0 引言

溫度控制器是一種重要的控制設(shè)備,，在性能要求敏感的家用電器中,，溫度控制器是必備的控制系統(tǒng)之一,，其在大型工業(yè)和日常生活等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。很多應(yīng)用領(lǐng)域,，需要精度較高的恒溫控制,，例如，根據(jù)外界變化,，隨時調(diào)節(jié)相應(yīng)的LED亮度以達到所需色溫值,，可以實現(xiàn)更好的照明和裝飾效果。在溫度控制器中引入PID控制可以得到較理想的控制效果,，溫度波動均可控制在0～125℃之內(nèi),。該技術(shù)已應(yīng)用于定時控溫發(fā)酵器、保健墊等產(chǎn)品中,，運行良好,，獲得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。因此,，如何在無影照明系統(tǒng)的色溫控制中引入PID溫度控制系統(tǒng)成為當(dāng)今研究的課題之一,，而且隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù),、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,，在溫度控制系統(tǒng)中引入嵌入式系統(tǒng)已成為一種趨勢，它具有擴展性強,，集成度高,，控制精確等優(yōu)點。

1 嵌入式溫控系統(tǒng)概述

1．1 嵌入式概述

從嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成上看,，嵌入式系統(tǒng)是集軟件硬件于一體的,，可以獨立工作的計算機系統(tǒng)；從外觀上看,，嵌入式系統(tǒng)更像是一個“可編程”的電子元器件,；從功能上看，它是對執(zhí)行對象進行精確控制,，使其具有“智能”的控制器,。

嵌入式系統(tǒng)是主要完成信號控制的功能，體積小,，結(jié)構(gòu)緊湊,，可作為一個部件嵌入所控制的裝置中。它提供用戶接口,，管理信息的輸入輸出,，監(jiān)控設(shè)備工作，使設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品有較高智能和性價比。根據(jù)IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義,，嵌入式系統(tǒng)是控制監(jiān)視或輔助設(shè)備機器或工廠運行的裝置,。可以看出該定義主要是從應(yīng)用方面考慮的,。嵌入式系統(tǒng)與通用計算機的最主要區(qū)別也就在于應(yīng)用目的不同,，不管是在硬件還是軟件方面，每一套嵌入式系統(tǒng)都是針對不同應(yīng)用場合或為了特定功能而“量身定做”的,，需要考慮更多的是空間成本等因素,。

嵌入式系統(tǒng)的專用性強、實時性與可靠性高,、可裁剪性好,、功耗低。采用基于嵌入式技術(shù)實現(xiàn)的溫度控制器,，其擴展容易、功能強大,，不僅能在硬件結(jié)構(gòu)上簡化系統(tǒng),，還可以提高性能，進而可以降低系統(tǒng)的成本以便更加靈活地部署應(yīng)用,，嵌入式是溫度調(diào)節(jié)控制器的發(fā)展方向,。

1．2 PID調(diào)節(jié)原理

比例、積分,、微分控制器是在工程實際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器,，簡稱PID調(diào)節(jié)器，PID控制于20世紀(jì)50年代出現(xiàn),，成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一,，主要因為其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠,、穩(wěn)定性好,、調(diào)整方便等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2．1 硬件總體設(shè)計

本文設(shè)計的嵌入式ARM溫度調(diào)節(jié)器主要有以下幾個模塊構(gòu)成：顯示模塊,，溫度傳感器,，時鐘電路模塊，報警模塊,，ARM核S3C2440,，PID控制模塊，PWM加熱控制摸了,，以及復(fù)位電路,。系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計如圖1所示。

2．2 PWM加熱模塊設(shè)計

PWM加熱模塊由3524芯片加一些外圍元器件組成。矩形波由3524芯片內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生,，其頻率為：

f≈1．30／(RT-CT)      (1)

式中電位器RT用于調(diào)整頻率大小,，脈沖寬度調(diào)制器由3524芯片內(nèi)部的差動放大器、比較器,、振蕩器等組成,。其輸出的矩形波占空比由差動放大器輸出電壓控制。

2．3 PID電路

設(shè)計PID調(diào)節(jié)器的目的是調(diào)節(jié)控制對象的實際值與新的設(shè)定值相對應(yīng),，可以減少或消除干擾量的影響,。在自動控制領(lǐng)域，由于控制的穩(wěn)定性和可靠性等要求,，模擬PID控制技術(shù)簡單可靠,、成本較低、應(yīng)用廣泛成熟,。圖2為PID調(diào)節(jié)器的組成框圖,。

在控制單元內(nèi)輸入信號Vi經(jīng)PI，PD電路進行PID運算得到Vo,。

PID調(diào)節(jié)器的工作原理為：Vi為溫度傳感器檢測放大處理后的信號與設(shè)定信號進行比較后的偏差量,，調(diào)節(jié)器對偏差量進行比例、積分,、微分運算,，從而輸出適當(dāng)?shù)目刂菩盘朧o給下一級電路，促使測量值信號恢復(fù)到給定值,，達到自動控制的效果,。調(diào)節(jié)器的3個參數(shù)(P，I,，D)獨立可調(diào),，在實際應(yīng)用中采用工程整定的方法確定P，I,，D參數(shù)．該方法直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,，且方法簡單、易于掌握,，在工程實際中被廣泛采用,。

2．4 軟件設(shè)計

軟件模塊在溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)中非常重要，本文中由于軟件系統(tǒng)比較眾多,，所以采用模塊化設(shè)計方案,，即整個軟件由許多獨立的小軟件模塊構(gòu)成，小模塊之間通過特定的軟件接口進行連接和通信,，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu),。它的主要工作流程圖如圖3所示,。

首先進行控制器參數(shù)初始化，然后讀取溫度的設(shè)定值,，如果成功獲取則控制PWM加熱模塊進行執(zhí)行,；溫度傳感器模塊獲取實際溫度與設(shè)定值進行比較，如果相同則結(jié)束,；不同則通過PID控制來調(diào)節(jié)加熱模塊,，直至相同。

3 實驗與驗證

根據(jù)硬件設(shè)計總體框圖1,，把各功能塊連接起來,，將軟件下載至ARM系統(tǒng)中，將溫度傳感器DS18B20通過串行接口與ARM控制器相連,，搭建出實驗環(huán)境進行實驗驗證,。當(dāng)設(shè)定溫度為50 ℃時，其運行結(jié)果如圖4所示,。

當(dāng)設(shè)定溫度為90 ℃時,，其運行結(jié)果如圖5所示。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了基于ARM的PID溫度控制器,，采用DS18B20作為溫度傳感器,，用串口與微處理器進行通信，微處理器采用ARM S3C2440,，加熱模塊采用PWM方式，給出了總體硬件電路和軟件工作流程,，最后進行了實驗和驗證,，結(jié)果表明該控制器具有較高的調(diào)節(jié)精度，可用于工業(yè)現(xiàn)場,。