[优秀毕业设计精品] 基于ARM的多功能锅炉监测系统设计

1、 引 言 锅炉是工业生产和居民生活广泛应用的供热装置。随着社会的发展，用应越来越广泛，同时随着能源的日益紧缺，能源的充分利用及节省越来越得到重视，锅炉微计算机控制系统也得到进一步发展。 锅炉微控制系统是微处理器软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，用微机进行控制对于锅炉节能有重要意义。 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。 锅炉检测也是控制系统中一个重要方面，它对锅炉的温度、压力、水位、流量、物质的性质等进行检测，为控制系统采集数据，是控制系统的基础，是不可缺少的

2、一部分。 arm（adanced risc machines），是一个公司名字，也是一种处理器的通称，还可以认为是一种技术名字。 1991年arm公司成立于英国cambridge，主要销售晶片设计技术的授权。目前，采用arm技术知识产权（ip）核的微处理器，即我们通常说的arm微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于arm技术的微处理器应用占据了32位risc微处理器75%以上的市场份额，arm技术正在逐步渗入到我们生活的各方面。主要表现在如下方面： 1、工业控制领域：作为 32 的 risc 架构，基于 arm 核的微控制器芯片不但占据了高端

3、微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展。 2、无线通讯领域：目前已有超过 85% 的无线通讯设备采用了 arm 技术， arm 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、消费类电子产品：arm 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 4、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 arm 技术。手机中的32位 sim 智能卡也采用了arm 技术。 除此以外，arm微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。 同时随着锅炉的工艺不断提高，性能不断改善，其对锅炉控制系统的设计要求也越来越高。与此同

4、时，对锅炉的检测也有更高的要求，其主要表现在检测的参数越来越多、精度要求更高、速度要求更快，本系统采用arm9微处理器，最高工作频率可达到266mhz、有100多个通用i/o口、自带10位a/d、d/a转换器等，能充分满足此系统要求。1 系统设计1.1 设计要求 本设计制作一个基于arm的锅炉检测系统，能检测锅炉的各项参数信息，并能实时显示锅炉的各项参数及运行状态，并能对相关数据进行存储等功能。 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、省煤器、构架和炉墙等主要部件构成锅炉的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。 炉膛又称燃烧室，是供燃

5、料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。 锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，加热后并向过热器输送的圆筒形容器,主要功能是储水。 本系统采用的锅炉型号是dzw0.35，其基本参数如表1.1所示： 表1.1 dzw0.35参数名 称单 位参 数额定供热量mw0.35工作压力mpa0.7供水温度95回水温度70

6、锅炉运输最大运输尺寸(长宽高)m3.842.082.6锅炉安装外形尺寸(长宽高)m3.842.082.6系统实现功能：（1）能检测锅炉给水和回水的温度和锅炉内部压力； 温度分辨率为0.5度，压力分辨率为0.001mpa； （2）显示功能：显示时间、锅炉给水和回水的温度、内部压力等信息； （3）能现场设定系统时间、锅炉给水和回水温度、压力的上/下限报警值功能； （4）存储功能：能存储系统运行进程中，锅炉的运行状态信息； （5）报警功能：当锅炉工作状态不正常时，能发出声光报警。1.2 系统总体方案设计 根据题目要求，此系统的总体设计框图如图1.1所示。图1.1 总体设计方框图 本系统主要如下基本模

7、块组成：控制器模块、温度检测模块、压力检测模块、报警模块、显示模块和数据存储模块。温度检测模块对锅炉的给水和回水温度进行检测；压力检测模块对锅炉内部压力进行检测；报警模块，当锅炉的温度、压力超出设定的范围时，发出声光报警信号；显示模块主要用于显示系统时间、锅炉运行状态、温度、压力等信息；控制器模块对锅炉的给水和回水温度、内部压力进行检测及处理，控制液晶显示器显示相关数据及控制声光报警等功能；输入模块采用44矩阵式键盘能现场设定锅炉给水和回水温度、内部压力的上/下限值及修改系统时间等功能。1.3基本模块方案选择与论证1.3.1处理器的选择与论证 方案一：采用atmel公司的at89s52单片机作

8、为系统的控制器。at89s52 有40个引脚、32个独立的i/o口、二个外部中断、三个定时/计数器、看门狗功能。单片机的算术运算功能强、软件编程灵活、可用软件较简单地实现各种算法和逻辑控制，并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，被广泛使用。且技术比较成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富。但采用atmel公司的at89s52单片机，运行速度相对来说比较慢，限制了对锅炉相关参数检测的速度，不能及时地反应锅炉的运行状态，此外采用单片机还需要外接a/d转换芯片对温度、压力传感器输出的模拟信号进行转换，增加了系统硬件设计的难度。 方案二：采用32位arm9处理器 s3c2410。s3c2

9、410 采用了arm920t 的内核，0.13um的cmos 标准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构advanced micro controller bus architecture (amba)。 s3c2410 的杰出的特点是其核心处理器(cpu)，是一个由 advanced risc machines 有限公司设计的16/32 位 arm920t 的 risc 处理器。arm920t 实现了mmu，amba bus 和 harvard 高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16kb 指令 cache 和 16kb

10、 数据 cache。每个都是由具有 8 字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，s3c2410 减少整体系统成本和无需配置额外的组件。s3c2410 采用1.2v 内核供电，1.8v/2.5v/3.3v 存储器供电，3.3v 外部i/o口供电，具备16kb 的 i-cache 和 16kbdcache/mmu 微处理器，内部集成lcd 控制器（最大支持4k 色 stn 和256k 色 tft）提供1通道 lcd 专用 dma；4通道 dma 并有外部请求引脚；3通道 uart(irda1.0, 64 字节 tx fifo 和64 字节 rx fifo)；4 通道pwm 定时器和1通道内部

11、定时器/看门狗定时器；8通道10比特adc 和触摸屏接口，具有日历功能的rtc；130个通用i/o口和24通道外部中断源；具有普通，慢速，空闲和掉电四种工作模式；具有pll 片上时钟发生器。 基于题目要求和上述分析，此系统采用arm9 微处理器s3c2410。1.3.2 显示屏的选择与论证 lcd为英文liquid crystal display的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。随着科技的发展，液晶显示模块的应用前

12、景将更加广阔。 方案一：采用液晶显示器rt12864m。 采用汉字图形点阵液晶显示器rt12864m显示方案，rt12864m汉字图形点阵液晶显示模块，可显示黑白汉字及图形。一次能同时显示32个汉字或64个字符，供电电源为3.3v+5v(内置升压电路，无需负压)，能采用并行和串行两种通信方式。并有光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等功能。 方案二：采用nec 3.5寸真彩色显示屏。 nec 3.5寸真彩色显示屏 nl2432hc22-40a，不但可通过增加背光数量以及穿透荧屏反射来增强亮度，而且这种半反射式技术提供的亮度将超越其他任何类似的液晶面板，在户内外明亮条件下也可显示“清晰生动”

13、的色彩。 nl2432hc22-40a 液晶显示屏被用于pda 或便携gps 终端等手持设备。亮度可达到220cdpm2，比目前市面上的“半穿透”式液晶屏提高130%。新型液晶面板拥有150：1的对比率，15%的反射率标准也两倍于现在手持设备所使用的液晶面板。另外nec采用了其称之为“超级反射自然光线 tft”技术将提供高于现存3.5英寸液晶面板10%的亮度，而且还增加了dc电源变流器和时间控制器，以减少设备成本。由于s3c2410控制器自带液晶驱动模块，因此本系统采用nec 3.5寸液晶显示器方案。1.3.3 温度传感器的选择与论证 根据系统要求，锅炉给水和回水温度的额定工作温度分别为95和

14、70，根据仪表使用要求，仪表测量的上限值要比测量值高出1/3左右，因此测量给水温度的传感器测量上限值需大于140，测量回水温度的传感器测量上限值需大于105。此外，本系统是测量液体水的温度，所以选择温度检测传感器时还要考虑其是否具有防水性。 图1.1 ds18b20 外观图表1.2 ds18b20引脚功能序号符号功能1gnd地2dq数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路3vdd电源方案一：采用防水型温度传感器 ds18b20。 防水型温度传感器 ds18b20 采用3脚pr35封装，其外观图及引脚功能分别如图1.2、表1.2所示。ds18b20有独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条

15、口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯，使用中不需要任何外围元件。可用数据线供电，电压范围：3.05.5 v。测温范围：-55125 。固有测温分辨率为0.5 。通过编程可实现912位的数字读数方式。用户可自设定非易失性的报警上下限值。此外ds18b20还有负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作，其内部结构框图如图1.3所示。d0 vcc 温度传感器 上限触发th 下限触发th 存储器和控制信息量 暂存器 8位crc产生器具 64位rom和单线端 口 dq vccc 图1.3 ds18b20内部结构框图ds1820 有三个主要数字部件：1、64 位激光rom，

16、用于存储检测的温度值及相关命令；2、温度传感器，芯片的核心部件，用于检测温度，其工作原理如图1.4所示；3、非易失性温度报警触发器th 和tl，当温度超过此范围，能提示报警，th 和tl的值可通过命令设置。ds18b20测温原理：用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又

17、开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。图1.4 ds18b20 测量工作原理图 斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨率。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨率，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。ds1820 内部对此计算的结果可提供0.5的分辨率。温度以16bit 带符号位扩展的二进制补码形式读出，数据通过单线接口以串行方式传输。ds1820 测温范围 -55+125，以0.5递增。 此外，可用下述方法获得更高的分辨率。首先，读取温度值，将0.5位（lsb）从读取的值中截去，这个值叫做t

18、emp_read。然后读取计数器中剩余的值，这个值是门周期结束后保留下来的值（count_remain）。最后，我们用到在这个温度下每度的计数值（count_per_c），公式计算如下：。 方案二：采用pt100温度传感器 pt100温度传感器是一种以白金（pt）制作成的电阻式温度检测器，它是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等，被广泛用于中温(-200650)范围的温度测量中。 pt100测温原理就是运用欧姆定理：，r热电阻元件的阻值，i通过该热电阻的电流，u通过热电阻电流后产生的电压。由于电流通过有阻值的热电阻后会产生热量的特

19、性，为了避免热量产生的误差，i 尽量不要大于1ma，如果 i 太大可能产生较大的误差。 常用的pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将pt100的两侧相等的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。 基于以上分析及题目要求，本系统回水温度检测采用 ds18b20，给水温度检测采用 pt100温度传感器。1.3.4压力传感器的选择与论证 根据题目要求，压力检测传感器的最小分辨率要小于0.001mpa，传感器的最大测量值要大于1.05mpa。表1.3 ppm202的参数测量介质液体、气体、蒸汽等与316l不锈钢、

20、氧化铝陶瓷兼容的介质压力类型表压、绝压、负压可选量程020kpa供电范围1236vdc信号输出05vdc精度0.2fs、0.5%fs；1.0%fs (包括非线性、重复型、迟滞)温度误差0.15%fs/10(-20+70)；0.2%fs/10(-20-30)稳定性误差0.5%fs/年环境温度-30+70工作介质温度-40+80贮存温度-40+85防护等级ip65或ip68接口及壳体不锈钢1cr18ni9ti传感器膜片96%氧化铝陶瓷、316不锈钢密封件氟橡胶 方案一：采用ppm202型微压压力变送器，ppm202型微压压力传感器是专门针对微小压力测量领域的应用而开发的一种压力测量产品。选用高性能

21、进口传感器，采用一体化不锈钢全密封结构、体积小、抗过载能力强、稳定性高、耐腐蚀性好、性能可靠，适合需要对流体微小压力进行检测和控制的领域。提供表压、绝压和负压三种形式，广泛应用于气象水文勘探石油、化工、电厂、矿山、城市供水和等行业，需要对现场微小压力进行检测和控制的领域。其性能指示如表1.3所示。方案二：采用ppm211b2压力传感器。 ppm211b2 用于各种腐蚀性较弱的液体、气体、蒸汽的压力测量。其外观如图1.5所示。图1.5 ppm211b2 外观图 表1.4 ppm211b2性能指标测量范围（高压）-0.13.4mpa、02.0mpa、03.0mpa,最高20 mpa测量范围（低压）

22、-0.051.0mpa、01.0mpa、01.6mpa允许压力过载满量程的2倍精度0.5%fs 1.0%fs (包括非线性、迟滞和重复性)输出信号两线420ma 、三线0.54.5vdc（5vdc供电、）三线05vdc电源电压1036vdc工作温度范围-40125补偿温度范围-25100温度对零点的影响0.015%fs/温度对满量程的影响0.025%fs/绝缘1000m/100v接触介质材料17-4ph不锈钢膜片或陶瓷，1cr18ni9ti不锈钢引压接头外壳防护等级ip65湿度95%rh引压连接方式7/16unf或1/4npt连线方式连接插头 ppm211b2采用前端顶针内螺纹特殊设计，全封焊

23、结构、抗强干扰电路设计、防雷击、数字电路对压力温度补偿，输出模拟信号，从而具有良好的温度性能，抗震性和长期稳定性。零点满量程可调，其性能指标如表1.4所示。此外，ppm211b2还有体积小，安装方便，接线简单的特点，只需三根线，一根地线，一根电源线和一根信号线，输出0.54.5vdc电压。 根据题目要求，压力传感器要安装锅炉的内部，因为考虑到锅炉的给水温度较高，额定值为95，但ppm202的工作温度范围为-40+80，所示不能满足此系统要求，因此本系统压力检测采用耐高温的压力传感器ppm211b2，工作温度可高至125度，适应环境要求。1.3.5 存储器的选择与论证 本系统中采用flash存储

24、器，用于保存系统运行过程中采集的数据及存储系统文件。目前使用最为广泛的有nand flash 和nor flash，两种存储器的性能比较如下。 nor flash和nand flash是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时nor flash闪存更适合一些。而nand flash则是高数据存储密度的理想解决方案。 nor flash 的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统ram中。nor flash的传输效率很高，在14mb的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 nand

25、 flash 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用nand flash 的困难在于nand flash需要管理和特殊的系统接口。 flash 闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。nand flash器件执行擦除操作是十分简单的，而nor flash则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除nor flash器件时是以64128kb的块进行的，执行一个写入或擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除nand

26、flash器件是以832kb的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。 执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了nor flash和nadn flash之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基于nor flash 的单元中进行。 除此以外，nand flash还有如下几项优点：1、接口简单只需8根数据、地址线和几根控制线，有接口简单的特点；2、体积下、容量大和成本低，由于生产过程简单，nand flash结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，相同容量的nand flash的单元尺寸几乎是nor flash器件的一半，同时价格也较低；3、可靠

27、性高和耐用性强，在nand flash闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而nor flash的擦写次数是十万次。 通过以上分析与比较，由于微处理器s3c2410内部已集成了nand flash接口，考虑到成本，本系统采用nand flash存储器k9f1208。 1.3.6 输入模块选择与论证 方案一：采用44矩阵式键盘，44矩阵式键盘一共有16个按键，也就是说，单键输入时，能产生16个不同的状态，此外，还能采用双键、多键输入方式，产生更多的状态量。 采用44矩阵式键盘，虽然硬件接口电路比ps2键盘复杂，且要占用微处理器较多的i/o口，但它具有操作简单，体积小的优势。 方案一：采用ps2键

28、盘。ps/2 通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过clock（时钟脚）同步，并通过data（数据脚）交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时，只需要把clock（时钟脚）拉到低电平。如果是pc 机和 ps/2 键盘间的通讯，则pc机必须做主机，也就是说，pc 机可以抑制 ps/2 键盘发送数据，而 ps/2 键盘则不会抑制pc机发送数据。一般设备间传输数据的最大时钟频率是33khz，大多数ps/2 设备工作在1020khz。推荐值在15 khz左右，也就是说，clock（时钟脚）高、低电平的持续时间都为40s。每一数据帧含1112个位。 采用ps2 有按键多，稳定性高的特点，但

29、考虑体积，本系统采用 44矩阵式键盘输入方式。2 硬件电路设计及计算2.1存储器电路设计此系统数据存储模块采用64m nand flash存储器k9f1208，其接口电路图和引脚功能如图2.1和表2.1所示。图2.1 k9f1208 接口电路表2.1 芯片引脚功能引脚功能i/o0i/o7数据、地址、命令输入输出端，芯片未选中为高阻态cle命令锁存使能ale地址锁存使能ce芯片选择控制re数据输出控制，有效时数据送到i/o总线上we写i/o口控制，命令地址数据在上升沿锁存wp写保护r/b指示器件的状态，0表忙，1表闲，开漏输出vcc电源端vss地 命令锁存使能(cle)，使输入的命令发送到命令寄

30、存器。当变为高电平时，在we的上升沿，命令通过i/o口锁存到命令寄存器； 地址锁存使能（ale），控制地址输入到片内的地址寄存器中，地址是在we的上升沿被锁存的； 片选使能（ce），用于器件的选择控制。在读操作，ce变为高电平时，器件返回到备用状态，然而，当器件在写操作或擦除操作过程中保持忙状态时，ce的变高将被忽略，不会返回到备用状态； 写使能（ce），用于控制把命令，数据和地址在它的上升沿写入i/o口，而在读操作时，必须保持高电平； 读使用（re），控制把数据放在i/o总线上，在它的下降沿trea时间后数据有效，同时使内部的列地址自动加1； i/o端口用于命令，地址和数据的输入及读写操作时

31、的数据输出，当芯片未先中时，i/o口为高阻态； 写保护（wp），禁止写操作和擦除操作，当它有效时，内部的高压生成器将会复位； 准备/忙态（r/b），反映当前器件的状态。低电平时，表示写操作、擦除操作以或读操作正在进行中，当它变为高电平时，表示这些操作已经完成。采用了开漏输出结构，在芯片未选中时保持高阻态。 k9f1208的存储器内部结构如图2.2所示 行地址 寄存器 列地址 寄存器 命令 寄存器 控制逻辑高压发生器512m+16m bit nand flash存储空间(512+16)byte131072(512+16)byte324096页地址寄存器+页指针+列地址寄存器图2.2 k9f120

32、8 内部结构图 k9f1208主要由如下几个部分组成：行地址寄存器、列地址寄存器、命令寄存器、控制逻辑、高压发生器、存储部分、i/o口缓存及锁存寄存器和i/o口驱动。k9f1208一共为64m字节存储空间，分4096个块，每块分32个页，每页为512+16个字节，512字节用于存储数据，分上半页和下半页，另外16个字节用于存储nand flash的状态信息，如块是否是坏道、ecc数据等。行地址寄存器用于存储页地址，一共三字节，列地址寄存器用于存储页内字节单元的地址，一个字节，此外还有一个上半页、下半页及空闲空间地址指针。命令寄存器用于存储相关的命令信息，8位i/0口，用于数据、地址、命令的输入

33、和输出。2.2 液晶显示器电路设计 s3c2410内部自带lcd控制器，它由传送逻辑构成，这种逻辑是把位于系统内存显示缓冲区中lcd视频数据传到外部的lcd驱动器。 lcd控制器支持单色，使用基于时间的抖动算法和帧频控制的方法，可以支持每像素2位（四级灰度）或每像素4 位（16 级灰度）的单色lcd 显示屏。也支持彩色lcd接口，可以是每像素8位（256 种颜色）和每像素12位（4096 种颜色）的stn lcd。支持每像素1位、2位、4位和8位带有调色板的tft 彩色lcd 和每像素16位与24位的无调色板真彩色显示。 根据屏幕的水平与垂直像素数，数据界面的数据宽度，界面时间和自刷新速率，l

34、cd控制器可以编程以支持各种不同要求的显示屏。 s3c2410同nec 3.5寸320240 tft 显示器的接口电路设计及引脚功能如图2.3和表2.2所示。图2.3 nec 3.5寸显示器接口电路表2.2 引脚功能表序号引脚符号功能说明1vd0-vd23lcd 像素数据输出端口2vsync垂直同步信号3vsxnc水平同步信号4vclk像素时钟信号5vden数据使能信号6ledn行结束信号7lcd_pwrenlcd 屏电源控制信号8vcc电源9gnd地 lcd 控制器有一个专用dma，它不断从位于系统内存中的显示缓冲区获取视频数据。其内部结构如图2.4所示。图2.4 s3c2410 内部lcd

35、控制器结构框图 lcd控制器主要由regbank、lcdcdma、vidprcs、timegen 和lpc3600 组成。regbank 有17 个可编程寄存器组和用来配置lcd 控制器的25616 的调色板存储；lcdcdma是一个专用dma，自动传送数据到lcd 驱动器。利用这个专用的dma，视频数据可以在没有cpu的参与下自动显示；vidprcs从lcdcdma 接收视频数据，然后将其转换成适合的数据格式通过数据端口vd23:0发送到lcd 驱动器上，例如4/8 位单扫描或4 位双扫描模式；timegen（脉冲发生器）用来产生lcd 驱动器的控制信号,由可编程逻辑组成，支持各种常见lcd

36、 驱动器的定时与速率界面的不同要求。timegen 模块产生frame、vline、vclk、vm 等信号。2.3 温度检测电路 本系统需要对锅炉的给水和回水的温度进行检测，采用两种温度检测方式，使用温度集成芯片ds18b20对回水温度进行检测，使用pt100对给水温度进行检测。 ds18b20温度检测电路如图2.5所示。图2.5 ds18b20温度检测电路 图2.6 读/写0/1时序图 由于采用单总线数据传输方式，ds18b20的数据均由同一条线完成。因此ds1820需要严格的协议以确保数据的完整性。协议包括几种单线信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1。其写0、写1、读0 和

37、读1 时序如图2.6所示。所有这些信号，除存在脉冲外，都是由总线控制器发出的。同ds1820 间的任何通讯都需要以初始化序列开始，初始化序列见图2.7。一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明ds1820 已经准备好发送和接收数据，后面接rom命令或存储器操作命令，ds18b20的操作命令如表2.3所示。图2.7 ds18b20 初始化复位与存在脉冲时序图 表2.3 ds18b20 命令表操 作协议开始温度转换44h读取暂存器和crc字节beh把字节写入暂存器的地址2 和3（th和tl温度报警触发）4eh把暂存器内容拷贝到非易失性存储器中（仅指地址2和3）48h把非易失性存储器中的值召回暂存器（温度报

38、警触发）b8h标识ds1820的供电模式b4h 给水温度检测采用pt100，本系统采用三线式桥式测温电路，电路设计如图2.8所示。图2.8 三线式桥式测量电路 测温原理：电路采用tl431和电位器vr1调节产生4.096v的参考电源；采用r1、r2、vr2、pt100 构成测量电桥（其中r1r2，vr2为100精密电阻），当pt100 的电阻值和vr2 的电阻值不相等时，电桥输出一个mv 级的压差信号，这个压差信号经过运放lm324 放大后，输出期望大小的电压信号。差动放大电路中r3r4、r5r6、放大倍数r5/r3，a/d1直接接s3c2410的a/d转换接口。 同幅度调整r1和r2的电阻值

39、可以改变电桥输出的压差大小；改变r5/r3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足对温度范围的要求。放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作。vr2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如pt100 的零点温度为0，即0时电阻为100，当电位器阻值调至109.88时，温度的零点就被设定在了25。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变。 电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接vcc，当电网电压波动造成vcc发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以vcc未发生波动时建立的温度电阻表中去查表求值时就不正确

40、了。 由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响。数字化校正则需要在微处理系统中使用，将pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入存储器中，根据电路中实测的ad值以查表方式计算相应温度值。pt100部分温度对应电阻分度表见附录2。2.4 压力检测电路 锅炉内部压力检测采用pm211b2集成压力传感器，其电路设计如图2.9所示。图2.9 压力检测电路 根据仪表参数可知，ppm211b2采用三线制工作方式，地线、电源线和输出信号线，输出信号为0.54.5vdc直流电压，供电电压为15

41、v。此电路中分压电路由一个5k的固定电阻r6和一个10k的电位器r7组成，通过调节电位r7电阻值的大小，从而调节a/d1输出电压的幅度。a/d1直接接微处理器s3c2410的a/d转换接口。 ppm211b2压力传感器结构主要由两部分组成：1、应变片压力检测模块，将压力信号转变为电信号；2、信号放大及效准电路，将压力变化产生的微弱信号进行放大及效准，使其输出与压力成一定线性关系的0-5v电压信号。其结构框图如图2.10所示。图2.10 ppm211b2 内部结构框图 电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为电信号的敏感器件。电阻应变片分金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝

42、状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路。 金属电阻应变片的内部结构示意图如图2.11所示，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以任意设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，使应变片的阻值变化太大，输出

43、零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几千欧左右。 图2.11金属电阻应变片的内部结构 电阻应变片的工作原理，金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值如式2.1所示： (式2.1) 式中：金属导体的电阻率（cm2/m） s导体的截面积（cm2） l导体的长度（m） 当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度

44、减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在应变片两端电压的变化，即可获得应变金属丝的应变情况，从而得到金属丝所受的压力情况。2.5 按键输入电路图2.12 44矩阵式键盘硬件电路此电路由16个按键组成，占用8个i/o口，单键能输入16状态，硬件电路设计如图2.12所示，其按键编码如表2.4所示。表2.4 按键编码 port5port6port7port8port1123设内部压力port2456设定时间port3799确定port4设给水温度 0设回水温度取消 表中“设给水温度”指设定给水温度的上/下限报警值。同理“设回水温度”和“设内部压力”。“设定时间”为修改系统的时间，当设定好时，按“

45、确定”键，保存修改的数据，使修改的数据生效。按“取消”键，则此次修改无效。2.6 电源设计图2.15 15v、5v电源电路设计 s3c2410 采用1.2v 内核供电、3.3v存储器供电、3.3v 外部i/o口供电。此外压力传感器ppm211b2采用15v供电，运算放大器lm224使用5v供电，因此此系统电源电路要设计四个稳压电路，分别为+5v、+1.2v、+3.3v、+15v，设计电路如图2.15、图2.16所示。 j3接20v交流电输入，s2为电源开关，d1为整流桥堆将20v交流电转变为直流电，其中5v、15v稳压源，采用三端稳压芯片lm78l05和lm317。3.3v和1.25v精密电压

46、，采用集成芯片lm117-3.3和max8860，具体使用说明查看芯片手册。图2.16 3.3v、1.25v电源电路设计3 软件设计3.1温度检测子程序 此系统中对锅炉给水和回水温度进行检测，设一个数组，能保存5个整数变量，来保存检温度测的a/d转换值。检测方法，先对锅炉的温度进行5次检测，然后去掉一个最大值和一个最小值，然后再将剩下的三个数取平均值，再经过量化与编码，得到最终的温度值，其设计流程如图3.1所示。通过这种检测算法，增强了系统的抗干扰能力，提高了检测的稳定性和精确度。图3.1 温度检测算法流程图 编码即将采样所得到的数据进行转换，转变为实际值，ds18b20为数字温度传感器，能直

47、接读出温度值，经过公式计算就可得到实际的温度值。但铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，但其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入存储器中，根据电路中实测的a/d值以查表方式计算相应温度值,本系统采用数字化校正方式。将采样所得到的平均值，与表中的数据进行比较，因为数字化校正不可能保存所有温度所对位的电压值，因此只能找到包含此数据的一段空间，再假设此段温度范围内pt的阻值变化同温度变化成线性关系，从而计算得到相应的温度值，其具体温度电阻对应

48、关系见附录2。3.2压力检测子程序 此系统采用pm211b2集成压力传感器对锅炉压力进行检测，其软件设计流程图如图3.2所示。图3.2 压力检测算法流程图3.3 显示子程序 本系统除了显示时间，给水和回水的温度，锅炉压力外，此系统还能显示锅炉的运行状态，当给水和回水的温度及锅炉的压力都在各自设定的范围内，系统显示锅炉运行正常。否则显示锅炉运行不正常，此时并发出声光警报。其设计流程图如图3.3所示。图3.3 显示算法流程图 此设计采用循环显示方式，在主函数中不断循环，由于cpu运行的速度很好，因此就能实时显示锅炉的状态信息和系统时间等。3.4 按键识别子程序 44矩阵式键盘，由16个按键组成，占

49、用8个i/o口，使用时采用定时扫描方式 。扫描算法，先将四个行i/o口赋为高电平，四个列i/o口赋为低电平，再读取四个行i/o口的电平，如都为高电平，则表明没有按键按下，如果不全为高电平，则软件延时2ms，再读行i/o口是否都为高电平，如果是则表明没键按下，如果不是，则表明有按键按下，将行i/o口全赋为高电平，列i/o口的三个赋为高电平，一个赋为低电平，再读行i/o的状态，通过此方式就能方便地读出具体是那个键按下。软件设计流程图如图3.4所示。图3.4 按键读取流程图3.5 总体软件设计 此系统软件设计主要由检测部分、显示部分、存储部分和输入部分组成，系统运行采用不断循环方式。其设计流程图如图

50、3.5所示。 程序初始化包括变量、常量、寄存器、处理器工作模块、堆栈等的初始化；发报警信息，即产生声光报警信号；按键读取函数，软件读取被按下的按键；按键处理函数，对相应的按键进行处理，具体功能见2.5节表2.4；数据存储，对锅炉回水、给水温度和内部压力等数据进行存储。图3.5 总体设计流程图4 结论 本设计是基于arm的多功能锅炉监测系统，能实时地检测锅炉的工作状态，包括锅炉的给水、回水温度及内部压力，此外此系统还有很直观的人机界面，能显示锅炉的给水和回水的温度、内部压力、系统运行时间和上/下限报警值等。此外，当锅炉工作不正常时还能发出声光报警。通过本系统设计掌握了arm9的内部工作原理，了解

51、了温度、压力检测的原理及检测仪表的选择和使用方法。 参考文献1 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计m.北京：北京航空航天大学出版社，20062 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计m.北京：北京航空航天大学出版社，20063 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练m.北京：北京航空航天大学出版社，20064 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训m.北京：北京航空航天大学出版社，20065 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程m.北京：电子工业出版社， 20056 高吉祥.数字系统与自动控制系统设计m. 北京：电子工业出版社, 20077 高吉祥.基本技能训练与单元电路设计m. 北京：

52、电子工业出版社, 20078 王成华.电路与模拟电子学m.北京： 科学出版社 200411 严蔚敏.数据结构m.北京： 清华大学出版社 200412 黄智伟，王彦，陈文光，朱卫华等.全国大学生电子设计竞赛训练教程m.北京： 电子工业出版社 200013 高吉祥.模拟电子技术m.北京：电子工业出版社 200414 李正军.计算机控制系统m.北京： 机械工业出版社 200515 tou, j, t. digital and sampled-data control system. new york: mcgraw-hill company195916 tou , j, t. modern control theory. new york: mcgraw-hill 1964 17 jacquot, r. g. modern digital control systems. marcel: dekker, inc 1981 18 kailath. t. linear system. englewood, ciffs: prentice-hill 198019