基于PC104总线的嵌入式温度控制系统 -(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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为实现各个功能电路板与PC104数据总线的接口，需要进行数据总线的缓冲器设计。在设计中，采用PC104的D0～D7作为系统的8 b数据总线，采用带三态输出的74LS245作为数据总线缓冲器。每个功能电路板上只用1片74LS245作为数据接口，对于多路开关量输出的I/O板,采用74LS244并接在74LS245上,通过译码电路的输出控制信号来对74LS244进行片选;而对于具有多路模拟量输入的A/D板,采用了74LS273与74LS245并接在数据总线上,通过译码电路的控制信号控制74LS273的脉冲端,从而实现数据的缓冲和传输。

（二）软件设计部分

由于PC104CPU模块支持可读写的固态盘，这种以半导体存储设备来代替通常使用的磁盘驱动器，可以大大提高系统的可靠性，降低系统的功耗和成本。本系统中，根据固态盘的特点，操作系统软件采用DOS 6.22，以TuborC 2.0作为开发环境，应用程序采用C语言和汇编语言相结合来实现。

在编写软件时,首先要设置好I/O板卡的基地址,再根据基地址来确认其他外围寄存器端口地址,包括读写端口、控制字和通道选择等地址。

三、在温度控制系统中的应用

PCR温度控制仪中采用了PC104系统, PCR温度控制仪的总体结构如图3所示。

图3的机械装置主要由温育载体、冷却装置和加热装置构成。温育载体是控制对象，冷却装置为小型压缩机制冷系统和二次冷媒循环系统构成，以实现温控系统的快速降温。制冷系统处于常开状态，不断冷却二次冷媒介质，当温育载体需要降温时，低温的冷媒介质被伺服泵送入温育载体的冷却盘管，实现降温。用二次冷媒作为冷却方式是为了冷却量稳定，对制冷系统影响小；加热装置采用电阻丝作为加热元件，受执行元件（固态继电器）的开关控制，通过开和关次数的变化以及每次开和关的时间来控制加热量，调节温育温度。

对于该温控系统，由于制冷系统一直打开，只要对继电器的开关进行控制就可以实现对温育载体的温度控制，现控制目标是将温度稳定在某个值附近;另外，温育载体是暴露在周围环境中的，其热量散失很难计算，而且温育载体的温度场分布也不均匀，这就给控制带来了难度，故采用了模糊控制技术。系统设计了二维模糊控制器，以温度的偏差E和E的变化EC作为控制器的输入变量，电阻丝的加热时间即继电器的打开时间T作为输出变量，并通过C语言来实现编程。

该程序可分为2个部分，一个是计算机离线计算查询表的程序，属于模糊矩阵运算；另一个是计算机在模糊控制过程中在线计算输入变量(温度偏差和其偏差变化），并将他们模糊化处理，查找查询表后再做输出处理的程序。

从实验的结果来看，模糊控制技术对系统的控制有良好效果。图4虚线是仅采用PID算法获得的温育载体温度的动态响应曲线，而实线是采用模糊算法的动态响应曲线。从图中可看出，温育温度的斜坡时间、控制精度和稳态误差等指标有较大的提高，获得了较好的效果。

四、结语

由于PC104的高集成度和模块化的特点，使得在开发周期和开发工具上比其他的开发模式有一定的优势，也为温控系统提供了一个方便的嵌入式平台。针对不同的控制系统和控制要求，用户只要编写不同的控制算法就可以实现。