o導(dǎo)言自20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理得到了迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。在溫度控制方面，特別是固態(tài)激光器的溫度控制，由于其工作環(huán)境和條件的影響，溫度的精度相對(duì)較高。以前，國內(nèi)外基本上都是用熱敏電阻來測量溫度，然后用風(fēng)冷或水冷來達(dá)到溫度控制的效果。精度不夠，體積大。設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信號(hào)處理器芯片TMS320F2812和數(shù)字溫度傳感器DSl8B20的溫度測量系統(tǒng)。根據(jù)測得的溫度和設(shè)定的參數(shù)，采用模糊PID算法計(jì)算控制量，調(diào)節(jié)DSP事件管理器產(chǎn)生的PWM波占空比，作用于半導(dǎo)體制冷器，達(dá)到溫度控制效果，實(shí)現(xiàn)控制精度高、體積小的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件組成1.1 DSL 8820的功能結(jié)構(gòu)和使用DSl8820是一款由DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，采用3引腳T0-92小體積封裝。溫度測量范圍為-55 125；可編程為9 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625；中央處理器只需要一條端口線就可以與多個(gè)DSl8B20通信，占用的微處理器端口較少，節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。上述特性使DSl8B20非常適合用于遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。DSl8B20的引腳排列如圖1所示。DQ是數(shù)字信號(hào)輸入/輸出終端；GND被禁足了；VDD是外部電源的輸入(在寄生電源連接模式下接地)。DS-l8B20中的溫度傳感器可以完成溫度測量，以16位符號(hào)擴(kuò)展二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)的形式提供，以o 0625/LSB的形式表示，其中s是符號(hào)位。例如，125時(shí)的數(shù)字輸出為07DOH，25.0625時(shí)的數(shù)字輸出為0191H，25.0625時(shí)的數(shù)字輸出為FF6FH，55時(shí)的數(shù)字輸出為FC90H。1.2 DSP簡介這里使用的數(shù)字信號(hào)處理器是TMS320F2812，它是美國TI公司新推出的一種低成本、高性能的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。它是專門為控制應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。它的主頻可以達(dá)到150兆赫。該系統(tǒng)中使用的晶體振蕩器為45 MHz。外圍設(shè)備接口集成在芯片上，主要起到控制和計(jì)算的作用。1.3半導(dǎo)體冰箱介紹半導(dǎo)體制冷器是根據(jù)珀?duì)柼?yīng)制造的，由一對(duì)由兩種不同金屬制成的熱電偶組成。當(dāng)熱電偶進(jìn)入直流電時(shí)，直流電會(huì)以不同的方向進(jìn)入，導(dǎo)致熱電偶接點(diǎn)吸熱和放熱。冰箱結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過使用金屬連接件將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的顆粒焊接成電耦合器。當(dāng)直流電從北極流向南極時(shí)，上端產(chǎn)生吸熱，這一端稱為冷端，下端產(chǎn)生放熱，這一端稱為熱端。如果電流方向相反，冷端和熱端會(huì)相互切換。1.4硬件連接連接DSl8B20和DSP的主要方式有兩種：寄生電源模式和外部電源模式。本論文采用外部供電方式，DQ端口18B20與GPIOA0端口F2812相連，具體連接如圖3所示。測溫為了進(jìn)行溫度控制，必須首先測量受控目標(biāo)的溫度值。在該系統(tǒng)中，數(shù)字溫度傳感器DSl8B20專門與數(shù)字信號(hào)處理器結(jié)合使用，CCS用于編寫程序。該系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)是CCS 2.2。這里省略了初步安裝和芯片設(shè)置。程序流程如圖4所示。DSl8B20的控制包括三個(gè)時(shí)序：復(fù)位、寫時(shí)序和讀時(shí)序。復(fù)位：主機(jī)總線在時(shí)間t0發(fā)送復(fù)位脈沖(最低480s的低電平信號(hào))，然后釋放總線并在時(shí)間t1進(jìn)入接收狀態(tài)；DS1820在檢測到總線的上升沿后等待15 60 s，然后在t2發(fā)射一個(gè)存在脈沖(低電平持續(xù)60 240 s)。寫時(shí)序：DSl8B20的寫時(shí)序分為兩個(gè)過程：寫o時(shí)序和寫1時(shí)序。寫定時(shí)和寫1定時(shí)的要求讀取時(shí)序：DSl8B20的讀取時(shí)序也分為兩個(gè)過程：讀取0時(shí)序和讀取1時(shí)序。ds18b 20的讀取時(shí)序是在DSP拉低單個(gè)總線后15秒內(nèi)釋放單個(gè)總線，以便ds18b 20可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾蝹€(gè)總線。DSLAM 8B20至少需要60s來完成讀取時(shí)序過程。應(yīng)注意，在編程期間，無論是復(fù)位還是讀/寫，都應(yīng)配置GPIOA0端口的狀態(tài)(輸入或輸出)。同時(shí)，時(shí)機(jī)非常重要。本文中的延遲是經(jīng)過多次測試后總結(jié)出來的。延遲程序?qū)⒏鶕?jù)DSP芯片的晶振而改變，否則DSl8B20將無法正常工作。3溫度控制3.1脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制輸出TMS320F2812的事件管理模塊可以輸出總共16個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)。本文只需要輸出一個(gè)占空比可調(diào)的脈寬調(diào)制信號(hào)，方波信號(hào)設(shè)計(jì)為從脈寬調(diào)制引腳輸出。本文選擇通用定時(shí)器1(T1)作為時(shí)基。全比較單元1存儲(chǔ)調(diào)制值；計(jì)數(shù)方式采用連續(xù)計(jì)數(shù)方式。將脈寬調(diào)制占空比值與T1的三角波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并且輸出脈寬調(diào)制信號(hào)以控制半導(dǎo)體制冷器的操作。每個(gè)寄存器設(shè)置如下(高速外設(shè)時(shí)鐘為22.5 MHz):本文設(shè)計(jì)的脈寬調(diào)制周期為1.825 ms，計(jì)數(shù)范圍為0 5 DC。因此，當(dāng)系統(tǒng)將CMPRl寄存器的值加載為0或5DCH時(shí)，輸出始終為高或低。以向CMPRl寫入1，500為例，PWMl引腳的輸出周期為1.825 ms的方波3.2溫度控制軟件的設(shè)計(jì)根據(jù)前面的描述，用DSl8B20讀取溫度樣本值，然后用帶自整定參數(shù)的模糊-PID算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：根據(jù)e和Ec的條件，從模糊控制規(guī)則和模糊表中導(dǎo)出KP、KI和KD，根據(jù)公式(1)計(jì)算KP、KI和KD的大小，計(jì)算u和u的初始值，根據(jù)公式(2)實(shí)時(shí)計(jì)算控制量u。通過參數(shù)轉(zhuǎn)換，u被轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制參數(shù)，即有效值。改變脈寬調(diào)制的占空比，從而控制熱電制冷器的制冷/制熱功率。程序流程圖如圖5所示。3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫完上述程序后，模擬器首先用來模擬溫度測量。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測得的室溫為31.2時(shí)，CCS軟件快速觀察窗測得的溫度值為31.1875。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)外部溫度為31，默認(rèn)設(shè)置(穩(wěn)定溫度為25)時(shí)，溫控系統(tǒng)可將被控對(duì)象的溫度穩(wěn)定在25，溫度穩(wěn)定時(shí)間小于100秒，精度可達(dá)到0.1以下，滿足工業(yè)控制要求。結(jié)論利用DSP的高速處理能力，結(jié)合DSl8B20的精確溫度讀