以Actel混合信号Fusion为基础的无线扩散炉温度自动监控系统

手动控制和初始化，继电器电路和控制软件和通信软件等构成，其总体设计框图如图1所示。

图1  系统硬件部分总体构架

外围数据采集电路设计

现场的温度数据经过热电偶的冷端补偿和毫伏放大电路后，将温度信息转换成电压量然后送控制系统分析处理。

无线收发部分电路的设计

无线收发部分采用的无线传输模块是由西安达特科技公司出品的DTZ-01A ZigBee无线数据发送接收模块，不需要外部组件。可以很好的实现数据的透明传输。用来发送现场的温度数据到远端的计算机上，通过VB编写的软件实现温度的远端监控。

报警电路的设计

语音报警的设计是在温度超过设定温度值一定范围的时候，发出警告信息，包括红灯亮起，同时蜂鸣器给出报警声音。硬件电路上包括开发板上提供的蜂鸣器和外挂的发光二极管，来完成报警的功能。

PS2键盘数据输入的设计

本设计中控制数据的输入是通过外挂的PS2键盘实现。将键盘直接接到开发版提供的PS2键盘接口上，通过芯片内部的PS2硬件电路驱动和51编程的软件驱动实现键盘数据的输入。

LCD显示的设计与实现

本设计我们选用的是640*480点阵的LCD显示屏幕，可以在一个屏幕上同时显示出10路的温度信息以及其他的控制信息。驱动LCD屏幕是通过8051编程实现的。

FPGA内部电路设计与实现

FPGA内部硬件电路设计，主要是用Verilog HDL硬件电路描述语言实现的系统硬件的电路的设计，其中有一些模块是调用的IP核实现的（core 8051 模块、锁相环和ADC模块）。FPGA内部电路由ADC模块、信号毛刺去除模块、宽度可调脉冲（PWM）模块、10路PWM控制信号选择模块、PS2硬件驱动模块、50Hz时钟信号产生模块、报警电路模块（FPGA实现）、LCD显示模块和Core8051模块构成。

系统控制软件的设计

控制软件部分由主函数、选择通道子函数、设置通道参数子函数、显示设定数据子函数、显示通道温度数据子函数、显示控制数据子函数、PID控制子函数、串行发送子函数和LCD显示子函数构成。软件流程图如图2所示。

图2 系统控制软件流程图

系统实现

该控制系统主要完成的功能有各个通道的控制参数的输入、对高温模拟扩散炉的控制、现场温度温度信息的远程监控。图3为现场控制台的显示界面，从图中可以看出10个通道的控制参数，通道状态以及现场的温度信息。图4为远程计算机的监控画面，从远程计算机可以直观的观测现场各个通道的温度信息，并具有查看历史温度信息功能。

图3  系统的主工作界面截图

图4  远程监测计算机界面截图

总结

通过3个多月的努力，完成了系统的设计。我们充分的利用了Actel Fusion开发板提供的硬件资源，完成整个系统的搭建。

系统实现的是同时对多路温度的控制，充分的利用了芯片的处理多路模拟信号的优点。

该系统的核心控制部分采用的是软件实现的增量式PID算法，参数更改方便，可以方便的移植到其他的温度控制系统中。

这次竞赛中取得了比较好的成绩。感谢竞赛的主办方ACTEL公司给我们在校大学生提供这么好锻炼自己的机会，让我们在实践中进一步的巩固了自己的知识，学以致用。

参考文献：
　　周立功 等编著ACTEL FPGA实验教程–基于Fusion StartKit开发板.广州致远电子有限公司,2007
　　周立功 等编著 ACTEL  FPGA原理与应用 –基于Fusion系列.广州致远电子有限公司,2007
　　郁文工作室 编著  嵌入式 C语言程序设计  人民邮电出版社,2006
　　张爱民 编著  自动控制原理. 清华大学出版社,2005
　　求是科技 编著 8051系列单片机C程序设计完全手册  人民邮电出版社, 2006
　　周继明 等编著  传感器技术与应用   中南大学出版社,2005
　　王幸之 等编著  单片机应用系统电子干扰与抗干扰技术 北京航空航天大学出版社,2006