一种基于FPGA的温度自动控制系统研究设计

2010-09-21 19:21:00来源: 电子设计工程 关键字:FPGA  温度自动控制  传感器  LM35

  温度控制系统应用广泛,温度是一个重要而普遍的热工参数。常规的温度控制方法是设定一个温度范围,超出设定允许范围即进行温度调控。这种方法实现简单、成本低,但控制效果不理想,控制温度精度不高、达到稳定点的时间长,因此,只能用在精度要求不高的场合。而采用PID算法进行温度控制,具有控制精度高、能够克服容量滞后的特点,适用于控制品质要求高的控制系统。

  单片机作为控制系统的核心部分,广泛应用。利用单片机控制温度系统,对环境检测具有极高的灵敏度,能够实时实现温度调节,且效率极高。

  1 系统总体方案设计

  该温度控制系统的前级采用LM35型模拟集成温度传感器来采集温度信号并转化为电压信号,再经过前级放大后送入ADS7886采样输出数字信号,将得到的数字信号送入单片机,单片机通过对采样信号和用户输入信号的分析自动选取合适的PlD系数并计算出相应的加热(或制冷)波形的占空比系数,接着将占空比系数送入FPGA,由FPGA内部构建的DDS读取相应的占空比并转化为波形输出,驱动制冷片工作,从而实现木箱内部温度的自动控制,系统总体设计框图如图1所示。该系统设计采用大屏幕点阵式LCD和按键进行人机交互,使得系统操作简单快捷,同时LCD还可实时显示测量得到的温度值,并绘制出坐标图像,统计信息明确直观。

系统总体设计框图

  2 系统硬件设计

  2.1 前级采样电路

  LM35是电压输出型温度传感器,当温度在0 ℃时输出电压为零,当电压每上升1℃输出电压便增加10 mV。较小的电压对A/D采样的精度会造成比较高的影响。所以在LM35输出端连接一个同相放大器。考虑放大时的精度和对共模干扰信号抑制需要,这里选用精密高共模抑制比的运算放大器OPA277。由于实验要求测量精度为0.1℃,要求在5~35℃范围内至少取样300个点,因此,至少选用9位的A/D转换器进行采样才能满足实验要求,考虑到功能扩展的需要,这里选用12位高精度的串口ADS7886来实现。

前级采样电路

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关键字:FPGA  温度自动控制  传感器  LM35

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0921/article_1351.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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