基于ARM9电加热炉温度的采集和控制

摘要

电加热炉是电子陶瓷材料在制备过程中的主要设备，而电加热炉温度控制系统对电子陶瓷材料的烧结工艺起着重要的作用。通常的温度控制系统主要由单片机和PC机来实现的，但其在温度控制方面的扩展性和实时性较差，很难满足电子陶瓷烧结的特殊要求。随着嵌入式系统的发展，ARM因其具有体积小、功耗低、性能强等特点和优势，而被加热炉的控制系统所重视。
　　 本文以ARM920T内核的三星S3C2440A嵌入式平台为核心，设计了冷端动态补偿电路、采样电路、放大电路、A/D转化电路、输出控制电路、按键电路、LCD显示电路、串口通信等外围硬件电路。完成了系统软件的模块化设计，主要包括温度采样、声光报警模块、人机交互模块、输出控制模块、模糊算法模块和串行通信模块等应用程序模块，在此基础上选择了开源的但性能比较稳定的μC/OS-Ⅱ作为操作系统。在硬件平台上嵌入μC/OS-Ⅱ实时操作系统，构建了整个系统的多任务管理和调度。为了校正热电偶采样过程中的非线性，软件算法采用了查表法。
　　 针对电加热炉温度的时变性、大惯性和滞后性等特性，本文结合模糊控制自身特性和其它控制方式的优势，设计了双输入单输出的模糊温度控制器，其包括三个步骤：精确量的模糊化、建立模糊控制规则库和建立模糊查询表。该过程的核心是建立模糊查询表，应用于加热炉温度控制系统，来保证温度控制的精度和稳定性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 温度控制器发展

1.2.1 温控仪表的分类

1.2.2 温控仪表的发展

1.3 嵌入式技术的发展

1.4 控制理论和技术的发展

1.5 研究的内容

1.6 本章小结

第二章 电加热炉系统的硬件设计

2.1 电加热炉控制系统的框架

2.2 嵌入式系统

2.2.1 嵌入式系统定义

2.2.2 嵌入式系统的分类

2.2.3 嵌入式系统的特点

2.3 基于ARM920T内核的S3C2440A处理器

2.3.1 ARM简介

2.3.2 S3C2440A处理器功能框架

2.3.3 S3C2440A工作方式

2.3.4 S3C2440A的接口

2.4 温度检测元件

2.4.1 温度检测方法

2.4.2 测温元件的选择

2.4.3 测温元件的选择原则

2.4.4 热电偶工作原理及常用的类型

2.4.5 热电偶的选择

2.5 二极管PN结温度特性

2.6 典型的基本运算放大电路

2.6.1 反相输入比例放大电路

2.6.2 同相输入比例运算放大电路

2.6.3 加法电路

2.6.4 减法电路

2.7 微处理器外围电路

2.7.1 冷端温度动态补偿

2.7.2 放大电路

2.7.3 声光报警电路

2.7.4 UART通信接口

2.7.5 输出控制电路

2.7.6 按键电路

2.8 本章小结

第三章 电加热炉系统的软件设计

3.1 软件设计的总体概述

3.2 应用程序设计

3.2.1 A/D转换

3.2.2 热电偶的非线性矫正

3.2.3 模糊控制

3.3μC/OS-Ⅱ操作系统

3.3.1 μC/OS-Ⅱ的任务调度

3.3.2 μC/OS-Ⅱ内核结构

3.3.3 μC/OS-Ⅱ移植条件

3.3.4 μC/OS-Ⅱ的移植工作

3.3.5 μC/OS-Ⅱ的代码结构

3.4 FL2440开发板实验

3.5 本章小结

第四章 基于模糊控制理论的温度控制器设计

4.1 模糊数学的基本概念

4.1.1 模糊集合

4.1.2 模糊集合的表示方法

4.1.3 隶属度函数

4.1.4 模糊语言和条件语句

4.1.5 模糊推理

4.2 模糊控制系统

4.2.1 模糊化接口

4.2.2 知识库

4.2.3 推理机

4.2.4 解模糊接口

4.3 模糊控制器的设计

4.4 模糊控制算法的实现

4.4.1 模糊变量的语言描述和隶属函数

4.4.2 模糊控制规则

4.4.3 波序控制

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的学术论文