基于ARM9的高精度生化分析仪温度控制系统设计

　　2.3 温度采集单元的实现

　　温度采集单元主要温度信号的实时采样并响应主机的命令[31。本系统温度传感器使用DS1 8B20，DS1 8B28B20是美国半导体DALLAS公司推出的单总线温度传感器。该器件具有体积小、结构简单、实用电压宽、可组网、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点，而且内有控制电路，收发电路和存储电路等。DS18B20 具有较宽的电压适用范围（3～5.5V），并能够通过编程实现温度信号的9～12位的数字转换，分辨率最高可以达到0.0625℃。其测量温度范围为-55～+125℃，其中，在-10～+85℃范围内，精度能够达到±0.5℃。由于DS1 8B20是通过一条数据线传输数据， 这样整个系统要严格按该器件单总线协议规定的时序进行工作， 所以DS 1 8B20有严格的通信协议来保证各个数据传输的正确性和完整性。根据DS 1 8B20的通讯协议，主机控制DS 1 8B20完成温度转换时，首先在每一次读写之前对DS1 8B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，然后发送RAM 指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。R O M 操作命令主要是对传感器地址的操作。RAM 指令主要完成温度的测量，主要有读寄存器，写寄存器，温度转换等操作。

　　2.4 键盘及LCD显示单元

　　系统采用SPI接口的键盘控制芯片ZLG 72 8与$3C2410A的SPI接口连接，ZLG7289扫描的行线R[2：0】和列线C[7：0】构成矩阵键盘，同时在芯片内部可自动完成扫描、译码、去抖动处理等任务。

　　SPI（Serial Peripheral Interface--串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。

　　SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface",意为串行外围接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

　　SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。

　　S3C2410A内部已经集成了LCD 控制器，因此可以很方便地控制各种类型的LCD屏，例如：STN和TFT屏。系统采用Samsung 3.5 反射型TFT液晶LTS350Q1，320 X 240像素，256k色，White LED背光，自带四线式触摸屏，可以直接和S3C2410A的触摸屏驱动电路连接，触摸位置直接用CPU内置的ADC电路采样可得。

　　键盘和LCD连接示意图如图2所示。

　　3 模糊自整定PID控制算法模块设计

　　模糊自整定PID控制系统能在控制过程中对不确定的条件、参数、延迟和干扰等因素进行检测分析，采用模糊推理的方法实现PID三个参数 、 f和 的在线自整定。模糊自整定PID控制不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等特性。

　　模糊自整定PID控制器是在常规PID控制器的基础上建立参数K ，K ，K 与偏差绝对值IE I和偏差变化率

　　绝对值lecI问的二元连续函数关系的控制器。二元函数关系为 ]： = （ ，J j）， = 0 ，J ），K = （ JEc}）。模糊自整定PID控制器根据不同的 、IEcI在线自整定K， K 和Kd。

　　取输入偏差、偏差变化率和输出隶属度函数分别如图3所示。

　　对于图3中 的隶属度，当n=p时，a，b分别取一0.3，0.3；当n=i时，a，b分别取一0.06，0.06；当n=d时，a，b分别取一3，3。

　　模糊一PID控制系统为双输人三输出系统，输入量为偏差E和偏差变化率EC，输出量为PID参数 ，K 和 。采用七种不同的模糊语言变量进行描述：负小（NS）、负中（NM）、负3v（NB）、零（Z）、正小（Ps）、正中（PM）、正大（PB），控制规则取为：if E and EC then K ，K， ，根据PID控制的基本原理，结合实际经验，设计模糊控制表如表1所示。

　　4 系统软件设计

　　软件部分采用嵌入式Linux操作系统，系统主要流程如图4所示。系统上电启动BootLoader，初始化系统硬件，加载操作系统，将系统带人一个合适的环境。完成系统引导加载后新建一系列线程，包括温度数据采集线程、模糊自整定控制算法线程、输出线程，并且新建线程之间的通信管道FIFO。可通过键盘并利用外部中断来控制是否停止采样，如果停止采样则合并线程，结束应用程序。

　　采用重心法对经模糊控制规则表所得的 、 和进行反模糊化处理得到精确的值，再将这些值代入如下公式

　　5 结束语

　　本系统选用高性能ARM9系列处理器S3C2420以及嵌入式Linux操作系统，温度传感器采用基于目前最流行的单总线温度传感器DS 1 8B20，设计并实现了生化分析仪中的一种高精度温度控制器。结果证明，该系统能很好地实现对生化分析仪反应池的温度控制在需要范围内，从而有效地提高了生化分析仪的检测精度和准确度。

参考文献:

[1].S3C2410Adatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/S3C2410A_589565.html.
[2].ARM920Tdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ARM920T_139814.html.
[3].Devicedatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Device_1397784.html.
[4].DS18B20 datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/DS18B20+_819975.html.
[5].ROMdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[6].ZLG7289datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ZLG7289_1134608.html.