稳定应用广泛的PT1000 铂电阻传感器作为温度测量的敏感元件。
金属铂电阻温度系数大、感应灵敏，其电阻值随温度变化基本呈线性关系，在测温范围内性能稳定、长期复现性好、测量精度高。
PT100 温度传感器的电阻温度系数为 3.9×10－3／℃，电阻变化率为0.3851Ω/℃，线性度小于0.5%。
本系统的信号采集电路采用差动对称式电桥电路实现温度信号的测量，PT1000 温度传感器和精密电阻R1、R2 及R3 组成测量电桥。
湖南机电职业技术学院毕业设计课题名称基于DS18B20的多路温度采集系统设计院系电气工程学院学生姓名禹涛专业机电一体化班级机电1202指导老师朱光耀评阅老师2014年10月23日目录毕业设计（论文）任务书............................................... - 2 -- 0 -毕业设计（论文）进度计划表........................................... - 3 - 摘要............................................................... - 4 -1 绪论.............................................................. - 5 -1.1 课题研究的背景和意义....................................... - 5 -1.2 本设计的主要要求........................................... - 5 -2 系统方案设计与选型................................................ - 6 -3 主要硬件介绍...................................................... - 6 -3.1 DS18B20 .................................................... - 6 -3.2 AT89C51 ................................................... - 10 -3.3 LCD1602 ................................................... - 10 -3.4 DS1302 .................................................... - 11 -3.5 24C02C .................................................... - 11 -4 软件介绍......................................................... - 12 -4.1 Proteus ................................................... - 12 -4.2 Keil ...................................................... - 12 -5 硬件设计......................................................... - 12 -5.1温度采集电路................................................ - 13 -5.2 单片机最小系统............................................ - 14 -5.3 按键输入电路.............................................. - 14 -5.4 报警电路.................................................. - 15 -5.5 LCD显示电路............................................... - 15 -5.6 24C02存储电路............................................. - 16 -5.7 DS1302时钟电路............................................ - 17 -5.8 串行通讯电路.............................................. - 18 -6 软件设计......................................................... - 18 -6.1 功能概述.................................................. - 18 -6.2 系统软件流程图............................................ - 19 -7 实验结果......................................................... - 19 -7.1 温度显示仿真.............................................. - 19 -7.2 温度存储与串行通讯........................................ - 20 -总结............................................................. - 21 - 参考文献......................................................... - 22 - 致谢............................................................... - 23 - 附录A 电路原理图.................................................. - 24 - 附录B 主要程序.................................................... - 25 -- 1 -毕业设计（论文）任务书题目：基于DS18B20的多路温度采集系统设计任务与要求：以MCS-51系列单片机为处理器，利用数字式测温仪DS18B20实现对4路温度检测；利用显示装置显示4路温度，并能实现温度超限报警，便于送到计算机处理系统，进行必要的控制，主要技术指标有：1、采集路数，4路；2、测温精度较高，达0.10C；3、采样时间，每隔一秒采样一次；4、可以通过键盘设置系统参数，用四行汉字显示温度；5、温度可存储。
基于DSP TMS320F2812和DS18B20的温度测量系统设计摘要:本文介绍了一种基于TI公司DSP TMS320F2812 的高精度温度测量系统的设计。
该系统采用TMS320F2812为微处理器，配合高精度DS18B20数字温度传感器和外部扩展的模数转换器采集温度数据，并经过滤波算法处理控制输出，能够得到比较精确的温度值。
主要介绍了系统的结构、工作原理、软硬件的设计，并对系统设计的特点进行了详细的说明。
关键词: TMS320F2812；DS18B20；温度测量；模数转换1 概述温度在航空、航天领域中是个重要的物理量，由于温度变化对设备可能产生影响，包括降低系统的成像质量，影响分辨率，因此，在这些系统中对温度的实时采集测量十分重要。
以传统的单片机为核心的温度测量控制系统，由于受到处理器自身硬件资源和速度的限制，硬件电路设计复杂，数据实时处理能力差，温度测量时间长。
而随着计算机技术尤其是招超大规模集成电路技术的发展，具有更强处理能力的DSP芯片，以其运算速度快、实时性强、功耗低、抗干扰能力强等特点，越来越多地被应用。
采用了DS18B20数字温度传感器、外部扩展ADC模数转换器，使用内部集成外设功能的DSP TMS320F2812 微处理器作为整个系统的核心控制单元，简化了硬件电路设计；在温度采集控制软件上采用“通道滤波”温度采集控制算法，使得温度采集具有速度快、精度高的特点。
2 系统方案设计温度测量系统设计以DSP TMS320F2812为中央处理器为核心，采用DS18B20型号数字温度传感器为温度传感器，使用AD7892型号的ADC模数转换器进行A/D 转换，并将采集结果代入温度曲线方程计算出当前温度值，并且将温度值通过通信系统发送到上位机。
高精度温度测量控制系统由两大部分组成，第1部分为以DSP TMS320F2812为核心处理器的数据采集及处理部分，主要由产品温度环境、温度传感器、ADC模数转换器、DSP TMS320F2812、电源构成；第2部分由温度采集处理软件构成，完成对DSP采集到的数据进行分析、处理等任务。
随着现代信息技术的飞速发展，分布式温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演了一个越来越重要的角色。
因此，对温度采集控制系统的设计与研究就具有十分重要的意义。
系统总体设计方案TMS320F2812是TI公司推出的150MHz高速处理能力的高精度定点数字信号控制器。
本设计采用TMS320F2812作为数据处理与控制单元，以Maxim公司的单线数字温度计D S28EA00为基础，通过DSP控制温度传感器顺序采集各个测量点的温度，经处理送LED 显示并暂存到外扩RAM中，当满足特定的要求时，将数据存储到U盘或SD卡以便于以后分析处理。
温度采集记录仪的硬件电路主要包含6个部分：DS28EA00温度测量模块、US B接口模块、SD卡接口模块、外扩RAM模块、LED显示模块和TMS320F2812数字信号处理模块，系统总体框图如图1所示。
图一系统总体框图系统硬件设计1 DS28EA00温度测量模块①温度传感器选型实际环境复杂多变，通常要求温度传感器能够与DSP可靠地通信，易与供电及布线，并能明确区分出温度数据与温度传感器位置的对应关系，因此温度传感器的选型十分关键。
传统的模拟温度传感测量系统测量精度低、布线复杂、易受干扰，而新型单片数字式温度传感器测量精度高、抗干扰能力强，应用范围越来越广。
DS28EA00是业界首款具有链路功能的1-Wire数字温度传感器，具有9位(0.5℃)～1 2位(1/16℃)分辨率，且带有可由用户编程设置的非易失(NV)性温度上、下限报警触发点，报警搜索命令能够快速确定温度超出设定范围的器件。
每个DS28EA00都具有工厂预先刻度的唯一64位序列号，只需一根数据线和地线就可通过1-Wire协议完成串行传输数据，支持15.3kb/s的标准通信速率和125kb/s(最大值)的高速通信速率。
经改进的1-Wire接口具有滞回和干扰滤波特性功能，使得DS28EA00能够在大的1-Wire网络中可靠工作。
0引言数据采集系统首要任务是将传感器采集到的信号调理后进行模数转换，而数据采集是获取信息的重要手段，在生产过程、科学研究等领域中发挥着及其重要的作用，由于现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中，信号的幅值和频率非常快，如何将这些高速变化的模拟信号采集到计算机中是迫切需要解决的实际问题，高速多通道A/D 转换芯片的出现，为高速数据采集提供了有力的基础。
采集后的信号用数字信号处理器DSP (digital signal processing )处理，DSP 是利用专用处理器或计算机，以数字的形式对信号进行采样、变换、滤波、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们要求的信号形式，数字信号处理器DSP 的飞速发展，为数字信号处理的研究与应用打开了新局面[1-2]。
本文采用高性能的A/D 转换芯片和TMS320VC5416设计数据采集系统，对各种输入信号进行采集，采集后的数据只要根据要求修改相对应的计算机处理程序，处理后的输出数据经过D/A 转换后用以控制实际的工业现场。
1系统方案概述1.1设计要求设计出数字信号处理系统，然后在DSP 系统上实现多路数据采集。
设计应满足以下要求：(1)A/D 采样电路：完成对四路模拟信号的采样；(2)DSP 系统：对采样后数据根据要求对信号处理后，在计算机上实时显示波形。
1.2采集方案设计ADS7864Y 是TI 公司的一种500K 、12位、6通道模数转换芯片。
每通道信号可采用差分方式输入。
由于ADS7864Y 的6个通道转换是分成3路完成的，在每个转换周期可选择启动2、4、6个通道，选择的方法是在地址的相应位上置低电平，地址的最低位(第0位)控制A 路，次低位(第1位)控制B 位，第2位控制C 路，系统设置采集B 0-、B 1+、C 0-、C 1+四路信号，所以地址上输出内容为01H 。
四路模拟信号通过放大器TLC2274后分别进入ADS7864Y 的B 0-、B 1+、C 0-、C 1+这4个通道进行同步转换，经过低电压收稿日期：2009-11-09；修订日期：2010-01-09。
基于DSP的温度采集系统4.2 TMS320LF2407ADSP芯片引脚图4.47650运算放大器引脚5.1 基于DSP 温度采集的系统软件流程图5.2基于DSP温度采集的系统程序代码/**************************************************************/#include “exp1_2407.h”/**************************************************************/unsigned int i=0;unsigned int point[256];unsigned int j[150]/**************************************************************/void sys_ini() //系统初始化程序{asm (“setc INTM”); //禁止所有中断asm (“setc SXM”); //抑制符号位扩展asm (“clrc OVM”); //累加器中结果正常溢出*WDCR=0x00E8; //禁止看门狗*SCSR1=0x0081; //配置时钟锁相为4倍频CLKOUT=4*7.3728=29.4912M,使能ADC时钟WSGR=0x0600; //io、ram、program都设为0等待读写*IFR=0xFFFF; //清除所有中断标志*IMR=0x0001; //使能中断1}void adc_ini() //ADC初始化子程序{*ADCTRL1=0x2CC0; //仿真器挂起时，完成最后一次ad,连续运行模式，//预定标最长，高优先级中断，双排序模式，禁用其他模式*ADCTRL2=0x0602; //立即中断模式，清中断标志*MAXCONV=0x0000; //启用排序器1，最大转换数为1*CHSELSEQ1=0x0000; //选择模拟输入通道为0通道asm(“clrc INTM”); //开总中断}interrupt void nothing (){Asm(“clrc INTM”); //开总中断}interrupt void ad_int(){point[i]=(*RESULT>>6); //读出ad结果j[i]=(point[i]*220)/(1024);i++;if (i==149){i=0;}*ADCTRL2|=0x0200; //清除ad中断标志*IFR=0xFFFF; //清除所有中断标志asm(“clrc INTM”) //开总中断}void main(){sys_ini();adc_ini();*ADCTRL2|=0x2000; //软件启动ad转换for (;;);}5.3 程序调试（1）在i=0双击鼠标左键，设置断点；（2）单击”Run”运行程序，程序运行到断点处停止；（3）用下拉菜单中的View、Graph的“Time/Frequency”打开一个图形观察窗口；（4）设置该图形窗口的参数，观察地址j，长度为256的存储器单元内的数据，该数据位输入信号经A/D转换后的数据；（5）单击“Animate”运行程序，在图形观察窗口A/D转化的数据波形变化；图5-3-3 温度波形图1如图所示，室内温度稳定在33度左右，符合实际情况。
电子与信息工程学院综合实验课程报告课题名称基于DSP的温度采集系统毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见目录1 综合实验目的 (4)2 总体方案介绍 (4)2.1 设计任务 (4)2.2 设计思路 (4)3 硬件设计 (7)3.1 最小系统设计 (7)3.2 温度采集电路 (7)3.3 A/D模数转换模块 (8)3.4 LCD液晶显示模块 (8)4 软件设计 (9)4.1 软件系统分析 (9)4.2软件系统流程图 (10)5 系统调试 (10)6 课程设计总结 (11)7 参考文献 (11)8 附件 (12)8.1元件清单 (12)8.2原理图 (12)8.3源程序 (12)1 综合实验目的（1）熟悉并掌握硬件设计方面的温度采集技术（2）熟悉并掌握软件设计方面的A/D转换技术（3）熟悉并掌握软件设计方面的DSP液晶显示功能（4）熟悉TMS320F2812的硬件资源和使用方法2 总体方案介绍2.1 设计任务（1）熟悉MC1403芯片的应用（2）设计由MC1403和热门电阻组成的温度采集电路（3）将温度采集电路中热敏电阻的阻值变化转变为输入端的变化，根据电压—温度转换公式，检测温度变化（4）完成程序流程图的设计（5）完成软件设计方面的A/D转换和LCD显示程序（6）软硬件联合调试（7）最终结果在液晶显示屏上显示相应的文字及温度2.2 设计思路首先设计由MC1403和热敏电阻组成的温度采集电路，利用热敏电阻输出电压值与温度间的函数关系，检测温度的变化；然后将采集到的温度送入TMS320F2812中的A/D转换模块，将电压转换为数字信号；最后通过编写LCD显示函数来控制相应的温度及文字的变化。
