【正文】 的意義 我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，在醫(yī)療的水平和其他的發(fā)達(dá)國(guó)家還是不能夠比較的，有些需要換器官的病人在遇到這 些事的時(shí)候，是很絕望的，因?yàn)檎l(shuí)愿意把自己的器官給自己，盡管有些無(wú)私人士在臨死之前會(huì)把自己余生奉獻(xiàn)給別人，但我們不能等待那些給自己余生的人吧，在理論上已經(jīng)達(dá)成，人類(lèi)能夠通過(guò) 可在生細(xì)胞，通過(guò)激素來(lái)改變細(xì)胞的變化，從而變成人類(lèi)想要的各種各樣的器官，從而使患病的病人變成一個(gè)健康的人，也和我們正常的活在這個(gè)世界，但是這個(gè)水平還停留在研究階段，所以在研究的階段我們需要培養(yǎng)大量的細(xì)胞，來(lái)進(jìn)行細(xì)胞的改變，觀察細(xì)胞的特性等等，所以溫度控制是培養(yǎng)細(xì)胞的關(guān)鍵因素。 生物醫(yī)學(xué)在大量方面治療有很好的效果意義，既可以不需消耗大量的人力 ，及物力，人類(lèi)就可以生產(chǎn)出很多的細(xì)胞來(lái)產(chǎn)生定向的變異供大量的人類(lèi)使用，還可以應(yīng)用到其他產(chǎn)域，還有可能產(chǎn)出真正意義上的動(dòng)物肉，那是人類(lèi)不再需要獵殺那些珍貴的稀有動(dòng)物，也為保護(hù)動(dòng)物，保護(hù)環(huán)境做出了一份力量。因此，生物工程在以后的社會(huì)當(dāng)中，甚至是在將來(lái)，也在社會(huì)當(dāng)中占有不可替代的地位。所以研究溫度控制，是培養(yǎng)細(xì)胞的第一步，有了大量的細(xì)胞，才會(huì)為后面的研究做出很好的鋪墊。 第二章硬件電路設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 本方案是通過(guò)運(yùn)用的傳感器是 pt1000，它的工業(yè)性能比較完美，最大非線性偏差 攝氏度，具有很好的高溫和抗氧化能力，此原件線性比較好， 鉑熱電阻的與溫度的關(guān)系 RT=RO(1+AT+BT*t) 其中 RT 是當(dāng)時(shí)溫度時(shí)的電阻 ， RO 是 0 溫度時(shí)的電阻， T為任意溫度值， AB為溫度系數(shù)， PT1000 傳感器因溫度變化部分電阻的電壓可以由后面的放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器直接測(cè)量 ,并采用 2 次電壓測(cè)量 交換驅(qū)動(dòng)電流方向 ,在每個(gè)電流方向上各測(cè)量一次 .其特點(diǎn)是直接測(cè)量傳感器的電阻變化量 ,A/D 轉(zhuǎn)換器利用效率高 ,電路輸出電壓同電阻變化量成線性關(guān)系 .傳感器采用三線制接法能有效地消除導(dǎo)線電阻和自熱效應(yīng)的影響 .利用單片機(jī)系統(tǒng)控制兩次測(cè)量電壓可以避免接線勢(shì)壘電壓及放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器的失調(diào)與漂移產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差 ,還可以校準(zhǔn)鉑電阻傳感器精度 .恒流源與 A/D 轉(zhuǎn)換器共用參考基準(zhǔn) ,這樣根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的計(jì)量比率變換原理 ,可以消除參考基準(zhǔn)不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差 ,不過(guò)對(duì)恒流源要求較高 ,電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 .為了進(jìn)一步克服噪聲和隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量精度和穩(wěn)定度的影響 ,最后在上位機(jī)中采用 MLS 數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)噪聲抵消 ,大大提高了溫度測(cè)量精度和穩(wěn)定度 . 控制部分單片機(jī)選取 方案采用 SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)， SPCE061A內(nèi)有各種 DA與 AD,其中包括 DAC2路， ADC8 路，而且都集成在這一套電路當(dāng)中，方便使用，最主要的是該芯片內(nèi)置在仿真線路接口，方便調(diào)試，加大了調(diào)試的工作效率，大大節(jié)省了工作者的時(shí)間。在 SPCE061A 有很好的壓縮數(shù)據(jù)的功能，這就為高性能打好了基礎(chǔ)，而且壓縮的數(shù)據(jù)較好，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行很好的還原，在為數(shù)據(jù)的傳輸，AD 或 DA 的轉(zhuǎn)換提供了很好的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 語(yǔ) 音 播 報(bào)S P C E 0 6 1 A1 6 b i t鍵 盤(pán) 設(shè) 定 值數(shù) 據(jù) 采 集數(shù) 據(jù) 顯 示繼 電 器熱 電 爐 用于溫度控制： 0—— 9 0—— 9 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，數(shù)碼管顯示全部為 0，隨著按 key1 的次數(shù)升高，直到達(dá)到所需要的溫度值，當(dāng)按下 key3 時(shí)，溫度開(kāi)始升高，繼電器開(kāi)始運(yùn)作，控制加熱爐的溫度。 ： 將從傳感器采集的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò) AD 轉(zhuǎn)換，換算成數(shù)據(jù)，并語(yǔ)音播報(bào)， ： 采用 8 段數(shù)碼管顯示，設(shè)置溫度值，及測(cè)量值，顯示小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)。 ： 用來(lái)控制電熱爐輸出。 電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)采用 SPCE061A 單片機(jī)， SPCE061A 有 32 個(gè) I/O 口全部引出，而且該 I/O口是可編程的，可以設(shè)置成輸出或者是輸入接口，設(shè)置為輸入時(shí)，分為懸浮輸入或非懸浮輸入，非懸浮輸入又可以設(shè)置為上拉輸入或是下拉輸入，在 5v 情況下，上拉電阻為 150k，下拉電阻為 110k，設(shè)置為輸出時(shí)，可以選擇同相輸出或者是反向輸出。 SPCE061A 性能指標(biāo) SPCE061A 是 16 位結(jié)構(gòu)的微處理器。 工作電壓 CPU 時(shí)鐘最高可達(dá) 49MHZ 有 2個(gè) 16 位可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 有 2個(gè) 10 為是 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出通道 有 14 個(gè)中斷源，包括定時(shí)器 A/B，時(shí)基，鍵喚醒， 2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入等等， 具備同步及異步串行設(shè)備接口 具備低電壓復(fù)位的功能，還有低電壓檢測(cè)的功能。 有在線仿真電路接口， 更具有保密的功能等 SPEC061A 寄存器 SPEC061A 其中包括 8 個(gè)寄存器和 4個(gè)通用寄存器 R1R4，還有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器 PC，對(duì)棧指針 SP，還包括基址指針和段寄存器一個(gè)，通用寄存器 R3 和 R4合成一個(gè) 32為的寄存器 MR,MR 可以被用作懲罰運(yùn)算和累積運(yùn)算的目標(biāo)寄存器，而且， SPCE061A 有 3 個(gè) PIQ 的中斷 14個(gè) IRQ 中斷，而且還有一個(gè)有指令BREAK 控制的軟中斷。 SPCE061A 有 2K 字節(jié)的 RAM,地址范圍從 00000000007FF. 其中包括有 32K 字節(jié)的閃存，可以再 ICE 工作方式下被編程寫(xiě)入或被擦出，如果給閃存保密設(shè)定后，當(dāng)中的內(nèi)容不能再通過(guò)被 ICE 讀取。 鎖相環(huán)振蕩器（ PLL） :PLL 是為系統(tǒng)給一個(gè) 32768HZ 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘基頻，且在對(duì)基頻進(jìn)行倍頻升高，調(diào)整到 、 、 ,、。其中 PLL 的自激振蕩頻率為 。 系統(tǒng)時(shí)鐘 : PLL 振蕩器為系統(tǒng)時(shí)鐘的信號(hào)源，其中系統(tǒng)時(shí)鐘頻率通過(guò)對(duì) P_System_Clock 單元進(jìn)行編程來(lái)控制，其中 Fosc、 CPUCLK 分別為 ，其中 P_System_Clock 單元可對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘，還有 CPU 時(shí)鐘頻率進(jìn)行定義，其中當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)被其中的程序啟動(dòng)時(shí)，最開(kāi)始的 CPUCLK 的頻率為 Fose/8。隨后就慢慢的別調(diào)整到 ,這樣可以避免系統(tǒng)在啟動(dòng)的時(shí)候讀取 ROM出現(xiàn)偏差。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 :實(shí)時(shí)時(shí)鐘的頻率為 32768HZ,也可以說(shuō)是基頻， SPCE061A 通過(guò)對(duì)32768HZ 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行分頻為中斷提供中斷源，其中一個(gè)中斷源， IRQ5_2HZ,每隔 秒就會(huì)被啟動(dòng)一次，這就可以作為計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)。 輸入 /輸出 :I/O 端口是系統(tǒng)和其他的外接設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的端口，其中SPCE061 包括兩個(gè)編程輸入輸出端口：分為 A口和 B 口， A口是具有可編程的I/O 接口，可以與 ADC 的多路 LINE_IN 輸入共用，而 B口在具有普通的接口的功能外，在其他的一些管腳上可以完成其他的特殊功能。 I/O 端口連接圖 盡管數(shù)據(jù)能夠通過(guò)數(shù)據(jù) P_IOX_Data 和數(shù)據(jù)緩沖端口 P_IOX_Bufferxieru 寫(xiě)入相同的數(shù)據(jù)寄存器，但從這兩個(gè)端口讀出的數(shù)據(jù)卻來(lái)子不同的位置，后后者讀出的數(shù)據(jù)是從數(shù)據(jù)寄存器里的數(shù)據(jù)，而前者的數(shù)據(jù)是 I/O 端口上的死電平狀態(tài)。通過(guò)讀 P_IOA_Latch 單元來(lái)鎖存 IOA[07]端口的電平狀態(tài)，從而可激活其喚醒功能。 鍵盤(pán)設(shè)置參數(shù)電路 Key1 接 IOA0, Key2 接 IOA1， KEY3 接 IOA2 外部接 5v 電壓，提供電平。 溫度采集及數(shù)據(jù)輸出部分 溫度傳感器使用的是 Pt電阻，運(yùn)放采用 HT9274集成芯片，因?yàn)?Pt電阻在 0攝氏度時(shí)，阻值差不多在 1千歐姆，在 100攝氏度時(shí)，阻值差不多在 1380歐姆，則表示阻值變換范圍從 0— 380歐姆，電壓從 。 采用差動(dòng)運(yùn)放電路，通過(guò)可調(diào)分壓電阻來(lái)滿(mǎn)足零點(diǎn)調(diào)節(jié)。因?yàn)?Pt電阻中的電流基本為 1— 2mA,所以 Pt電阻電壓應(yīng)該在 0— 380mV波動(dòng)。所以采用 10倍電壓放大，來(lái)滿(mǎn)足 SPCE061A的模數(shù)轉(zhuǎn)換， HT9274 集成芯片介紹 Ht9274 是一款 4 位的功率運(yùn)算放大器，電壓范圍在 之間，工作電壓比較穩(wěn)定，這就對(duì)完美的輸出驅(qū)動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，而且它具有高輸入阻抗，單供應(yīng)操作，在這個(gè)響應(yīng)環(huán)保節(jié)能的時(shí)代， HT9274 也是有具有功耗低的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在電池系統(tǒng)，傳感器放大，低功率低功率增益模塊，低功率比較器， 信號(hào)探測(cè)器，有源濾波器及各個(gè)領(lǐng)域，總的來(lái)說(shuō)， HT9274，是一個(gè)高輸入阻抗的放大器，以及超低功率，高增益的放大器。 數(shù)碼管顯示 在外面接三級(jí)數(shù)碼管，通過(guò)對(duì)三級(jí)管控制來(lái)控制 LED 片選。在其中用到LED5641A 這款數(shù)碼管 本圖采用了共陰極數(shù)碼管 LED5641A 進(jìn)行顯示， LED5641A 具有四位數(shù)碼管，這四個(gè)數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個(gè)都擁有一個(gè)共陰的位選端。 IOB0— IOB2 口分別接三極管的 p 端，通過(guò)三極管來(lái)控制 LED 的片選。 IOA8— IOA15 口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，利用其串 /并轉(zhuǎn)換功能，送入數(shù)碼管顯示。在此外接了兩個(gè)電阻 RPACK4 來(lái)保護(hù) LED。數(shù)據(jù)線也可直接接凌陽(yáng) SPCE061A單片機(jī)的 I/O 口，因?yàn)?I/O 口輸出電流很小，一般不會(huì)對(duì) LED 造成很大的損壞， 而它的電壓值卻足以驅(qū)動(dòng) LED，這不像別 的單片機(jī)還要外接驅(qū)動(dòng)電路和電阻。采用凌陽(yáng) SPCE061A 單 片 機(jī) ， 將 大 大 減 化 了 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 和 硬 件 電 路. LED5641A 簡(jiǎn)介 能在低電壓，小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光 發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極端，高頻特性好，單色性較好，亮度高， 體積小，重量輕，抗沖擊性能好，固態(tài)封裝，穩(wěn)定性好， 壽命長(zhǎng)，使用壽命在 5w小時(shí)以上 可持續(xù)掃描驅(qū)動(dòng)各字節(jié) 良好的顯示效果。視覺(jué)寬 熱電爐加熱控制 繼電器是一種經(jīng)常運(yùn)用在工廠，生活等場(chǎng)所的一種電子控制器件，是一種變動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)輸入值達(dá)到一定的預(yù)定值時(shí)，在電氣輸出控制量中，會(huì)使的被控制量發(fā)生變?cè)?，?dǎo)致結(jié)果發(fā)生改變，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)兩個(gè)方面互動(dòng)的效果， 從而達(dá)到對(duì)一個(gè)控制點(diǎn)達(dá)到不斷控制，達(dá)到預(yù)期效果，繼電器通常運(yùn)用在電氣行業(yè)當(dāng)中。 實(shí)際作用是用小電流去控制較大的大電流運(yùn)作的一種開(kāi)關(guān)。故在電路中起著安全保護(hù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)換電路等等作用。 繼電器可分為 電磁繼電器 :電磁繼電器是通過(guò)電路當(dāng)中輸入的電流，對(duì)電路當(dāng)中的銜鐵產(chǎn)生一種吸引的作用，從而達(dá)到控制的目的， 固體繼電器：電子元件為無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的，輸入和輸出隔離的一種繼電器。 溫度繼電器：當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，進(jìn)行改變控制對(duì)象運(yùn)作現(xiàn)狀的控制器件。 舌簧繼電器：它是一種具有觸電簧片，且在銜鐵磁路雙重作用下的舌簧開(kāi)動(dòng)來(lái)開(kāi)閉，或轉(zhuǎn)換線路的繼電器。 高頻繼電器：也就是一種改變高頻狀態(tài)的繼電器。 通過(guò)單片機(jī)輸出的一個(gè)信號(hào)，激發(fā)三極管，使三極管導(dǎo)通，從而有電流在銜鐵里流通，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，再加上彈簧的效應(yīng)，使下面的鐵片產(chǎn)生吸引的作用，在上下兩個(gè)出點(diǎn)來(lái)會(huì)走動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)電熱爐開(kāi)關(guān)控制的目的， 此部份用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控 對(duì)象實(shí)施控制，此處被控對(duì)象為電爐絲，采用對(duì)加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。 對(duì)電爐絲通斷的控制采用 SSR 固態(tài)繼電器， SSR 是半導(dǎo)體繼電器，所以較小的驅(qū)動(dòng)功率即可使 SSR 工作。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制臺(tái)端加上一 TTL、CMOS 電平或一晶體管，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān) 音頻輸出 SPY0030 是一款較好的語(yǔ)音放大芯片，他可以直接接受來(lái)自單片的模擬信號(hào)，進(jìn)而對(duì)其直接放大，而且有較好的放大效果，且音質(zhì)不錯(cuò)，他的工作電壓差相比其他較大為 之間，有良好的穩(wěn)定效果能力。 在我們?nèi)粘５纳町?dāng)中，所遇到的大多數(shù)都是波形聲音信號(hào)，波形聲音是自然界中很常見(jiàn)的，是數(shù)字化聲音的基礎(chǔ)，通常我們對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的處理，來(lái)處理日常的檢查，這就需將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)數(shù)字化有很多種方式，而且現(xiàn)在采用最多的是 A/D 變換法，它是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，這種方法接受信號(hào)后，能夠恢復(fù)到最大本來(lái)的效果，凌陽(yáng)音頻壓縮的處理信號(hào)的范圍是字 200HZ 。 表 2 編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)頻響 信號(hào)類(lèi)型 頻率范圍（ Hz） 采樣率（ kHz） 量化精度（ 位） 電話(huà)話(huà)音 200~3400 8 8 寬帶音頻 （ AM 質(zhì)量） 50~7000 16 16 調(diào)頻廣播 （ FM 質(zhì)量） 20~15k 16 高質(zhì)量音頻 （ CD 質(zhì)量） 20~20k 16 壓縮一般分為無(wú)損壓縮和有損壓縮，無(wú)損壓縮的比例一般在 2:14:縮一般在指壓縮比例在 100： 1。 而凌陽(yáng)的音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮有好幾種比例： SACMA20xx：壓縮比為 8:１， 8:， 8: SACMS480： 壓縮比為 80:3， 80: SA