基于DSP與數字溫度傳感器的溫度控制系統

2 溫度測量
要進(jìn)行溫度控制，首先要測量所控制目標的溫度值，在本系統中，具體使用數字溫度傳感器DSl8B20與DSP結合，并利用CCS編寫(xiě)程序，本系統開(kāi)發(fā)平臺為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的控制包括三種時(shí)序：復位、寫(xiě)時(shí)序、讀時(shí)序。
復位：主機總線(xiàn)在t0時(shí)刻發(fā)送一個(gè)復位脈沖(最短為480μs的低電平信號)，接著(zhù)在t1時(shí)刻釋放總線(xiàn)并進(jìn)入接收狀態(tài)；DS1820在檢測到總線(xiàn)的上升沿之后等待15～60μs，接著(zhù)在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續60～240μs)。
寫(xiě)時(shí)序：對于DSl8B20的寫(xiě)時(shí)序分為寫(xiě)O時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。寫(xiě)O時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序的要求不同，當要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)，總線(xiàn)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(xiàn)上的“O”電平，當要寫(xiě)1時(shí)序時(shí)，單總線(xiàn)被拉低之后，在15μs之內就得釋放單總線(xiàn)。寫(xiě)數據持續時(shí)間應大于60μs且小于120μs，兩次寫(xiě)操作時(shí)間間隔要大于1μs。
讀時(shí)序：對于DSl8B20的讀時(shí)序同樣分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。對于DSl8B20的讀時(shí)序是從DSP把單總線(xiàn)拉低之后，在15 s之內就得釋放單總線(xiàn)，以便讓DSl8B20把數據傳輸到單總線(xiàn)上。DSl8B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60μs才能完成。
需要注意的是，在程序編寫(xiě)時(shí)不管是復位，還是讀寫(xiě)，都要注意配置GPIOA0端口的狀態(tài)(輸入或輸出)，同時(shí)時(shí)序非常重要，本文中的延時(shí)都是經(jīng)過(guò)多次測試后總結出來(lái)的，根據DSP芯片的晶振不同，延時(shí)程序都會(huì )改變，否則DSl8B20不會(huì )正常工作。

3 溫度控制
3．1 脈寬調制PWM輸出
TMS320F2812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，并設計從PWMl引腳輸出該方波信號。文中選用通用定時(shí)器1(T1)作為時(shí)基；全比較單元1保存調制值；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信號控制半導體制冷片工作。各寄存器設置如下(高速外設時(shí)鐘為22．5 MHz)：

文中設計的PWM周期為 1．825 ms，TMS320F2812的計數器記數范圍為0～5DC。因此當系統裝入CMPRl寄存器的值為0或5DCH時(shí)，輸出恒為高電平或低電平?，F以向CMPRl寫(xiě)入1 500為例，PWMl引腳的輸出周期為1．825 ms的方波。
3．2 溫度控制軟件設計
根據前面敘述，用DSl8B20讀取溫度采樣值，再通過(guò)參數自整定的Fuzzy-PID算法對數據進(jìn)行處理：根據E和Ec的狀況，由模糊控制規律再通過(guò)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(shí)時(shí)計算控制量U。通過(guò)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，從而控制TEC的制冷／制熱功率。