绪论
1.1课题研究背景及意义
随着社会和经济的不断发展，铝在国民经济和生活中得到越来越广一泛的应用，从常生活中的各类餐具、各种通讯工具及消费电子类产品，到交通运输、航空航大等领域，铝都起着非常重要的作用。世界对铝的需求在逐年上升，同时各行业对铝的生产量和质量也提出更高要求，众所周知，电解铝企业耗电量非常大，国家“十二五”规划提出以节能减排为重点，加快构建资源节约、环境友好的生产方式和消费模式，增强可持续发展能力等目标对国内的电解铝企业在生产、工艺和技术等方面都提出了严峻的挑战和难得的契机。
在电解铝生产中，铝电解槽中电解质的温度通常在910℃至980℃之间，而电能的消耗主要体现在电流效率上，大量资料表明，如果电解质的温度能够合理的降低，将很大程度上减少对电能的消耗，从而可以降低电解铝工业的生产成本。初晶温度是电解质从高温缓慢冷却时第一颗晶粒开始出现的温度，通常也把它叫做电解质的初晶点。电解质温度高于其初晶点的温度称为过热度，过热度偏高会导致电解效率降低，造成能源浪费，生产成本升高，通常过热度控制在5一100C。当其它条件一样时，电解温度每降低10C ,电流效率将提高0.18%。因此，准确测量初晶温度，控制电解质温度，调节过热度达到最佳状态是目前电解铝行业实现节能降耗简单有效的现实手段。大型铝电解厂普遍采用了先进的计算机自动控制系统，包括自适应、分布式控制、专家系统等先进的控制技术都已应用到铝电解的生产控制中
在线式初晶温度检测系统可以实时的采集电解槽中铝电解质的温度，通过嵌入式应用程序绘制出温度和时间的曲线图，并在较短的时间内计算出初晶温度，来适时的调节电解质温度。本系统采用了嵌入式技术，它具有便于携带、功耗低、可靠性高、专用性强等特点。为了实现本系统的功能，在嵌入式控制板上增加了FPGA.温度传感器等外围设备，由此就需要在嵌入式系统中提供对新添加硬件的驱动程序支持，本课题就是基于此而提出的一种嵌入式系统外围设备驱动技术的解决方案。
本系统的温度检测范围是8000C }-9990C，检测误差不超过20C，检测时间不超过3分钟，工作环境温度为0 0C-80 0C，系统采用铿电池供电，充满电后可以使用时间大约为7个小时，设备自重小于1 SKg可以方便携带。实际应用证明，本系统能够较好的应用于铝电解初晶温度的检测中，对铝电解行业具有非常显著的经济效益和社会效益。
1.2国内外研究现状
初晶温度、电解质温度和过热度都是铝电解生产过程中的重要技术参数，这三者之间的变化关系对电流效率和电能消耗有很大影响。而当前在我国主要铝电解企业中，电解铝生产时一般只检测电解槽的瞬时电解温度，无法定量得到该槽的初晶温度和过热度，因此也就无法准确判断电解槽的电能消耗是否合理，也就不能达到良好的节能减排。
关于初晶温度的检测，国外的一种称作“电骑士”的便携式初晶温度检测设备应用效果比较好，但是使用成本太高，一个电解槽测试一次初晶温度需要十几美金;国内的某种初晶温度检测设备需要几个小时才能完成一次检测，无法满足电解铝厂数百台电解槽的实际需要。
目前，常用的初晶温度测量的方法包括:1)由化学分析结果计算初晶点，这类方法利用电解质的化学成分如氧化铝、氟化镁等分析结果，通过大量的分析数据建立的初晶温度经验公式来推算出电解质的初晶温度。这类方法国内外的研究一直以来都有不断的报道差热分析法(DTA) Uo-W，这种方法是在程序控制下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。样品与参比物之间的温度差随温度或时间变化的曲线称为差热分析曲线(DTA曲线)，利用差热曲线方程测量初晶温度的报道很多步冷曲线法，这种方法是将铝电解质样品加热到熔化温度以上，
3 系统硬件分析........... 19-27
3.1 系统总体结构........... 19-20
3.2 OMAP3530处理器........... 20-22
3.3 硬件接口分析........... 22-27
3.3.1 FPGA与ARM之间........... 22-24
3.3.2 温度传感器与ARM........... 24-27
4 Windows Embedded CE 6.0驱动程序........... 27-51
4.1 Windows Embedded CE 6.0驱动........... 27-31
4.1.1 单层驱动和分层........... 27-29
4.1.2 内置驱动和流........... 29-30
4.1.3 用户和内核模式........... 30-31
4.2 Windows Embedded CE 6.0驱动........... 31-38
4.2.1 中断处理........... 32-37
4.2.2 中断服务例程........... 37
4.2.3 中断服务线程........... 37-38
4.3 FPGA驱动的设计........... 38-46
4.3.1 流接口驱动程序........... 38
4.3.2 FPGA驱动程序........... 38-46
4.4 温度传感器驱动的设计........... 46-51
4.4.1 I2C PDD层驱动........... 46-48
4.4.2 TMP275 MDD层驱动........... 48-51
5 数据接口验证........... 51-54
5.1 Visual Studio开发........... 51
5.2 接口验证与结果........... 51-54
结论
本文介绍了嵌入式系统，在线式初晶温度检测系统，外围设备FPGA和温度传感器TMP275的驱动相关技术的研究，并从硬件和软件两个层面分别详细介绍了相关驱动程序的实现过程。通过验证可知，本课题实现的驱动程序能够满足在线式初晶温度检测系统对数据实时性和正确性的要求。
在课题研究的过程中取得了以下几个成果:
1、通过实验和不断的调试，最终采用中断处理机制和流接口驱动架构实现了FPGA和OMAP3530处理器之间的数据通信。
2、通过研究I2C总线协议和温度传感器TMP275芯片，实现了TMP275的MDD层驱动和I2C的PDD层驱动。
参考文献
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