基于PC104總線的嵌入式溫度控制系統(tǒng)———溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

溫度在工業(yè)控制中是個很重要的參量，一個溫控系統(tǒng)可以純粹是個小型的控制溫度的系統(tǒng)，也可以是整個大系統(tǒng)中的一個部分，但都需要用相應(yīng)的硬件裝置、機械設(shè)備和控制這些設(shè)備運行的軟件來實現(xiàn)，而影響溫度參量控制的主要因素也是來自這3個方面。但在具體設(shè)計時，這3個方面是相互約束又相互補充的，尤其是需要對溫度瞬間的變化作出相應(yīng)控制的系統(tǒng)，比如在某個溫度區(qū)間里需要有什么樣的控制精度、溫度斜坡時間和溫度均勻性等要求，在機械設(shè)備已經(jīng)限制的情況下，可以通過對硬件電路和軟件的設(shè)計來彌補。

很多溫度控制系統(tǒng)中，一般選用單片機來實現(xiàn)，由于每種單片機一般都有各自的一套開發(fā) 工具，需要花費一定時間和精力去學(xué)習(xí)研究才能掌握，并且相關(guān)的硬件接口設(shè)計也比較復(fù)雜，而采用PC104作為核心中央處理器，則可將主要精力放在軟件和接口的設(shè)計上,而且PC104的開發(fā)、維護(hù)和擴展都非常方便。PC104與通用的PC和PC/AT標(biāo)準(zhǔn)(IEEEP996)完全兼容，可以很快掌握其軟、硬件的使用，而且他具備嵌入式控制的特殊要求:體積小、成本低、可靠性高、壽命長、編程調(diào)試方便，配以不同功能的板卡，為嵌入式應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)平臺。本文主要介紹了當(dāng)前工控產(chǎn)品中比較廣泛的PC104總線的硬件接口電路的設(shè)計以及軟件設(shè)計，并把他作為一個嵌入式平臺，運用到溫度控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對溫度參量的控制。

2、PC104總線簡介

PC104總線是專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，其信號定義和ISA總線一致，但電氣規(guī)范和機械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式總線標(biāo)準(zhǔn)。PC104與ISA相比具有的一些獨特的功能主要有：

(1)小尺寸結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)PC104模塊的機械尺寸是3.6英寸×3.8英寸，即96 ｍｍ×90 ｍｍ。

(2)堆棧式連接去掉總線底板和插板滑道，總線以“針”和“孔”形式層疊連接，即PC104總線模塊之間總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬合相連，這種層疊封裝有極好的抗震性。

(3)降低總線驅(qū)動電流減少元件數(shù)量和電源消耗，4 ｍＡ總線驅(qū)動即可使模塊正常工作，每個模塊的功耗大約1～2 Ｗ。

3系統(tǒng)總體設(shè)計
3.1硬件電路設(shè)計部分

此部分包括PC104CPU模塊，該模塊上主要有CPU芯片、DRAM內(nèi)存、并口、串口、在板支持 可讀寫的固態(tài)盤、看門狗和實時時鐘等,另外還有I/O模塊、A/D模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊和打印輸出模塊等。系統(tǒng)設(shè)計了一塊基板,在其上面布上PC104總線,然后把PC104CPU模塊、I/O模塊、Ａ/Ｄ模塊等模塊通過堆棧式連接方法構(gòu)成一個完整的硬件系統(tǒng)。此方法的特點：他是在特定的I/O中插入嵌入式計算機而代替以往將I/O擴展板插入到計算機中的辦法，他體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法。


3.2、軟件設(shè)計部分

由于PC104CPU模塊支持可讀寫的固態(tài)盤，這種以半導(dǎo)體存儲設(shè)備來代替通常使用的磁盤驅(qū)動器，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的功耗和成本。本系統(tǒng)中，根據(jù)固態(tài)盤的特點，操作系統(tǒng)軟件采用DOS 6.22，以TuborC 2.0作為開發(fā)環(huán)境，應(yīng)用程序采用C語言和匯編語言相結(jié)合來實現(xiàn)。


4、結(jié)語

由于PC104的高集成度和模塊化的特點，使得在開發(fā)周期和開發(fā)工具上比其他的開發(fā)模式有一定的優(yōu)勢，也為溫控系統(tǒng)提供了一個方便的嵌入式平臺。針對不同的控制系統(tǒng)和控制要求，用戶只要編寫不同的控制算法就可以實現(xiàn)。