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基于DSP的水温控制系统设计
摘要
本文介绍的是一个以EL-DSP-EXPII型教学实验系统为控制核心的水温控制系统，此系统通过人机交互设定控温度，采用增量型PID算法，通过脉宽调制控制电炉加热，最终实现水温的恒定。该系统具有温度超调量小、调节时间短、静态误差小、测量精确、恒定温度与设定温度偏差小等优点，且控制方便、显示直观、性能稳定、可靠性高。 关键词： 水温控制 脉宽调制 恒定 优点 Abstract
Is introduced in this paper a EL - DSP - EXPII type teaching experiment system as the control core of the water temperature control system, this system through the human-computer interaction set point temperature, USES the incremental PID algorithm, through pulse width modulation control of electric furnace heating, finally realizes the water temperature constant.The system has less temperature overshoot, short setting time, static error is small, precise measurement, the advantages of small constant temperature and set temperature deviation, and the control convenient, intuitive, stable performance, high reliability.
Keywords：e water temperature control Pulse width modulation constant advantages
1.1 设计目的
（1）熟悉并掌握硬件设计方面的温度采集技术 （2）熟悉并掌握软件设计方面的A/D转换技术
（3）熟悉并掌握软件设计方面的DSP液晶显示功能 （4）掌握数字PID控制程序的设计方法 （5）掌握监控程序的设计方法
1.2 系统组成
系统组成本系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。因此，以DSP为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，DSP的使用为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑电路中往往是难以实现或无法实现的。根据设计任务的基本要求，本系统应具有以下基本功能：
（1）可以进行温度设定，并自动调节水温至给定的温度值。
（2）可以调整PID控制参数，满足不同控制对象与控制品质要求。 （3）可以实时显示给定温度与水温实测值
1.3 整体设计思路
整体设计思路首先设计由AD590和ADC0804组成的温度采集电路，利用热敏电阻输出电压值与温度间的函数关系，检测温度的变化；然后将采集到的温度送入TMS320C5402中的A/D转换模块，将电压转换为数字信号；最后通过编写LCD显示函数来控制相应的温度及文字的变化。系统的整体框图如图1.3.1所示
图 1.3.1
2. 1 单元电路设计
2.1.1温度采集电路系统的温度采集电路主要由温度传感器
（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。电路图如图2.1.1所示
图 2.1.1 温度采集电路原理图
（1） AD590性能描述测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±
0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃。AD590为电流型传感器温度每变化1℃其电流变化1uA，在0℃和80℃时输出电流分别为273.2uA和353.2uA。 （2） ADC0804性能描述ADC0804为8bit的一路A/D转换器，其输入电压
范围在0—5v，转换速度小于100us，转换精度0.39﹪。满足系统的要求。 （3 ） 电路原理及参数计算采用电流型温度传感器AD590量，再将电流量转
换成电压量通过A/D转换器ADC0804将其转换成数值量交由DSP芯片处理。如图2.1.2所示
图 2.1.2
2.1.2 温度控制电路
此部分电路主要由光电耦合MOC3041和双向可控硅BTA12组成。MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。100Ω电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路。控制部分电路图如图2.1.3。
图2.1.3
2.1.3 LCD液晶显示模块
DSP需要对读写周期较慢的液晶显示模块进行访问，这样就存在DSP与慢速设备之间的输入/输出时序匹配问题。直接访问方式是将DSP的读写信号线与慢速设备口控制板引出的读写信号线直接相连，时序由DSP内部读写逻辑控制。由于慢速外设的读写周期相对DSP较慢，要使两者的时序匹配，还必须进行一些时序方面的控制处理，一种处理方法是软件编程等待状态发生器，将外部总线周期扩展到数个机器周期。由于受硬件条件的限制，这种扩展通常也是有限的。另一种处理方法是利用DSP的READY(外部设备准备就绪)引脚，通过硬件扩展实现外部状态自动等待，从而使DSP与慢速设备之间的时序匹配。虽然可以将总线周期扩展到任意个机器周期，但是需要进行硬件扩