中心議題:

• 基於DSP與數字溫度傳感器的溫度控製係統
• 溫度控製軟件的設計

解決方案:

• 采用外部供電方式

• 采用連續增計數模式

0 引言

20世紀60年代以來，數字信號處理器(Digital Signal Processing，DSP)伴ban隨sui著zhe計ji算suan機ji和he通tong信xin技ji術shu得de到dao飛fei速su發fa展zhan
，應ying用yong領ling域yu也ye越yue來lai越yue廣guang泛fan。在zai溫wen度du控kong製zhi方fang麵mian，尤you其qi是shi固gu體ti激ji光guang器qi的de溫wen度du控kong製zhi
，受shou其qi工gong作zuo環huan境jing和he條tiao件jian的de影ying響xiang
，溫wen度du的de精jing度du要yao求qiu比bi較jiao嚴yan格ge，之zhi前qian國guo內nei外wai關guan於yu溫wen度du控kong製zhi基ji本ben上shang都dou采cai用yong溫wen度du敏min感gan電dian阻zu來lai測ce量liang溫wen度du
，然ran後hou用yong風feng冷leng或huo者zhe水shui冷leng方fang式shi來lai達da到dao溫wen度du控kong製zhi效xiao果guo，精jing度du不bu夠gou且qie體ti積ji大da。本文基於DSP芯片TMS320F2812與數字溫度傳感器DSl8B20設計出一個溫度測量係統，根據測量所得的溫度與設定的參量，並利用模糊PID算法計算出控製量，利用該控製量調節由DSP事件管理器產生PWM波的占空比，並作用於半導體製冷器
，以達到溫度控製效果
，實現控製精度高，體積小的溫度控製係統。

1 係統硬件組成

1．1 DSl8820功能結構與使用

DSl8820是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器
，具有3引腳T0-92小體積封裝形式
；溫度測量範圍為-55～+125℃
；可編程為9～12位A／D轉換精度
，測溫分辨率可達0．0625℃
；CPU隻需一根埠線就能與諸多DSl8B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DSl8B20非常適合用於遠距離多點溫度檢測係統中。  
DSl8B20的管腳排列如圖1所示。DQ為數字信號輸入／輸出端；GND為接地；VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。DS-l8B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進製補碼讀數形式提供，以O．0625℃／LSB形式表達
，其中S為符號位。例如+125℃的數字輸出為07DOH，+25．0625℃的數字輸出為0191H，-25．0625℃的數字輸出為FF6FH
，-55℃的數字輸出為FC90H。
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1．2 DSP介紹

這裏所用DSP為TMS320，它是美國TI公司新推出的低價位、高性能的16位定點DSP，是專為控製應用係統而設計的，其主頻可達150 MHz
，本係統中所用晶振為45 MHz，片內集成了外圍設備接口，主要起控製和計算作用。

1．3 半導體製冷器簡介

bandaotizhilengqishigenjupaertiexiaoyingzhichengde，youliangzhongbutongjinshuzuchengyiduiredianou
，dangredianoumairuzhiliudianliuhouyinzhiliudiantongrudefangxiangbutong，jiangzairedianoujiedianchuchanshengxirehefangrexianxiang。zhilengqijiegourutu2所示。  
把一個N型和P型半導體的粒子用金屬連接片焊接成一個電偶對。當直流電流從N極流向P極時，上端產生吸熱現象，此端稱冷端，下端產生放熱現象，此端稱熱端，如果電流方向反過來
，則冷熱端相互轉換。

1．4 硬件連接

DSl8B20與DSP連接主要有兩種方式：寄生電源方式和外部供電方式。本文采用外部供電方式，其中18B20的DQ口與F2812的GPIOA0口連接，具體連接如圖3所示。

2 溫度測量

要進行溫度控製，首先要測量所控製目標的溫度值，在本係統中，具體使用數字溫度傳感器DSl8B20與DSP結合，並利用CCS編寫程序，本係統開發平台為CCS 2．2，前期安裝及芯片設置在此省略
，程序流程如圖4所示。

DSl8B20的控製包括三種時序：複位、寫時序、讀時序。
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複位：主機總線在t0時刻發送一個複位脈衝(最短為480μs的低電平信號)

，接著在t1時刻釋放總線並進入接收狀態

；DS1820在檢測到總線的上升沿之後等待15～60μs
，接著在t2時刻發出存在脈衝(低電平持續60～240μs)。

寫時序：對於DSl8B20的寫時序分為寫O時序和寫1時序兩個過程。寫O時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時
，總線要被拉低至少60 μs，保證DSl8B20能夠在15～45μs之間正確地采樣I／O總線上的“O”電平
，當要寫1時序時
，單總線被拉低之後，在15μs之內就得釋放單總線。寫數據持續時間應大於60μs且小於120μs，兩次寫操作時間間隔要大於1μs。

讀時序：對於DSl8B20的讀時序同樣分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對於DSl8B20的讀時序是從DSP把單總線拉低之後，在15 s之內就得釋放單總線
，以便讓DSl8B20把數據傳輸到單總線上。DSl8B20在完成一個讀時序過程，至少需要60μs才能完成。

需要注意的是，在程序編寫時不管是複位，還是讀寫

，都要注意配置GPIOA0端口的狀態(輸入或輸出)，同時時序非常重要，本文中的延時都是經過多次測試後總結出來的，根據DSP芯片的晶振不同

，延時程序都會改變，否則DSl8B20不會正常工作。

3 溫度控製

3．1 脈寬調製PWM輸出

TMS320的事件管理模塊總共能輸出16路PWM信號，文中僅需要輸出一路占空比可調的PWM信號，並設計從PWMl引腳輸出該方波信號。文中選用通用定時器1(T1)作為時基
；全比較單元1保存調製值
；計數方式采用連續增計數模式。PWM占空比值與T1的三角波數據比較

，輸出PWM信號控製半導體製冷片工作。各寄存器設置如下(高速外設時鍾為22．5 MHz)：  
文中設計的PWM周期為 1．825 ms，TMS320F2812的計數器記數範圍為0～5DC。因此當係統裝入CMPRl寄存器的值為0或5DCH時，輸出恒為高電平或低電平。現以向CMPRl寫入1 500為例，PWMl引腳的輸出周期為1．825 ms的方波。 3．2 溫度控製軟件設計

根據前麵敘述，用DSl8B20讀取溫度采樣值
，再通過參數自整定的Fuzzy-PID算法對數據進行處理：根據E和Ec的狀況
，由模糊控製規律再通過模糊表推導出△KP
，KI

，KD，根據式(1)計算出KP，KI，KD的大小

，再計算出U的初值和△U，由式(2)實時計算控製量U。通過參數轉換
，將U轉換為PWM參數，修改EvaRegs．CMPRl的數值
，改變PWM的占空比，從而控製TEC的製冷／製熱功率。

 
3．3 實驗結果

完成以上程序編寫後，首先利用仿真器進行溫度測量模擬
，在標準溫度計所得室溫為31．2℃時

，在CCS軟件中利用快速觀測窗口檢測到的溫度值為31．187 5℃。通過實驗證明，在外界溫度為31℃，采用默認設置(穩定溫度為25℃)時，該溫度控製係統能使被控物體的溫度穩定在25℃，溫度穩定時間小於100s，精度可達到O．1℃以下，達到了工業控製要求。

4 結語

利用DSP的高速處理能力，結合DSl8B20精準的溫度讀取能力，以及利用CCS開發出溫度控製係統。該溫度控製係統中應用了Fuzzy-PID算法。設計目標是：zaitongyangdekongzhijingdutiaojianxia，shixitongdeguodushijianjichaotiaoliangjinkenengjianxiao

，yigaishankongzhixiaoguo。caiyongfuhekongzhi
，shixitongnengyouxiaoyizhichunzhihoudeyingxiang，dangcanshubianhuajiaodayijiyouganraoshi，rengnengqudejiaohaodekongzhixiaoguo。