某智能溫度控制系統(tǒng)的研究

摘要溫度作為我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷奈锢砹?，它可以很好地體現(xiàn)物體的冷熱程度。我們所了解到的物理變化和化學變化，都與溫度息息相關。當我們觀察周圍的環(huán)境，就會發(fā)現(xiàn)溫度的控制和測量不僅對我們周圍的環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，對我們國家重要的支柱產(chǎn)業(yè)也有很大的影響。因此溫度的控制和測量顯得尤為重要，檢測溫度時我們會用到溫度傳感器。本文研究的對象是一種基于ARM9的智能溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結合了步進電機，從而能夠提高控制系統(tǒng)的精度。作為控制系統(tǒng)中的一款重要組成部件，步進電機能夠在多種機械設備和自動化控制系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用?，F(xiàn)在有很多我們能夠接觸到的儀器或設備，比如說繪圖儀、打印機等都把步進電機作為設備的主要組成部件。正是因為步進電機有控制靈活、價格實惠的優(yōu)點，在各個行業(yè)中運用的越來越多了。在工業(yè)控制飛速發(fā)展的時代，會發(fā)現(xiàn)越來越多的設備把步進電機鑲嵌在其中，從而能夠運用步進電機，來設置不同情況下需要的拍數(shù)和步數(shù)。在工業(yè)設備走向智能化和信息化的同時，讓我們對步進電機的使用要求也得到了很大的提高。為了提升控制系統(tǒng)的處理和控制能力，系統(tǒng)選用ARM作為主芯片，使該系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，性能和控制精度上得到了大幅提高。系統(tǒng)能根據(jù)實際溫度的不同，對溫度進行自動調(diào)節(jié)。它設有超高溫和低溫自動調(diào)節(jié)功能，超過設定值或低于設定值立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動調(diào)節(jié)控制溫度并實現(xiàn)溫度的自動控制，使溫度控制在設定范圍內(nèi)，并根據(jù)實際溫度的不同，自動采取不同的控制方式。正常運行情況下不需要人工參與，節(jié)省了人力資源，讓我們能夠在操作簡單的情況下，實現(xiàn)對溫度的實時控制。智能溫度控制系統(tǒng)的研究對于工業(yè)生活都有著非常大的意，能夠帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益。關鍵詞：溫度控制；溫度傳感器；步進電機；自動化控制；ARM芯片第1章前言1.1選題背景與選題意義目前很多的工業(yè)控制、機械加工領域，由于溫度是我們?nèi)粘Ｉ钪心芮猩砀惺艿絽s不能忽略的因素，它已經(jīng)被我們作為很重要的一個參數(shù)來考慮，成為我們判斷研發(fā)的設備能夠正常的處于工作狀態(tài)的指標之一。正是因為溫度控制和檢測的重要性，它經(jīng)常被用在火災、工業(yè)廠房、糧倉等重要領域，使得相應的溫度監(jiān)測、控制的儀器和設備應運而生，這樣就促使了大批的溫度檢測和溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。通過使用溫度傳感器，讓我們能夠及時的掌握溫度的變化，能夠?qū)τ蓽囟鹊纳吆徒档彤a(chǎn)生的不良影響得到及時的控制，從而更好地服務于社會。隨著時代的發(fā)展，我們對生活品質(zhì)的要求越來越高，溫度對我們的生活和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響也越顯得重要了。在各個方面我們都對溫度這個因素重視了起來，特別是工業(yè)控制和國家支柱產(chǎn)業(yè)對此更加應該重視起來。工業(yè)生產(chǎn)怎么樣提高效率、保證產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品自身安全性能，這時我們會發(fā)現(xiàn)都會與溫度產(chǎn)生密切的聯(lián)系。參考多次的工業(yè)改革，我們會發(fā)現(xiàn)溫度是其改革的重要因素之一。溫度現(xiàn)在已經(jīng)應用到了我們生產(chǎn)和生活的各個領域，如家用的電腦、公共汽車、電力電子產(chǎn)品等。從而對溫度檢測和控制提出了更高的要求，需要有更高的精度，在不同的方面需要不同的控制方式?，F(xiàn)在更是設備和儀器衡量質(zhì)量好壞的重要因素之一，也是評估安全性能的重要因素，在一些重要的環(huán)節(jié)是提高工業(yè)生產(chǎn)和效率的重要因素在實際工業(yè)生產(chǎn)中，由于設備內(nèi)外的溫度是無法直接進行交換，而且還面臨著其他因素的影響，當設備的溫度差超出或低于設備正常的使用范圍，就會產(chǎn)生不良的影響或意想不到的后果。這時我們會想出各種隔熱的材料，使設備內(nèi)外界的溫度保持平衡，這樣就不會出現(xiàn)上述的問題了，也提高了生產(chǎn)過程中的安全指標。當我們處在工業(yè)控制的環(huán)境中會發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)或設備對于溫度的升高我們會比較容易實現(xiàn)，當設備處在封閉效果較好的廠房內(nèi)，就更要注意不要讓系統(tǒng)或設備的溫度過高，以免對設備產(chǎn)生損壞。我們通常比較注重加熱裝置，對于降溫裝置卻表現(xiàn)的不夠重視。在工業(yè)控制的場合，我們應該具備加熱裝置，也應該具備降溫裝置。因此本次研究課題對于溫度的升高和降低都做了詳細的講述，給出了電路原理，讓我們能同時對于超高溫和低溫的控制，從而使溫度的控制更加有效。綜上所述，要得到高精度的溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起來有一些難度，我們更需要能在不同的環(huán)境中，有不同的控制方式。隨著時代飛速的發(fā)展，我們怎樣能提高溫度檢測和控制的精度，怎樣能使溫度在傳輸過程中不會丟失或者損壞據(jù)，怎樣能減小溫度檢測的誤差和減小其他因素對溫度檢測的影響，這都是我們現(xiàn)階段溫度控制系統(tǒng)應該及時和切實要解決的難題。因此本選題正是在這樣的背景下產(chǎn)生，所具有的理論意義與現(xiàn)實意義都非常重大。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于國內(nèi)來說，我國對于環(huán)境溫度控制研究的比較晚，在20世紀70年代末才開始運用于農(nóng)業(yè)的發(fā)展，運用在工業(yè)和公共管理行業(yè)到了80年代初才得以發(fā)展。繼國外在溫度控制和測量的發(fā)展基礎上，我國研究技術人員逐漸掌握了微型的環(huán)境溫度控制系統(tǒng)，但只能對單個的環(huán)境因素進行控制。國內(nèi)的溫度控制和測量技術結合計算機的發(fā)展，正在從簡單到復雜化、從單一因素到多因子控制、從簡單控制到實用型技術的控制的方向發(fā)展。用于控制方面的技術，國內(nèi)大多采用單片機來作為主要控制模塊，相較于國外先進水平，我們還存在很多的不足，在生產(chǎn)技術上還有一定的差距。國內(nèi)的溫度控制和檢測技術還遠遠沒有達到工業(yè)控制的真正水平，在工業(yè)控制中，我們存在著，控制設備欠缺、工業(yè)控制環(huán)境落后、系統(tǒng)硬件和軟件資源單一等不足的地方。國外發(fā)達國家對于智能溫度控制系統(tǒng)的研究起步較早，已經(jīng)取得了豐碩的成果。國外的溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為智能階段，溫度的控制和檢測已經(jīng)漸漸走向了智能化和網(wǎng)絡化。溫度的控制和檢測的精確度非常高。因此我國也需要積極開展相關方向的理論研究開發(fā)和研制高水平、高智能化的溫度控制系統(tǒng)。這對于提升我國工業(yè)制造水平有著深遠的意義。對于智能溫度控制系統(tǒng)來說，其中最為主要的元器件就是溫度傳感器，溫度傳感器是否能達標，直接能反映出溫度采集過程中的準確性和靈敏性。由于工業(yè)控制的飛速發(fā)展，對溫度傳感器有了更高的要求，隨之而來的產(chǎn)生了很大的需求量。溫度傳感器正朝著智能化發(fā)展，現(xiàn)在提高溫度傳感器的精度、測量時的分辨能力、工作時的可靠性，提高本身的技術水準和發(fā)展空間，增強網(wǎng)絡化管理和網(wǎng)絡溫度傳感器的設計，成為目前需要解決的問題。工業(yè)控制得到了大力的發(fā)展，從而使信息化產(chǎn)業(yè)也得到了發(fā)展，溫度作為衡量工業(yè)設備控制發(fā)展的重要因素之一。近年來我國溫度智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要是針對我國的國情和溫度控制的改造提出一種適合我國本土的基于ARM9的智能溫度控制系統(tǒng)模型，逐步向著自動測試、智能化控制等方面發(fā)展。國內(nèi)的溫度控制系統(tǒng)，逐步走向智能化和網(wǎng)絡化。結合國內(nèi)的溫度控制系統(tǒng)的研究的方向，本次課題涉及的智能溫度控制系統(tǒng)采用ARM控制模塊和高性能的溫度傳感器，從而能更好地實現(xiàn)對溫度的控制和測量。整體上看，我國的溫度控制和檢測相對于國外來說還有一定的差距，設備上還有一些不足，環(huán)境控制上落后，這些都是我們有待改善的地方。第2章智能溫度控制系統(tǒng)總體研究2.1控制系統(tǒng)主要硬件分析目前最為廣泛的智能溫度控制系統(tǒng)主要涉及到的器件有溫度傳感器、步進電機、ARM內(nèi)核的TX-2440A主芯片，下文將詳細對本次設計的智能溫度系統(tǒng)的硬件進行詳細研究。2.1.1步進電機的工作原理分析步進電機通俗可理解為，能夠把脈沖信號轉化成為我們需要的角位移或者線位移，它作為重要的組成部分廣泛應用在各類電子控制器件中。當步進電機工作正常的情況下，它的轉速的大小、應該停止的位置都只跟接收到的脈沖信號和頻率有關，這時負載怎樣去變化都不會對其產(chǎn)生影響。我們可以看到，當步進電機接收到驅(qū)動的脈沖信號時，就會按照要求轉動一個固定的角度，我把這個角度定義為“步距角”，可以根據(jù)這個步距角發(fā)現(xiàn)每次轉向是同一個方向同一個角度。當我們需要達到預設的位置時，我們可以根據(jù)脈沖的個數(shù)來最終得到定位；在進行調(diào)速時，我們可以調(diào)節(jié)脈沖的頻率，來控制步進電機的速度，從而進一步控制加速度。對旋轉速度和電源頻率的關系我們進一步分析，可以把電機分為同步電機和異步電機。步進電機同樣是屬于同步電機里的DC驅(qū)動的，與其它類型電機性能和工作原理做了比較后，選擇了兼具優(yōu)勢的步進電機。步進電機工作原理主要是將輸出的信號轉化為脈沖電壓，得到的角位移是跳躍式的，就是能根據(jù)一個脈沖信號得到一個位移的偏移量。在各式各類的步進電機中，我們最能常見的是同步反應式和日磁阻式這兩種。2.1.2主控芯片介紹在目前市場上常見控制裝置中，采用的大多是8位的單片機作為主控制芯片，它有著控制簡單、價格實惠、在一些簡單的問題上能夠完成功能的實現(xiàn)。不過它也有著明顯的不足，比如說存儲空間不足，通常只有幾十M，大一點的到幾百M不等，當遇到較復雜的電路或系統(tǒng)時，就會面臨數(shù)據(jù)存儲不完整或缺失等情況；實現(xiàn)相關功能的時候，當本身進行獨立操作，會發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能很欠缺，想實現(xiàn)較復雜的功能時，只能依靠計算機的強大輔助功能；在需要較高性能的操作情況下，單片機不能達到實現(xiàn)高性能的要求。因此，本次研究選用功能強大的ARM處理器，現(xiàn)在越發(fā)在工業(yè)控制中廣泛使用起來，從而能更好的替換上述簡易的單片機控制模塊。它可以把開發(fā)板和工業(yè)使用的步進電機以及其他的外圍設備嵌在一起，組成集運算和處理速度快、控制精度高于一體的高性能控制系統(tǒng)。通過對ARM的研究，會發(fā)現(xiàn)它能夠有效的對步進電機進行控制，提高系統(tǒng)的控制精度，結合本身接口豐富、有較強的穩(wěn)定性、成本日益減少、有著較好的開發(fā)環(huán)境，從而在行業(yè)中越來越受到用戶的需求和喜愛。能夠看到把步進電機作為核心配件的設備中，經(jīng)常會把這樣的設備用在工業(yè)控制領域，能夠?qū)υO備進行準確的定位，這樣可以把它用在激光切割等場景。本次研究運用的是基于ARM9內(nèi)核的TX-2440A主控制芯片，通過對步進電機的控制從而實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高精度和高性能。2.1.3溫度傳感器介紹在對溫度數(shù)據(jù)采集方面，所選取的是一款包含已經(jīng)校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，通過對溫濕度傳感技術與專用的數(shù)字模塊采集技術的引用，改產(chǎn)品的可靠性以及長期的穩(wěn)定性具有很優(yōu)異的效果。由于該傳感器之中有1個NTC測溫元件，1個電阻式感濕原件，再通過連接了一個高性能8位單片機，所以該產(chǎn)品具有響應超快、質(zhì)量優(yōu)秀、抗干擾能力極強以及性價比極高的優(yōu)點。而且每一個DHT11傳感器在進行校準時，都被放在一個極為精確的溫度校驗室中。極低的功耗、超小的體積，尤其在一些苛刻的研究場合，使得該傳感器成為應用場景中最佳的選擇。4針單排引腳封裝使得該傳感器很容易與其他器件相互連接。DTH11傳感器的引腳圖如下所示。圖2.1DHT11溫度傳感器引腳圖2.2控制系統(tǒng)特點研究智能溫度控制系統(tǒng)的特點，是把溫度作為被控制對象，從而實現(xiàn)對溫度的反饋控制和調(diào)節(jié)。在一些重要的場合或部門，如冶金、核能源、礦場、煉鋼廠，這些地方需要對溫度進行嚴格的控制，還有確保能夠有準確的溫度采集數(shù)據(jù)，不能出現(xiàn)偏差。當然溫度控制系統(tǒng)不僅僅用在這幾個領域，已經(jīng)廣泛運用到和貫穿在我們的日常生活中，可以看到它的用途越來越廣泛，市場需求也越來越大。而作為溫度控制系統(tǒng)來說，一般是采集完溫度，對其進行有效地調(diào)節(jié)，并達到穩(wěn)定，或者讓它穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，或按照某種趨勢進行發(fā)展。而我們通常的溫度控制系統(tǒng)，首先得有系統(tǒng)的被控制對象、其次對溫度進行采集的采集器、主要的核心控制模塊、溫度的調(diào)節(jié)裝置、溫度顯示模塊。雖然說被控制對象只是溫度，但要做得就是對于溫度變化的過程進行控制。負責采集溫度并傳導的模塊就是溫度傳感器，他把采集到的溫度信號傳給ARM系列的主控制模塊，進過分析處理后可得到溫度的差值，看是否高于或低于溫度的設定值，如果是的，報警器就會產(chǎn)生報警，這時就會啟用控制系統(tǒng)的溫度控制電路，對溫度進行調(diào)節(jié)，進而使溫度穩(wěn)定。本次研究的控制系統(tǒng)的溫度控制電路可分為：升溫電路和降溫電路。系統(tǒng)的升溫電路控制采用可控硅調(diào)控法，對可控硅進行通斷控制，改變給定周期中加熱器所加交流電壓周波數(shù)，控制加熱功率，實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。系統(tǒng)降溫通過微處理器的引腳輸出PWM波，通過步進電機的驅(qū)動電路控制直流風機的轉速，改變空氣對流速度，實現(xiàn)系統(tǒng)降溫過程。主要涉及到脈寬調(diào)制法，它是通過改變電壓在整個周期內(nèi)的占空比，進而來改變電機的速度，來配合溫度電路的實行。2.3智能溫度控制系統(tǒng)總體設計分析2.3.1總體設計原則對于此次研究的智能溫度控制系統(tǒng)應當滿足以下原則：（1）安全性原則。我們在設計控制系統(tǒng)電路時就需要注意，要保證電路之間的接線不會出現(xiàn)交叉，不會出現(xiàn)連線的情況，這樣就降低了發(fā)生電路事故的機率。我們要保證，系統(tǒng)設備的擺放要有恰當安全距離，使之能夠得到良好的通風。對于電路的設計，還要能夠在發(fā)生突發(fā)故障時，只會對設備產(chǎn)生不良的影響，但不能影響甚至發(fā)生大規(guī)模的電力事故，我們要僅限于設備以內(nèi)，把事故的損失縮小到最小。對于設備的使用，我們也應該要注意它的電氣參數(shù)，不要超過設備的安全值，要最大限度的保證系統(tǒng)的安全。（2）接口設計原則。鍵盤接口電路有兩個基本特點：不確定性，我們的用戶對于我們用到的鍵盤的操作是不確定的，當然對于要用到的按鍵也是不確定的；抖動性，這是鍵盤的機械特性決定的。（3）可操作性和維護性。我們對于控制系統(tǒng)的研究，最終是想系統(tǒng)能夠較好的運用在各類領域中，這就需要有良好的人機界面，具備簡單的上位機操作界面，使操作人員能夠進行簡單而有效地操作。系統(tǒng)最好具有較高的集成度，這樣減輕了用戶在安裝過程中的安裝難度，我們需達到安裝流程簡單、使用方法通讀易懂、使用過程中安全可靠。在不同的情況下，溫度控制系統(tǒng)都要能夠使用，這就需要對系統(tǒng)的穩(wěn)定程度有較高的要求。我們在保證自身穩(wěn)定的程度上，盡量減小故障的發(fā)生率；同時，我們對系統(tǒng)進行模塊化，對于出現(xiàn)系統(tǒng)突發(fā)故障時，我們也提高了維修的成功率，使系統(tǒng)更好地滿足用戶的需要。（4）靈活性和擴展性。對于靈活性，我們可以理解成能與其他的系統(tǒng)或設備有一個好的交流，使之不會出現(xiàn)不能兼容的情況；擴展性是指系統(tǒng)的模塊化結構和網(wǎng)絡功能及處理能力能不能根據(jù)工業(yè)控制的發(fā)展不斷地去優(yōu)化升級。當我們提高了系統(tǒng)的靈活性和擴展性，就可以進一步提升系統(tǒng)的性能。（5）精確性和實時性。系統(tǒng)的精確性就是指系統(tǒng)的精確度，只有提高了系統(tǒng)的精確度，才能滿足系統(tǒng)高性能的要求，同樣也能夠滿足用戶的特殊要求，提高了系統(tǒng)的適用范圍。我們在進行系統(tǒng)工作時，會通過LCD屏進行實時的顯示，使用戶能隨時的了解系統(tǒng)的工作情況。2.3.2智能溫度控制系統(tǒng)總體設計本系統(tǒng)是以TX-2440A作為主要的控制芯片，用L298N電機驅(qū)動芯片設計的驅(qū)動電路來驅(qū)動步進電機，我們設置了電源電路可以對系統(tǒng)進行正常的供電，給顯示界面供電，使用戶可以更好地實現(xiàn)人機的交流，運用上位機操作界面，使用戶更好地掌握和操控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括ARM控制模塊、溫度傳感器、被測溫對象、加熱、制冷調(diào)節(jié)、電機驅(qū)動模塊、復位電路和時鐘電路。系統(tǒng)總體框架如下圖所示。圖2.2系統(tǒng)總體設計框架圖本次研究的系統(tǒng)主要是根據(jù)溫度傳感器，把采集到的溫度傳遞給ARM控制主芯片由它判斷是否超過或低于設定值，經(jīng)過計算處理后給出結果。如果超過給定溫度，控制模塊傳遞控制信息給步進電機，通過改變脈寬調(diào)制的占空比，來調(diào)節(jié)溫度，最終使溫度降低；如果控制模塊計算處理得到溫度低于設定值，則通過控制可控硅的中斷，從而改變加熱器的電壓周波數(shù)，改變加熱功率，來達到升高溫度的效果。經(jīng)過這樣循環(huán)的交流信息，不僅提高了工作效率，也更加體現(xiàn)了系統(tǒng)對溫度控制的智能性。第3章溫度控制系統(tǒng)詳細設計3.1硬件部分設計3.1.1步進電機部分設計系統(tǒng)由控制面板、ARM主控制模塊、脈沖驅(qū)動信號、功率放大、步進電機等幾部分組成。這里的操作面板，實際上類似于我們電路板上的LCD屏，用來顯示主控制芯片處理過后的信息，使用戶能更好的了解系統(tǒng)的運行信息；TX-2440A芯片送出脈沖信號，從而調(diào)節(jié)功率的大小，然后控制步進電機最終由它帶動負載。(1)脈沖信號的產(chǎn)生這個我們?nèi)庋劭床坏酱_真實存在的脈沖信號是由主控制芯片發(fā)出的，我們能控制脈沖的占空比，來控制步進電機的轉速大小。(2)功率放大為了能控制步進電機的轉速和加速度，這時就需要對功率進行放大或縮小，就涉及到了脈沖信號的占空比。正常工作的情況下，決定步進電機的轉速是動態(tài)的電流大小，而不是伴隨的靜態(tài)電流的大小。經(jīng)過測試我們會發(fā)現(xiàn)，當電機的電流平均值大的時候，電機的速度也隨之增大。在不同的情況下，會有不同的功率放大形式，想提升電機的控制性能，我們通常把功率放大當做驅(qū)動電機的電源信號。(3)細分驅(qū)動器細分驅(qū)動器就是把上述的步距角進行細分，從而能夠得到光滑的轉子運行時的狀態(tài)。對于步進電機外表面的溫度，也要做適當?shù)南拗?，不能大于限定值，否則首先會使電機的磁性材料退磁，會使步進電機減小力矩，更嚴重會使它失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點。圖3.1步進電機控制系統(tǒng)結構圖3.2溫度控制部分設計在溫度進行變化時，如果超過溫度的最高或最低設定值時，這時我們需要對溫度進行調(diào)節(jié)，使之降低或升高從而穩(wěn)定在適當?shù)臏囟葏^(qū)間內(nèi)。下面就從溫度的升溫電路和降溫電路，進行詳細說明。系統(tǒng)的升溫電路控制采用可控硅調(diào)控法，即通過控制可控硅的通斷，改變給定周期中加熱器所加交流電壓周波數(shù)，控制加熱功率，實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)?？刂乒β孰娐啡缦聢D所示：3.2控制功率電路圖由上圖可知，對于升溫控制電路來說，其中ARM芯片發(fā)出了脈寬調(diào)制的信號，而我們通過專用的驅(qū)動器，對電路中的可控硅進行通斷的控制。當我們在操作時，使輸出脈沖的引腳輸出高電平時，就可以讓電路中的可控硅得到導通；當然處于低電平時，就會得到截至的狀態(tài)。我們可以用R1、C1構成一個RC回路，改變電壓上升速率，這樣就可以減小可控硅的錯誤動作。系統(tǒng)降溫通過ARM主芯片處理得到輸出PWM波，通過功率驅(qū)動步進電機來控制直流風機的轉速，改變空氣對流速度，實現(xiàn)系統(tǒng)降溫過程。脈寬調(diào)制通俗的來講，就是運用數(shù)字的輸出，就可以對一系列的脈沖進行調(diào)制。這里會涉及到脈寬調(diào)制法，它是通過改變電壓在整個周期內(nèi)的占空比，進而來改變電機的速度，來配合溫度電路的實行我們常見的正弦波也可以運用這樣的方式得到，當我們把輸出的波形進行一系列的等分，這時也可以得到等幅值和等周期的波形，就代替了正弦波形。當我們需要不同的輸出頻率和不同電壓大小的脈沖信號時，就可以采用脈寬調(diào)制。而在本系統(tǒng)中，我們就是用改變占空比來控制電機速度。其控制原理如下圖所示。圖3.3降溫電路原理圖3.3顯示模塊設計電路板采用的是7寸LCD，可以讓我們直觀的看到電路板顯示的信息，從而提高了系統(tǒng)信息的流通性。當我們對電路板執(zhí)行命令時，LCD屏會顯示最終的結果，在做燒寫時，LCD屏也會得出燒寫信息，使我們能及時的得到有效信息，極大地提高了效率。顯示模塊電路圖如下所示：圖3.4LCD顯示模塊電路圖3.4按鍵模塊設計本次研究的系統(tǒng)采用一個獨立按鍵，一般用2個IO引腳對其進行控制，我們不用對每一個按鍵都采用一個IO引腳，這時可以采用行列同時控制，雖然這樣控制比較快捷和方便，當系統(tǒng)有比較多的按鍵同時工作時，就不好確認各個按鍵的位置情況，從而不能進行精確地定位。圖3.5按鍵模塊電路圖第4章智能溫度控制系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)軟件設計原則本次研究的是智能溫度控制系統(tǒng)，最重要的就是硬件設計和軟件的設計。當按照系統(tǒng)的硬件電路，把系統(tǒng)整個軟件設計好后，就可以方便的對系統(tǒng)進行操作，提高和優(yōu)化軟件的設計，能夠大幅度的提高系統(tǒng)的整體性能。為了能保證系統(tǒng)的正常運行和穩(wěn)定性，在設計軟件時要遵循軟件設計原則。（1）易理解性、易維護性。設計軟件時，我們也需要做到結構化設計，這樣就會讓用戶更加容易去理解和操作。通過結構化設計過后，也可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)什么問題維修起來很方便，分結構進行檢測就能快速找到問題所在。（2）實時性。這個是很常見，也是用戶經(jīng)常會要求能實現(xiàn)的功能。需要對系統(tǒng)采取不同的命令后，能夠得到相應的結果顯示，從而能夠更好地了解系統(tǒng)的功能，同樣也滿足了用戶對系統(tǒng)操作的實時性處理的要求。（3）可靠性。可靠性主要在于軟件部分不會產(chǎn)生BUG。當系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，如果出現(xiàn)了抗干擾的因素，需要系統(tǒng)有一定的抗干擾能力，在干擾解除后，系統(tǒng)能自動恢復，不會影響其它功能的使用，從而使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。（4）注重性能。軟件性能也是同樣體現(xiàn)系統(tǒng)性能的重要指標，在程序所需要的運行時間和相對占用的空間較小時，系統(tǒng)運行速度會越快，這樣效率也會越高。這就需要我們在軟綜合上述分析。本次系統(tǒng)軟件設計部分采用C語言編碼實現(xiàn)。相比較匯編語言編寫單片機程序而言，簡潔明了并且易懂都是它的優(yōu)勢，很大程度上節(jié)約了開發(fā)的時間。本次編寫的程序包括主控模塊程序以及溫度采集顯示程序以及LCD顯示器控制程序和電機驅(qū)動程序主要的幾個部分程序設計。4.2軟件設計實施主程序的整體功能是。當我們啟動系統(tǒng)時，先需要對其初始化，看是否有按鍵直接按下，如果有就需要執(zhí)行該按鍵的功能；如果沒有就可以調(diào)集溫度采集子程序了，對其進溫度檢測；然后和設定值進行比較，如果大于設定值，就需要啟動降溫電路，如果低于設定值，就需要調(diào)動升溫電路；最后，調(diào)用LCD顯示子程序，實現(xiàn)被測溫度和設定溫度的實時顯示，從而能讓我們能直接看到溫度，達到實時對溫度的檢測和控制。圖4.1主控程序流程圖在LCD顯示模塊中。主要流程是我們在對電路板下命令后，完成了溫度調(diào)節(jié)，需要在LCD屏進行顯示，從而可以得到實時的溫度顯示，溫度顯示子程序主要流程是首先完成初始化，再向緩沖區(qū)送出顯示的數(shù)據(jù)，最后查出顯示碼并顯示輸出。在對于電機驅(qū)動程序編寫的過程中，需要了解步進電機的工作原理，學習步進電機的控制原理后，知道ARM上相應寄存器的功能和含義。才能在編寫步進電機的驅(qū)動程序的時候來定義步進電機的正反轉的控制函數(shù)。第5章智能溫度系統(tǒng)測試分析5.1系統(tǒng)整體測試說明本設計的各個功能模塊已經(jīng)過編碼和實施，基本完成了智能溫度系統(tǒng)設計的任務。在軟件項目開發(fā)的最后一個階段，一個不可或缺的過程就是軟件測試。通過軟件測試能夠發(fā)現(xiàn)軟件中存在的錯誤并及時糾正錯誤。通過軟件測試，能夠確認本次設計的質(zhì)量性、安全性、總體性能能否滿足用戶的要求。我對本次設計進行了全方位的測試。白盒測試技術和黑盒測試技術是軟件測試的兩種方法。白盒測試技術是說，當知道程序內(nèi)部的具體執(zhí)行過程，通過對每一次程序執(zhí)行結果檢查它是否按照求執(zhí)行，又稱為結構測試。黑盒測試技術是指在測試系統(tǒng)的特定功能已知時，測試各功能是否能夠正常使用，又稱為功能測試。本次設計的測試過程分為兩個方面，一是對系統(tǒng)的整體接口進行測試，二是系統(tǒng)的各個功能模塊進行測試。首先，將本次系統(tǒng)在不同測試環(huán)境中打開，查看顯示的字體、數(shù)據(jù)是否正常顯示，有沒有出現(xiàn)字體變形、數(shù)據(jù)有無錯誤等情況。通過測試可以發(fā)現(xiàn)本設計在兼容性上良好，接口無問題。通過軟件測試，可以說明本系統(tǒng)不存在任何程序上的錯誤，并且各個功能能夠正常運行，性能良好，能夠滿足用戶需求，基本完成了本次設計任務。5.2系統(tǒng)實施效果說明一款智能控制系統(tǒng)，應能根據(jù)用戶的要求，完成所需要的功能設計，本課題研究的是基于ARM9的智能溫度控制系統(tǒng)，適合在工業(yè)廠房內(nèi)