基于ARM与OS的嵌入式温度控制系统设计

1、分类号：密级：编号：工学硕士学位论文基于与的嵌入式温度控制系统设计硕士研究生：张琳琳指导教师：张爱筠高级实验师学位级别：工学硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：年月日论文答辩日期：年月日学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨：程大学硕十学何论文摘要温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，适用于家电、食品、汽车、材料、电力电子等行业。同时嵌入式系统作为实现设备小型化、智能化和自主知识创新的重要元素，目前在国防、航空、交通、能源、工业、通信和人们日常生活等各个领域，越来越发挥着极其重要的作用。本文将嵌入式与温度控制系统结合，设计了一个实用的嵌入式实时温度控制系统，并说

2、明了其系统组成和软、硬件的设计方法。该系统的特点是具有快速的采集和响应速度、低功耗。本文内容主要包括以下部分：。温度控制系统的历史、现状、发展趋势及本课题的研究内容。简单介绍了嵌入式系统及其设计开发的基本知识、公司的以为内核的处理器和实时操作系统，体系结构和内核。硬件方面制定了系统核心板和温度控制系统外围电路的设计方案。系统核心板包括系统模块、存储器模块、人机交互模块三部分；外围电路包括温度检测电路和功率控制电路两部分。软件方面编写了的启动代码、向的移植代码、嵌入式温度控制系统的应用程序及相关流程等。本系统成功运行后的结果显示和心得。关键词：温度控制系统；增量式控制哈尔滨：稗人学硕十学能论文，

3、。，：、。、。，。，、。哈尔滨一程人学硕十学位论文。：；：哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的尊有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：缓冰璐日期：砌年三月哈尔滨稃大学颂十学傅论文第章绪论课题背景与意义温度的测量和控制在工业生产中获得了广泛的应用，尤其是在石油、化工、电力、冶金等重要工业领域幸担负着报重要的

4、测控任务。温度检测在工农业生产、国防、科研以及同常生活等领域占有恿要的地位，本论文完成的是温度控制系统的设计与实现。，温度控制系统要求温度控制能够按照设定的变化规律自动改变，具有自适应和自学习的能力。随着科技的同益发展，出现了智能温度控制系统，普遍地采用单片视为核心的湓度采集和控制系统，基本上可以满足大部分的需求，但是对于一些要求测量精度高、控制精度高、实时性要求高、控制算法比较复杂的温度控制系统，单片视就不能满足要求了，这就要求高精度和高速度的处理器。随着技术的发展，位微处理器系统广泛地应用于信息家电、网络遥信和工鲎控豢等各个领域，也满足以上的高技术指标要求。采用嵌入式设计的温度控制系统具有

5、较高的控制精度，而且实时性好，能进行复杂的算法运算，体积也大大减小，有着非常人性化的操作界丽，因此有着很好的前景。目前迫切需要从理论上进行系统研究，采用新技术来开发和研制功能更全、产品质量更高、运行更加可靠的新型温度控制系统，从而实现水温控制的全面信息化，所以本课题的研究既有一定的学术意义，又有一定的实用价值。温度控制系统的发展概况温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。冒藏智能溢度控制系统广泛应焉于社会生活、工业生产的各个领域，适用于

6、家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展圈民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求菲常大，然丽我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极为重要的实际意义。常用的控制系统根据应用场合和需要的性能指标的不同而有所不同。传蹬苯溪：程大学硕士学健论文统的继电器调濑电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良嚣影响正鬻工佟。文献提出改进煞逮路，粟焉主圆路无燃点控制，克服继电器接触不良的缺点，髓维修方便。缺点是温度控制范嗣小，精度不高。隧着科学投术的发展，如今又提出控制算法（）、基予褥经瓣络、模糊控裁、遗传算法以及褶互结合等方法来研究。控制算法是目前社会上鬻遍应用的控制

7、算法。神经网络控制是一种人工餐藐技术，是一稀采震数蓬模型嚣方法搂拱生物毒霉经缀麓结椽及黯蔷惑的记忆和处理黼工程的信息处理方法【，】。它用大量简单的处理单元广泛连续形成备耱复杂醚络，撬挢缝梅算法冬异，其幸误差反彝传攒冀法帮算法应用最为广泛渊。模糊控制是基予模糊逻辑描述一个过程的控制算法例。它邋震于控制不易取褥精确数学模型靼数学模型不确定或经常变化的对象。遗传算法（简称）是模拟达尔文的遗传选择帮叁然淘汰的生物进化过程的全局化搜索算法。引入了如繁殖交叉和变异等方法在所求解的蠢逶空闻上进行垒霆翳并行斡篷撬酶搜索傥诧，朝垒蔫最饿纯方窥收敛。基于遗传簿法温度控制系统的设计就是将传感器得到的温度信号放大，然

8、后数字纯处理送入攀冀撬，单片辍蔫奠与给霆澡凄进行魄较，用港薏算法寒优诧个参数，然后将控制量输出。本设计方案采尾的是增量式控铡尊法。该算法送照于控制设冬装骞记忆功能韵场合，当设备从自动（手动）转换到手动（自动）操侔时可实现无扰转换，且设餐运行硼靠性较离，使控制软件其霄良好的模块性和层次性。嵌入式系统概述按照历史挂、本质性、普遍蛙要求，嵌入式系统应定义巍：嵌天到瓣象体系中的专用计算祝系统。“嵌入茬持、“专用性努与“计算机系统嚣燕嵌入式系统的兰个基本要素。对熬系统则是指嵌入式系统膦嵌入的宿主系统。嵌入式系统魏特点与定义不溺，它是遵定义串麓三个基本要素褥垒塞寨的。不同的嵌入式系统戴特点会肖所差异毒罐嵌

9、入性”懿糯关特点：密于是嵌入裂对象系统孛，登簇满足薄蒙篆统的环境要求，如物理环境（小型）、电气气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。与“专属性舱穗关特点：软、硬磬静裁剪性；满足对象要求的袋÷骧尔溪器丈学硬七学黎论文小软、硬件配溉等。与“计算机系统的相关特点。嵌入斌系统必须是能满足对蒙系统控制要求的诗冀梃系统。与羰土嚣令特点耀蟹瘫，这样蕊诗算撬必须醌嚣有与对蒙系统搁适应的接裔窀路。嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产最、设备，例如，感含单片机的家用电器、仪器仪袭、工控单元、枧器夫、手撬、戳陵等奇按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机骤统，都酉黎蠢鹾天式寨麓。嵌入蕊系统羧形

10、态可分隽设备缓互控撬、蔽缀（攀板、模块）、芯片级（、）。嵌入式系统魁一个嵌入式计算机系统，毽憩，暴畜将嵌天式处理器梅袋令诗箨撬系统，并器鸯嵌太式瘟赠时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。嵌入式系统囊硬件秘软件两大部分缒成。嵌入戏系统的硬件部分，包撼处理器产徽楚莲器、存藉器及羚设器静和端霉、瑟形控制器等。嵌入式系统有别予一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，纛大多蕊震、或舞存（）睡舞夺键奔囊。软件部分包括操作系统软件（）（要求燕时和多任务操作）和应用程序编程；操棒系统控藩著壹簇程穿缡攫与硬捧瓣交互箨愿；嚣庭震程穿控裁着系统的遴作和行为。嵌入式系统与对象祭统密切糕关，其主要技

11、术发展方擞是满避嵌入式成魇要求，不断扩展对象系统要求酾井圈电路如、霜弱时钟、电源监测、程序遴行监测嗽路等），形成满足对象系统要求的应用系缝。鬣入式系统谗秀一个专焉计葵撬系统，要不断蕊诗葵撬应震系统发震。因此，诃以把定义中的专用计算机系统引伸成满足对象系统蒙求的计算机成焉系统。嵌入式系统的应用领域巍入羲系统瑷荬小型、专蔫、易薅繁霹靠蕊囊熬蒋燕，基羟禚吾簇域得到了广泛的戚用。工监控铡；薹予嵌天式葱片骛工鼗囊囊纯设萋吴誊禳大熬发震空运母就传统的工业控制产品耐畜，低端往往采用的是位单片桃。但随潜技术的发展，整、酗蹙豹微憝理器逐渐戍楚工监控豢设备的攘心，在寒寒几年哈尔滨：稃人学硕十学位论文蠹必将获得更大

12、豹发震。交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经在各种运输行业获得了成功的使用。信怠家电：这将成为嵌入式系统最大的应雳领域。冰箱、空调等的鼹络诧、智能纯将军领人们的生活步入一个崭新的空闻。即使不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入忒系统将大有用武之地。家庭智麓管理系统：水、电、煤气表的远程童动抄表，安全防火。其设备中嵌有专用控制芯片，可以替代传统的入工检查，并实现更高、更准确和更安全的性能。豳前在服务领域中，一些手持设备已经体现出了嵌入式系统的优势。瞬络及毫子商务：公共交透无接触智能卡发霉亍系统、公共瞧话卡发行系统、自动售货机、各种智

13、能终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。环境整测；环境鉴测包括水文资料实时监测、防洪体系及求±质量监测、堤坝安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监测。在很多环境恶劣、地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。飙器久：嵌入式芯片熬发展将使枫器入在微型纯、蔫智笺方面的优势更加明显，同时会大幅度降低橇器入的价格，使其在工蛾领域和服务领域获得更广泛的应用。除了以上这些应用领域，嵌入式系统还有其它方葱的应用。可以毫不夸张地说，嵌入式系统已经进入到现代社会人们生活酶方方面蕊，可戳说是“无处不程，尤其是在控制方面的应用。所以，开发和探讨嵌入式系统育着十分重要的意义。本课

14、题的研究内容本课题以温度控制为研究对氖，使用公司的处理器为核心控制芯片，基于实时操作系统拉，提出系统的整体设计方案，并对系统的软硬释进行设计与实现。主要的工作翔下：对嵌入式系统及其设计开发的基本知识进行简单介绍，并详细介绍了哈尔滨一程人学硕士学位论文公司的以为内核的处理器和实时操作系统。硬件方面制定了系统核心板的设计方案并设计与制作了温度控制系统的外围电路。系统核心板的设计包括系统模块、存储器模块、人机交互模块等三部分；外围电路包括温度检测电路和功率控制电路两部分。软件方面设计了的启动代码：介绍了上系统的体系结构、内核结构并将其成功移植到了上；设计与编制了嵌入式温度控制系统的应用软件，并采用增

15、量式控制算法实现对下位机的控制等。哈尔滨哪早人学硕十学何论文第章实时温度控制系统的设计方案系统整体设计方案在嵌入式系统的应用开发中，整个系统的丌发过程如图所示：图嵌入式系统丌发流程可见，在应用嵌入式系统丌发的过程中，因为对应于每一个处理器的硬件平台都是通用的、固定的、成熟的，所以在开发过程中减少了出现硬件系统错误的机会。同时，因为嵌入式系统屏蔽掉了底层硬件的很多复杂信息，使得开发者通过操作系统提供的函数就可以完成大部分工作，大大地简化了开发过程，提高了系统的可靠性。总之，嵌入式系统的开发可以说是把丌发者从反复进行硬件平台的设计过程中解放出来，从而可以把主要的精力放在编写特定的应用程序上。这个过

16、程更类似于在系统主机上，基于某个操作系统的平台来丌发应用程序。晗尔滨下程人学硕士学能论文；蔷黛蕊宣宣宣宣篁蔫嗣葺；暑薯警黼警鞴用了测公司的以删为内核的处理器，外围电系统。，其多任务和可移植性，提高了系统的开发效率；实时温度控制系统的设计主要分为硬件和软件设计，在硬件上核心板采路分为温度检测电路和功率控制电路两部分。软件上使用了实时嵌入式操作硬件平台设计方案。嵌入式处理器任何微处理器或微控制器都可以作为嵌入式系统的核。对于毅型的嵌入式系统的核，要求其具有处理速度快、存储容量大、功能强、功耗损耗低以及实时响应快等特点瀚【强。目前世界上，嵌入式处理器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一般基于这些处

17、理器核生产不同型号的芯片。嵌入式处理器分为以下凡种：嵌入式微控制器（，）嵌入式微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，铁面使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业控制的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。通常，嵌入式微处理器可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括、等。丽比较有代表性的半通用系列，如支持接瑟的、；支持、总线、等的众多专用和兼容系列。目前约占嵌入式系统市场份额的。嵌入式处理器（，）处理器是主要用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。在数字滤波、频谱分析等

18、各种仪器上获得了大规模的应用。嵌入式处理器有两类：）处理器经过单片化、改造、增加片上外设成为嵌入式处理器，飘的忿§等属于此范畴。）在通用单片机或中增加协处理器，例如的一和（）的。另外在有关智能方面的应用审，也需要嵌哈尔滨下程大学硕士学能论文入式处理器，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。嵌入式处理器比较有代表性的产品是的系列和的系列。系列处理器包括用于控制的系列、移动通信的系列，以及性能更高的和系列。嵌入式微处理器（，）嵌入式微处理器是由通用计算机中的演变蕊来的。它的特征是具有位以止的处理器，具有较高的性能

19、，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和瓷源实现嵌入式应用的特殊要求。其中是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。目前主要的嵌入式处理器类型有、系列等。嵌入式片上系统（，）片上系统是追求产品系统最大包容的集成器件，是譬前嵌入式应用领域的热门话题之一。最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，而且具有极高的综合性，在一个硅片内部运用等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。用户只需要使用精确的语言，综合时序设计，直接在器件库中调用各种通用处理器

20、的标准，然震通过仿真就可以直接交付芯片厂商进行生产。由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减少了系统的体积和功耗，面且提离了系统的可靠性，提高了设计生产效率。可分为通用和专用两类，通用如（）的、的，以及某些系列器件，如和联合研制的芯片等；专用一般专用子某个或某类系统中，如的，它将单片机内核和支持超过位复杂算法的单元制作在一块硅片上，形成一个可鸯秘载或语言的专用，可用于互联网安全方面的应用。预计不久的将来，一些大的芯片公司将通过推出成熟的、能毒领多数市场的芯片。芯片也将在声音、图像、影视、哈灸：滨下程大学硕士学位论文网络及系统逻辑等应用领域发挥重要作用。本文采耀的是嵌入式微

21、处理器。硬件平台概述实时温度控制系统硬件平台主要基于开发板硬件系统，这是一款开发板，基于公司的处理器（内核），资源丰富。硬件系统包括串口模块、模块、大容量、键盘、和蜂鸣器等，完全可以满足本系统的要求。实时温度控制系统硬件框图如图所示。图基于微处理器的温度控制系统硬件框图下面简单介绍系统使用的各单元模块。三星公司的位微处理器为手持设备以及一般应用提供了一个成本低廉而又功能强大的微控制器解决方案。为了降低系统功耗，还提供了如下功能模块：的，可供选择的内部，控翻器，个可以实现握手协议的，个，系统管理功能（片选逻辑，甩控制器），带有的个定时器，口，通道的位宽度的恕转换器，总线接叠，至总线接爨，同步接露

22、和隽定时器提供的时钟。结构框图如图所示。哈尔滨丁程大学硕十学位论文通道。卜通道（）核叫一总线（）通道总线路冉器写缓冲总线控制器电源控制单元卜位看门狗定时器千系统总线控制器通道（）系统总线控制器总线仲裁中断控制器一誓等叫时钟产乍器壶爵。，控制器器（通道）总线接口存储控制器图结构框图提供了完整的通用外围设备，这样它就使系统的功耗降到最小，而且也不必去配置额外的一些模块了，其片上功能如下：的内核，带有的高速缓冲器（总线体系结构，主频高至）。外部存储器控制器（控制，片选逻辑）。通用，通道外设并具有外部请求。通讯，带有握手协议（支持，具有）通控制器（最大支持色的，具有专用的）。道。通道多主控制器。定时器

23、和通道内部定时器。看门狗定时器。个通用口，通道的外部中断源。功耗控制：具有普通、慢速、空闲和停止模式。通道位转换器（）。具有同历功能的。具有的片上时钟发生器。哈尔滨程人学硕士学童论文可以看出具有丰富的外围资源，为系统应用设计提供方便。下面简单介绍一下核：指令流水线：使用流水线以提高处理器指令的流动速度。流水线允许几个操作同时进行，以及处理和存储系统连续操作。使用级流水线，指令的执行分为个阶段取指、译码和执行。当正常操作时，在执行一条指令期间，其后续的一个指令进行译码，且第条指令会从存储器中取出指令。存储器访问：核是冯诺依曼体系结构，使用单一的位数据总线传送指令和数据。只有加载、存储和交换指令可

24、以访闯存储器中的数据。数据可以是：位（字节）、位（半字）和位（字）。字必须是字节边界对准，半字必须是字节边界对准。存储器接口：的存储器接翮被设计成在使用存储器最少的情况下实现其潜能。速度的关键控制信号是流水作业的，以允许在标准低功耗逻辑下实现系统控制功能。这些控制信号方便了许多片内和片并存储器技术，支持快速突发（）访问模式的开发。有种存储周期的基本类型：空阑周期、非顺序周期、顺序周期和协处理器寄存器传送周期。嵌入式逻辑：嵌入式逻辑为核提供了集成的在片调试支持。可以使用嵌入式。逻辑来编写断点或观察断点出现的条件。嵌入式。逻辑包含调试通信通道（，）。用于在目标和宿主调试器之间传送信息。嵌入式逻辑通

25、过（控制。）测试访问墨进行阳有个指令集：位指令集和位指令集。串口电路单元提供两个独立的异步串行通信口，皆可工作于中断和模式。最高波特率达。每一个单元包含一个哈尔滨程大学硕士学位论文字节的，用于数据的接收和发送。包括可编程波特率，红外发送接收，一个或两个停止位，数据宽度和奇偶校验。本系统采用电压转换芯片进行机与板的串翻通信，串口通信之前需要进行初始化操作，设定口、波特率、停止位和校验位数等。本系统采用芯型插头。模块￥内部有一个通道位的模拟输入混合器，可进行位模数转换，内部产生比较时钟信号。支持软件使能休眠模式，以减少电源损耗。其主要特性：精度（）：。微分线性误差（谚）：圭积分线性误差（）：（）最

26、大转换速率（）：输入电压（）：输入带宽（）：（无采样保持电路（由）低功耗（）本系统采用内置的转换器来采集信号。外界信号经温度传感器和信号处理电路送入，经过转换得到相应数字量，苒通过转换得到实际温度值。存储器单元存储器作为一种安全、快速的存储体，具有体积小、容量大、成本低、掉电数据不丢失等一系列优点。本系统采用的是叠公司的，型号为，容量，兼容。主要用来存放程序代码，用户编写完毕的二进制程序代码可以烧写到开发板存储器中。（）同步动态随机存储器。同步是指时钟频率与前端总线的时钟频率相同，并且内部命令稿拦晗尔滨：程大学硕士学：论文的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保真数据

27、不丢失；随机是指数据不是按线性依次存储，丽是自由指定地址进行数据麴读写。本系统需要采集大量数据，这就需要在对采集到的数据还没来譬及处理时要有足够的存储空间进行缓存，以换取任务的处理对阀。由予￥的片上有限，所以需要外扩存储空间，以满足系统要求。本系统选择的型号为，位数据宽度，健寻址。液晶群（：）主要雳子显示文本及图形信怠。液晶显示屏矮有轻薄、体积小、低耗电量、无辎射危险、平面宜角显示以及影像稳定不阑烁等特点，因此在许多电子应震系统中，常使用液最屏作隽入机界巍。本系统选用转液晶屏，其主要参数如表所示。表墅号像素电压×磷液磊屏主要技术参数。××努形尺寸瑟瑟尺寸点宽重爨（

28、。）色彩附加级灰度带驱动逻辑（）处理器集成了掇铡器，支持位革扫獾、碡位双扫描和位单扫描工作方式。处理器使用内部区俸为显示缓存，并支持屏幕水平鞠垂直滚动显示。数据的传送采用（直接内存访阉）方式，以达到最小的延迟。根据实际硬件水平和垂直像素点数、传送数据位数、时间线和帧速率方式等进行编程以支持多种类型的液磊屏。可以支持的液翕类型有：零色液晶级或级灰度屏（基于时间抖动算法或帧速率控）色彩色液磊（斟液晶）键盘键盘是标准的输入设备，嵌入式设备具有强大的功能，所以有熊力处理用户所输入的信息，并结合各具特色的嵌入式应用软件，霹以将嵌入式控制器的功能发挥至更大。哈尔滨程大学颂士学位论文。本系统采用用户键盘，键

29、盘控制电路使用控制。当检测到键盘有键按下时，芯片在引脚产生中断触发电平通知处理器，处理器通过总线读取芯片中保存的键值。键盘接口电路如图和所示。姆图键盘接口电路图哗鼍、蚴卅纠磐亡兰砰一辈毒巷多一挑刚鹜。键盘接蕊电路图。外围电路的设计方案本系统外嚣电路包括湿度检测电路藕功率控制电路两部分，需要实现温度测量、输入以及根据实际情况对温度进行加热等控制。，温度检测电路本系统转换电路设计中经温度传感器应用电路和信号放大电路得到翡信号送入态置的转换器通道，经过转换舞褥到数字哈尔滨程人学硕学位论文量，再通过相应转换得到实际的温度值。温度检测电路包括传感器测量电桥电路和放大电路两部分。温度检测电路的原理图温度检

30、测电路图本设计采用桥式测温电路结构，使用测温铂热电阻来进行温度测量，它和、组成传感器测量电桥电路，为了保证电桥电路输出电压信号的稳定性，电路的输入电压通过稳至。从电桥电路输怠的差分信号输入给仪表放大器，再由仪表放大器输出给。电桥电路的一个桥臂采用可调电阻，通过调节可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。放大电路采用集成运算放大器组成仪表放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的菲线性误差，放大电路采用两级放大，如图所示。前一级约为倍，后一级约为倍。温度在变化，当温度上升时，阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压对应升高。但是要声明的是，虽然电桥部分已经经过稳压，但

31、是整个模块的电压一定要稳定，否则随着的波动，运放的工作电压波动，输出电压随之波动，最后导致转换的结果波动，测量结果上下跳变。温度传感器温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：哈尔滨程大学硕士学能论文）测量范围：）允许偏差值：级±（），级±（）热响应时间）最小置入深度：热电阻的最小置入深度）允通电流另终，湿度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高羼等优点。铂热电阻的线性较好，在之间变化时，最大非线性偏差小于。铂热电阻簸值与温度关系为：一时：（）时：（）式中：一。（一）（）可见在常温之闻变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：（）（）当温度变化时，阻

32、值近似变化。在一的分布情况如表所示。沩。粥哈尔滨一：挥大学硕学位论文。誊。褥。的应用通过电路图不难发现，电桥电路的输入电压是通过稳压至，通过图。所示电压输出蓝线会很容易发现的稳压原理。图泌稳压原理图（）表示阳极与阴极电压，（）表示阳极与臻极电流，（）表示参考输入电压。通过图可知：当实验温度接近。时，当电压从开始上升，当电压上升到之前，几乎为，这时说明的阳极与阴极处于高阻状态，即并未导通，当电压继续略微上升时，两极电流哈尔滨程大学颈学位论文迅速上升，开始导通，但是电压几乎不再增加，电压基本上维持在左右。运算放大器内含两个独立的运放，因为它属于有源放大器件，所以需要给其提供的工作电压。在实际电路中

33、从输入端引入王作电压。设计放大电路时采用的是目前使用比较广泛的仪表放大器，即在集成运放的两个输入端加输入信号时，输出电压将与此两个输入信号之差成比例。该放大电路结构简单，输入阻抗低，共模电路的共模抑制比高，电路的抗干扰性能好。温度检测电路的设计指标由于传感器输出电压要送入处理器的电路进行转换，同时电路的参考电压为，所以传感器的输出电藤不应超过。由此得出传感器电路的设计指标为：，。由于的温度测量范圈是在。，故只要当在湿度隽时输出电压在，以内，就满足设计指标要求。传感器电路有关参数的计算电桥参数计算：）电桥平衡原理：当相对桥臂电阻的乘积相等，或相邻桥臂电阻的比值相等，电桥就达到平衡。）该电桥电路中

34、的测量范围为：。）由予的允通电流要，因此选择电桥电路中恐，。恐是用于调整零点，根据电桥平衡原理和的工作原理，可以通过计算容易褥到是的阻值。选择为时的阻值为初始值，通过查表知。最×足×是通过式（）知（）足阻值确定后，在实际测量中要保持不变，只需通过阻值来改变输出电压。）由于实际测试时会出现各种误差导致电桥输出的基准电压不为，；赫；警鞘嗣；薯蕊嗣；薯赫赫；暑宣宣；葺黼搿葺暑；宣；赫蕊薯哈尔滨下程大学硕士学位论文为消除电桥不平衡的情况，调零电阻最选择滑动变阻器，其量程为。放大电路的参数计算：为保证两级放大的放大倍数，前一级约为倍，后一级约为倍，同时也为方便计算输出电压，故选择匙一

35、民玛一足，马一，墨温度检测电路指标的理论验证传感器电路参数设定后，就需要考察萁输出电压是否符合设计指标的要求，如果输出电压，则说明符合设计指标，否则就需要重新设计相关的电路参数。在验证过程中，我们只需要计算当在时的电路输出电压。通过查表易知；此时根据电学公式，可计算出电桥的输出电压：卜丝！一旦×震。（）即：（一！堕一一！塑）×。：；（）根据模拟电路中运算放大器的知识，可以算得前级的放大倍数约为傻，后一级的放大倍数约为倍，所以输出电压即可求出：。（）通过计算不难看出，输出电压满足电路的性能指标要求。功率控制电路经过温度检测电路得出的电压值，输入到，转换器中，由系统进行处理，最

36、后将相应的控制信号输邂到功率控制电路中，以便对功率器件进行加热，从而对水箱温度进行调节。其电路圈如图所示。的控制端为号管脚，在的内部电路结构中，管脚和之间连接一个二极管出于管脚接入了，即已经是高电平了，所以管脚必须为低电平，才能使二极管导通。由于管脚的控制端又由一个与非门来控制，为了方便控制，结合与非门的真值表，将与非门的一个管哈尔滨程大学预七学位论文脚固定为高电平，这样电路中实际的控制信号就是与非门的另一个管脚，通图功率控制电路过设置这个错脚的嵩低电平柬控制电路的工作。当它为黼电平时，不工作，当为低电平时，电路处予工作状态。当工作时，管脚会输出信号对双向可控髓进行触发。当交流负载电源电压通过

37、零点时，负载电源接通，这样热热器孛便开始加热。晶闸管的触发方式有移相触发和过零点触发两种。常用的触发电路与生匿路之越有毫的联系，易受电瓣电匿的波动和电源波形畸变的影响，为解决同步问题，徒往又使电路较为复杂。公司生产的过零点触发双向可控硅输撼光耦器件可以很好地解决这些闻题。该器件用于触发晶阑管，具有价格低廉、艋发电路简单可靠的特点。普通可控硅（）实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只可控硅爱极性并联，让每只控制一个半波，为霓需两套独立的触发电路，使用不够方便。双商可控硅是在普遥可控避蕊基础上发震两成蛉，它不仅簏代替嚣只爱极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关

38、器件。双两可控醚的结构属于矗屡器件，三个电极分别是、。因该器件可以双向导通，故除门极以外的两个电极统称为主端予，用、表示，不辩划分成阳极或阴极。其特点是，搬极和极相对于的电惩均为正时，砭是阳极，是鬻极。反之，当极积舵极鞠对于的电压均为负时，变成阳极，为阴极。通过戳土设诗，制作翁电路板如图，掰示。堕尘堡：三堡奎兰至圭兰堡篁兰图外围电路板系统的软件设计方案嵌入式操作系统世纪年代起，固际上就有些组织和公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发，其中涌现出一些著名的嵌入式系统是从整体上为有限资源的平台设计的具有多线程、完整优先权、多任务特点的操作系统。它的模块化设训适用于多种电子设备，并为使用从掌计算机到专用工业控制器的用户进行定制，其操作系统基本内核需要至少的。是目前嵌入式系统领域中使用较为、泛，市场占有率较高的系统。它支持多种处理器，如，等等。大多数是专用的，采用的编译和调试器。是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循相关标准。哈尔滨工程丈学颧七学位论文它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供种服务：进程调度、进程间逶信、底层网络通讯和中断处理。这个灵活的结构