基于PC104总线的嵌入式温度控制系统———温度控制系统中的应用

1、引言

温度在工业控制中是个很重要的参量，一个温控系统可以纯粹是个小型的控制温度的系统，也可以是整个大系统中的一个部分，但都需要用相应的硬件装置、机械设备和控制这些设备运行的软件来实现，而影响温度参量控制的主要因素也是来自这3个方面。但在具体设计时，这3个方面是相互约束又相互补充的，尤其是需要对温度瞬间的变化作出相应控制的系统，比如在某个温度区间里需要有什么样的控制精度、温度斜坡时间和温度均匀性等要求，在机械设备已经限制的情况下，可以通过对硬件电路和软件的设计来弥补。

很多温度控制系统中，一般选用单片机来实现，由于每种单片机一般都有各自的一套开发 工具，需要花费一定时间和精力去学习研究才能掌握，并且相关的硬件接口设计也比较复杂，而采用PC104作为核心中央处理器，则可将主要精力放在软件和接口的设计上,而且PC104的开发、维护和扩展都非常方便。PC104与通用的PC和PC/AT标准(IEEEP996)完全兼容，可以很快掌握其软、硬件的使用，而且他具备嵌入式控制的特殊要求:体积小、成本低、可靠性高、寿命长、编程调试方便，配以不同功能的板卡，为嵌入式应用提供了标准的系统平台。本文主要介绍了当前工控产品中比较广泛的PC104总线的硬件接口电路的设计以及软件设计，并把他作为一个嵌入式平台，运用到温度控制系统中，实现对温度参量的控制。

2、PC104总线简介

PC104总线是专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，其信号定义和ISA总线一致，但电气规范和机械规范却完全不同，是一种优化的小型、堆栈式结构的嵌入式总线标准。PC104与ISA相比具有的一些独特的功能主要有：

(1)小尺寸结构标准PC104模块的机械尺寸是3.6英寸×3.8英寸，即96 ｍｍ×90 ｍｍ。

(2)堆栈式连接去掉总线底板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠连接，即PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬合相连，这种层叠封装有极好的抗震性。

(3)降低总线驱动电流减少元件数量和电源消耗，4 ｍＡ总线驱动即可使模块正常工作，每个模块的功耗大约1～2 Ｗ。

3系统总体设计
3.1硬件电路设计部分

此部分包括PC104CPU模块，该模块上主要有CPU芯片、DRAM内存、并口、串口、在板支持 可读写的固态盘、看门狗和实时时钟等,另外还有I/O模块、A/D模块、液晶显示模块、键盘输入模块和打印输出模块等。系统设计了一块基板,在其上面布上PC104总线,然后把PC104CPU模块、I/O模块、Ａ/Ｄ模块等模块通过堆栈式连接方法构成一个完整的硬件系统。此方法的特点：他是在特定的I/O中插入嵌入式计算机而代替以往将I/O扩展板插入到计算机中的办法，他体现了嵌入式系统的设计方法。


3.2、软件设计部分

由于PC104CPU模块支持可读写的固态盘，这种以半导体存储设备来代替通常使用的磁盘驱动器，可以大大提高系统的可靠性，降低系统的功耗和成本。本系统中，根据固态盘的特点，操作系统软件采用DOS 6.22，以TuborC 2.0作为开发环境，应用程序采用C语言和汇编语言相结合来实现。


4、结语

由于PC104的高集成度和模块化的特点，使得在开发周期和开发工具上比其他的开发模式有一定的优势，也为温控系统提供了一个方便的嵌入式平台。针对不同的控制系统和控制要求，用户只要编写不同的控制算法就可以实现。