基于FPGA的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)
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2．3 FPGA設(shè)計(jì)
FPGA是該溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，在FPGA中實(shí)現(xiàn)加熱制冷切換控制模塊以及A／D采樣模塊2個(gè)核心部分，在加熱制冷控制切換模塊中，采用2個(gè)繼電器控制半導(dǎo)體控制制冷片兩端電壓極性，A／D采樣模塊采用狀態(tài)機(jī)控制A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)放大器OPA277的采樣過(guò)程。具體電路如圖4所示。由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，溫度讀數(shù)精度可以達(dá)到0．1℃，同時(shí)設(shè)定的溫度讀數(shù)和最終結(jié)果最大偏離為1．1℃，說(shuō)明該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)精度較高。同時(shí)通過(guò)第2組數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)溫差大于15℃時(shí)達(dá)到指定溫度所需的時(shí)間只要148 s，說(shuō)明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)平衡溫度時(shí)間較短。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162852.htm
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)充分利用了FPGA的強(qiáng)大功能，將LCD接口電路，鍵盤接口電路，信號(hào)串并行轉(zhuǎn)換電路，以及DDS信號(hào)發(fā)生器全部構(gòu)建在內(nèi)部，使得硬件連接簡(jiǎn)單明了，外部硬件只有2個(gè)模塊：溫度信號(hào)采集轉(zhuǎn)換模塊和制冷片驅(qū)動(dòng)模塊。由于外設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)試時(shí)候相當(dāng)方便，同時(shí)可以方便修改FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)一步修改和擴(kuò)展，使得系統(tǒng)功能更強(qiáng)大，應(yīng)用范圍更廣泛。圖5為該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程。
4 測(cè)試數(shù)據(jù)與分析
考慮到外部環(huán)境的變化會(huì)對(duì)系統(tǒng)調(diào)溫造成一定干擾，因此將裝置放在裝有空調(diào)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)為了精確測(cè)定木盒內(nèi)部溫度，以便選擇相應(yīng)的PID控制系數(shù)，選用高精度的數(shù)字溫度計(jì)同時(shí)對(duì)盒內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。表1給出了實(shí)際測(cè)試的比較結(jié)果。
5 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于控制算法。PID結(jié)合擬合分段算法必須盡量減少其他因素的影響，精確確立相應(yīng)的PID參數(shù)。而硬件設(shè)計(jì)應(yīng)選用高精度高速器件，以獲得足夠快的速度與足夠高的精度，絕熱和散熱是設(shè)計(jì)成功的決定因素。木盒絕熱性差，盒內(nèi)溫度受到外界影響大，只有絕熱好，溫度變化才能理想。此外，制冷片熱端的散熱對(duì)系統(tǒng)也有很大影響。系統(tǒng)測(cè)量的誤差來(lái)源主要是溫度傳感器在測(cè)量溫度時(shí)存在非線性誤差，前級(jí)放大電路引入新的干擾，A／D采樣時(shí)帶來(lái)的量化誤差等。另外，由于后級(jí)功率控制電路中的光電耦合開(kāi)關(guān)具有一定的功率損耗，導(dǎo)致控制加熱或升溫時(shí)間內(nèi)達(dá)不到設(shè)定的功率，以致溫度調(diào)節(jié)存在誤差。
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評(píng)論