1、引言
溫度在工業控制中是個很重要的參量,一個溫控系統可以純粹是個小型的控制溫度的系統,也可以是整個大系統中的一個部分,但都需要用相應的硬件裝置、機械設備和控制這些設備運行的軟件來實現,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控制的系統,比如在某個溫度區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,在機械設備已經限制的情況下,可以通過對硬件電路和軟件的設計來彌補。
很多溫度控制系統中,一般選用單片機來實現,由于每種單片機一般都有各自的一套開發工具,需要花費一定時間和精力去學習研究才能掌握,并且相關的硬件接口設計也比較復雜,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計上,而且PC104的開發、維護和擴展都非常方便。PC104與通用的PC和PC/AT標準(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、編程調試方便,配以不同功能的板卡,為嵌入式應用提供了標準的系統平臺。本文主要介紹了當前工控產品中比較廣泛的PC104總線的硬件接口電路的設計以及軟件設計,并把他作為一個嵌入式平臺,運用到溫度控制系統中,實現對溫度參量的控制。
2、PC104總線簡介
PC104總線是專門為嵌入式控制而定義的工業控制總線,其信號定義和ISA總線一致,但電氣規范和機械規范卻完全不同,是一種優化的小型、堆棧式結構的嵌入式總線標準。PC104與ISA相比具有的一些獨特的功能主要有:
(1)小尺寸結構標準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)降低總線驅動電流減少元件數量和電源消耗,4 mA總線驅動即可使模塊正常工作,每個模塊的功耗大約1~2 W。
3、系統總體設計
3.1硬件電路設計部分
此部分包括PC104CPU模塊,該模塊上主要有CPU芯片、DRAM內存、并口、串口、在板支持 可讀寫的固態盤、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。系統設計了一塊基板,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成一個完整的硬件系統。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,他體現了嵌入式系統的設計方法。
3.2、軟件設計部分
由于PC104CPU模塊支持可讀寫的固態盤,這種以半導體存儲設備來代替通常使用的磁盤驅動器,可以大大提高系統的可靠性,降低系統的功耗和成本。本系統中,根據固態盤的特點,操作系統軟件采用DOS 6.22,以TuborC 2.0作為開發環境,應用程序采用C語言和匯編語言相結合來實現。
4、結語
由于PC104的高集成度和模塊化的特點,使得在開發周期和開發工具上比其他的開發模式有一定的優勢,也為溫控系統提供了一個方便的嵌入式平臺。針對不同的控制系統和控制要求,用戶只要編寫不同的控制算法就可以實現。