基于LPC2124溫度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、物理與電子信息學(xué)院嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)成績評定表專業(yè)：電子信息工程 班級 學(xué)號： 姓名：課題名稱設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、 設(shè)計(jì)任務(wù)：采用Pt100溫度傳感器，測溫范圍0100系統(tǒng)可設(shè)定溫度值設(shè)定溫度值與測量溫度值可實(shí)時(shí)顯示控溫精度：0.52、 設(shè)計(jì)任務(wù)：擬定電路編制軟件流程圖及給出系統(tǒng)軟件主要部分的源程序設(shè)計(jì)報(bào)告成績評分標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)報(bào)告成績：電子作品成績評分標(biāo)準(zhǔn)：電子作品成績：課程設(shè)計(jì)成績 總成績： 指導(dǎo)教師：2014年1月15日嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：基于LPC2124的溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)班級：電信本一班 學(xué)生姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年6月 基于LPC2124的溫

2、度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)級要求1 設(shè)計(jì)要求 采用Pt100溫度傳感器，測溫范圍0100 系統(tǒng)可設(shè)定溫度值 設(shè)定溫度值與測量溫度值可實(shí)時(shí)顯示 控溫精度：0.52.設(shè)計(jì)任務(wù) 擬定電路 編制軟件流程圖及給出系統(tǒng)軟件主要部分的源程序二、 方案設(shè)計(jì)與論證 方案一：基于的模糊溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用以溫度偏差及溫度偏差變化率作為輸入，以調(diào)制信號的占空比為輸出量的二維模糊控制器結(jié)構(gòu)，溫度偏差的模糊化溫度偏差error設(shè)定溫度T0測量溫度，因?yàn)樵O(shè)定溫度的范圍在4045，而測量溫度的范圍在2545，那么溫度偏差error的基本論域?yàn)?，20，將其劃分為10個(gè)模糊子集。其方寬圖如下：方案二：基于LPC212

3、4的溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在本溫度測量控制系統(tǒng)中，實(shí)際溫度值由鉑熱電阻恒流工作調(diào)理電路進(jìn)行測量。為了克服熱電阻的非線性特點(diǎn)，在信號調(diào)理電路中加入了負(fù)反饋的非線性校正網(wǎng)絡(luò)，調(diào)理電路的輸出電壓由片內(nèi)10位A/D轉(zhuǎn)換后送入LPC2124，在LCD顯示測量的溫度值。輸入的設(shè)定值由兩位的獨(dú)立式鍵盤電路進(jìn)行調(diào)整，可對設(shè)定值進(jìn)行加1/減1操作，送入LPC2124，仍在LCD上顯示。 本系統(tǒng)的模糊控制算法由LPC2124和程序來實(shí)現(xiàn)。先由溫度采樣與設(shè)定值一家之言差求出溫度誤差，進(jìn)一步求出誤差變化率，經(jīng)量化及限幅子程度處理，得到誤差語言變量E和誤差變化率語言變量EC，直接查詢模糊控制表就可獲得控制量U，然后由

4、定時(shí)子程序處理，發(fā)出控制信號，從而控制輸出功率。若溫度偏高，則控制風(fēng)扇使其降溫，達(dá)到控制溫度的目的。LCD顯示屏顯示A/D轉(zhuǎn)換LPC2124溫度采集誤差分析電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)鍵盤按鈕控制三、硬件設(shè)計(jì)）鉑熱電阻測溫調(diào)理電路 恒流源驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)采用恒流工作調(diào)理電路，鉑熱電阻選用標(biāo)稱值為的Pt100作為溫度傳感器，其物理、化學(xué)性能在高溫和氧化性的介質(zhì)中非常穩(wěn)定，在-259.34630.74溫域內(nèi)，可作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。A1、A2和A3采用低漂移運(yùn)放OP07A,由于有電流流經(jīng)鉑熱電阻傳感器，所以當(dāng)溫度為0時(shí)，在鉑熱電阻傳感器上有電壓降，這個(gè)電壓為鉑熱電阻傳感器的集團(tuán)電壓，是運(yùn)放A1輸出電壓的一部分，使恒流工作調(diào)

5、理電路的輸出實(shí)際不為0。2） 時(shí)鐘電路 如圖所示，LPC2124芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)反相放大器所構(gòu)成的振蕩器，XRAL1和XRAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部或外部產(chǎn)生，在XRAL1和XRAL2引腳上外接定時(shí)器件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。本系統(tǒng)采用的定時(shí)器件為石英晶體和電容組成和關(guān)聯(lián)諧振回路。晶振回路。晶振頻率選擇11.0592MHz,C1、C2的電容值取30pF，電容的大小可起頻率微調(diào)的作用。3) 鍵盤輸入電路 如圖所示，在本系統(tǒng)中，采用獨(dú)立式鍵盤。本鍵盤完成的功能為輸入控制系統(tǒng)的設(shè)定值，以便與系統(tǒng)的采樣值比較，求出系統(tǒng)的誤差和誤差變化率。第一個(gè)按鍵進(jìn)行加1操作，第二個(gè)

6、按鍵進(jìn)行減1操作。4） 顯示電路 顯示電路采用LCD顯示模塊（LM016L），顯示溫度測量值與設(shè)定值。顯示電路如圖所示。 LM016L可顯示現(xiàn)行各16個(gè)字符的數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌控制器HD44780。LM016L引腳功能見表） 溫度控制電路 本系統(tǒng)中控制核心電路（控制加熱絲加熱電路）采用由過零檢測晶閘管觸發(fā)器件MOC3061組成的觸發(fā)電路，此器件專門用于設(shè)計(jì)雙向晶閘管觸發(fā)器。當(dāng)LED導(dǎo)通發(fā)射紅外線且過零電路檢測輸出端的交流電壓過零時(shí)，光控雙向晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，否則關(guān)斷。 MOC3061組成的角發(fā)電路 圖中MOC3061的輸出端的最大額定電壓是600V，最大重復(fù)浪涌電流為1A，電壓上升率（dU/dt）約為

7、600V/s,最大可達(dá)1500V/s,輸入和輸出間隔電壓大于7500V，輸出控制電流為15mA 。 （1）輸入限流電阻RIN 。一般來說，當(dāng)LED中的下身電流IF大于或等于IFT（MOC3061）的IFT=15mA）時(shí)，光控雙向晶閘管保證觸發(fā)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，運(yùn)行時(shí)的IF取IFT與最大IF（60mA）之間的值。圖 中當(dāng)P3.4端為低電平時(shí)，MOC3061輸入電流約為17mA,在4和6輸出端之間電壓過零時(shí)，內(nèi)部光控雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部雙向晶閘管KS導(dǎo)通；當(dāng)P3.4為高電平時(shí)，雙向晶閘管KS關(guān)斷。設(shè)LED導(dǎo)通壓降為1.3V，7407低電平為 0.3V，則有 RIN=(5V-1.3V-0.3V)/

8、17mA=200（2）輸出限流電阻R。R是MOC3061的限流電阻，用于限制流經(jīng)MOC3061的輸出端的電流最大值不超過1A。MOC3061的過零檢測電壓為20V，所以對于電阻性負(fù)載，R即會稍大于20。如果是電感性負(fù)載，由于電感的影響，觸發(fā)外部雙向晶閘管KS的時(shí)間會延長，流經(jīng)MOC3061輸出端的電流會增加，故增大R值，R的取值由下式計(jì)算 R=Up/Ip=(220*1.414)/1A=311取值稱值300。由于R的加入，使觸發(fā)電路有一個(gè)最小觸發(fā)電壓，低于該電壓，外部晶閘管不導(dǎo)通，直到高于該電壓才導(dǎo)通。R增大時(shí)，最小觸發(fā)電壓增大。 （3）功率晶閘管的門極電阻RG，電阻RG可防止誤觸發(fā)，提高搞干擾

9、能力，一般取300500。 （4）吸收回路RS和CS。RS和CS吸收回路接在雙向晶閘管的陽極和陰極之間，用業(yè)防止電源的尖峰電壓，以及浪涌電流對晶閘的沖擊和干擾。一般CS取值為0.010.1F ,RS的聚會為幾到幾十。在本系統(tǒng)中，CS取值為39。風(fēng)扇控制電路如圖所示。 鉑熱電阻測溫系統(tǒng)的完整電路圖如圖所示6）模糊控制查詢表 系統(tǒng)的模糊控制查詢表見表ECE-5-4-3-2-1012345-1055555543211-955555542211-855555542211-755555542111-655555542111-555555542111-455544432111-355544432111-2

10、55444322100-1554432111000443321110001332211100002222211100003222110000004222110000005111110000006111110000007111110000008111110000009111110000001011111000000四、軟件設(shè)計(jì)1軟件調(diào)試（1）系統(tǒng)所需完成的功能編寫流程圖；（2）對各功能模塊進(jìn)行逐一編寫及調(diào)試；（3）各功能模塊調(diào)試正常后，進(jìn)行聯(lián)編；（一定要注意地址的分配、程序的連貫及各功能 的相互搭配）（4）對總程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完成后，要對總程序進(jìn)行精簡，在完成各功能的前提下刪除多余程序。測控系

11、統(tǒng)的主程序流程圖如圖所示。 開始引腳功能配置控制I/O方向輸出清零目標(biāo)板初始化顯示字符模糊控制結(jié)束主程序流程圖顯示數(shù)字子程序流程如圖所示。開始i=5i0數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，取出最低位去掉最低位i-1數(shù)字轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)指定位置顯示數(shù)字i=0開始真假顯示數(shù)字子程序流程圖A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖所示。開始A/D模塊設(shè)置延時(shí)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置通道|進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)換等待轉(zhuǎn)換結(jié)束再次自動(dòng)轉(zhuǎn)換等待轉(zhuǎn)換結(jié)束讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果提取A/D轉(zhuǎn)換值數(shù)值轉(zhuǎn)換返回假假真真A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖2.程序源代碼 溫度測控系統(tǒng)程序源代碼如下：/* File: main.c* 功能：向LCD輸出計(jì)數(shù)值*/#include config.h

12、#define rs (19)#define rw (110)#define en (111)#define busy (10; dly-) for(i=0; i0;i-) /將NUM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成ASCII碼,如521會轉(zhuǎn)化為00521 BCDi-1=(uint8)(num%10+0x30); /取出最低位 num/=10; /去掉最低位 i=0;while(BCDi =0x30 & i4) BCDi+= ; /NUM轉(zhuǎn)換成數(shù)組存放,沒有加上小數(shù)點(diǎn)BCD5=0; DisText(addr,BCD);void ShowByte(uint8 addr,uint16 num)/在addr處顯示數(shù)字nu

13、m/將num轉(zhuǎn)化成五個(gè)BCD碼存放在全局?jǐn)?shù)組BCD5中uint8 str1=MeasT:;uint8 str2=SetT:;if (addr=0x80)DisText(addr,str1);if (addr=0xc0)DisText(addr,str2); uint32 AD_Convert(void) uint32 data; / 進(jìn)行ADC模塊設(shè)置，其中xn表示第n位設(shè)置為x(若x超過一位，則向高位順延)ADCR = (1 0)|/ SEL = 1 ，選擇通道0(Fpclk / 1000000 - 1) 8) | / CLKDIV = Fpclk / 1000000 -1 ，即轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為1

14、MHz (0 16) |/ BURST = 0 ，軟件控制轉(zhuǎn)換操作 (0 17) | / CLKS = 0 ，使用11clock轉(zhuǎn)換 (1 21) | / PDN = 1 ， 正常工作模式(非掉電轉(zhuǎn)換模式) (0 22) | / TEST1:0 = 00 ，正常工作模式(非測試模式) (1 24) | / START = 1 ，直接啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換 (0 27);/ EDGE = 0 (CAP/MAT引腳下降沿觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換) delay(10); ADC_Data = ADDR;/ 讀取ADC結(jié)果，并清除DONE標(biāo)志位 while(1) ADCR = (ADCR&0x00FFFF00)|0x0

15、1|(1 24);/ 設(shè)置通道1，并進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)換 while( (ADDR&0x80000000)=0 ); / 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 ADCR = ADCR | (1 6) & 0x3FF; / 提取AD轉(zhuǎn)換值 ADC_Data = ADC_Data * 100/1024; / 數(shù)值轉(zhuǎn)換 data=ADC_Data; return(data); void PWM0(void) IO0DIR=123|18; IO0SET=123; PWMMR0=Fpclk/2.5; /設(shè)置PWM周期 PWMMR4=0; /設(shè)置PWM占空比 PWMLER=0x11; void PWM1(void) IO0DIR=12

16、3|18; IO0CLR=123; PWMMR0=Fpclk/2.5; /設(shè)置PWM周期 PWMMR4=Fpclk/50; /設(shè)置PWM占空比 PWMLER=0x11; void PWM2(void) IO0DIR=123|18;IO0CLR=123; PWMMR0=Fpclk/2.5; /設(shè)置PWM周期 PWMMR4=Fpclk/10; /設(shè)置PWM占空比 PWMLER=0x11; void PWM3(void) IO0DIR=123|18; IO0CLR=123; PWMMR0=Fpclk/2.5; /設(shè)置PWM周期 PWMMR4=Fpclk/5; /設(shè)置PWM占空比 PWMLER=0x1

17、1; void PWM4(void) IO0DIR=123|18; IO0CLR=123; PWMMR0=Fpclk/2.5; /設(shè)置PWM周期 PWMMR4=Fpclk/3.3; /設(shè)置PWM占空比 PWMLER=0x11; void PWM5(void) IO0DIR=123|18;IO0CLR=123; PWMMR0=Fpclk/2.5; /設(shè)置PWM周期 PWMMR4=Fpclk/2.49; /設(shè)置PWM占空比 PWMLER=0x11; void fuzzy(void) uint8 U; uint8 setlevel; fp32 nowlevelc; IO0DIR=1=5)e=5*ke

18、+10; else if(etemp=2) ec=2*kec+5; else if(ectemp=-2) ec=-2*kec+5; else if(ectemp-1.5 & ectemp-0.5 & ectemp0.5 & ectemp1.5) ec=kec+5;else ec=2*kec+5; U=fuzzycodeeec; if (U=0)PWM0(); if (U=1)PWM1(); if (U=2)PWM2(); if (U=3)PWM3(); if (U=4)PWM4(); if (U=5)PWM5(); 五、 系統(tǒng)仿真 將上述程序進(jìn)行編譯鏈接后，打開LPC2124的屬性對話窗口，在“Program File”中，單擊下拉式按鈕，選擇fuzz