【正文】 的意義 我國是一個人口大國，在醫(yī)療的水平和其他的發(fā)達(dá)國家還是不能夠比較的，有些需要換器官的病人在遇到這 些事的時候，是很絕望的，因為誰愿意把自己的器官給自己，盡管有些無私人士在臨死之前會把自己余生奉獻(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，人類能夠通過 可在生細(xì)胞，通過激素來改變細(xì)胞的變化，從而變成人類想要的各種各樣的器官，從而使患病的病人變成一個健康的人，也和我們正常的活在這個世界，但是這個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，人類就可以生產(chǎn)出很多的細(xì)胞來產(chǎn)生定向的變異供大量的人類使用，還可以應(yīng)用到其他產(chǎn)域，還有可能產(chǎn)出真正意義上的動物肉，那是人類不再需要獵殺那些珍貴的稀有動物，也為保護(hù)動物，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當(dāng)中，甚至是在將來，也在社會當(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，才會為后面的研究做出很好的鋪墊。 第二章硬件電路設(shè)計 方案設(shè)計 本方案是通過運(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)時溫度時的電阻 ， RO 是 0 溫度時的電阻， 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)換器直接測量 ,并采用 2 次電壓測量 交換驅(qū)動電流方向 ,在每個電流方向上各測量一次 .其特點是直接測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)控制兩次測量電壓可以避免接線勢壘電壓及放大器、 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 ,不過對恒流源要求較高 ,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)誤差對測量精度和穩(wěn)定度的影響 ,最后在上位機(jī)中采用 MLS 數(shù)值算法實現(xiàn)噪聲抵消 ,大大提高了溫度測量精度和穩(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 語 音 播 報S P C E 0 6 1 A1 6 b i t鍵 盤 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)啟動時，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，溫度開始升高，繼電器開始運(yùn)作，控制加熱爐的溫度。 ： 將從傳感器采集的電壓信號經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換，換算成數(shù)據(jù)，并語音播報， ： 采用 8 段數(shù)碼管顯示，設(shè)置溫度值，及測量值，顯示小數(shù)點后位數(shù)。 ： 用來控制電熱爐輸出。 電路設(shè)計 設(shè)計采用 SPCE061A 單片機(jī)， SPCE061A 有 32 個 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，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，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 時鐘最高可達(dá) 49MHZ 有 2個 16 位可編程計數(shù)器 /定時器 有 2個 10 為是 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出通道 有 14 個中斷源，包括定時器 A/B，時基，鍵喚醒， 2個外部時鐘源輸入等等， 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 個寄存器和 4個通用寄存器 R1R4，還有一個程序計數(shù)器 PC，對棧指針 SP，還包括基址指針和段寄存器一個，通用寄存器 R3 和 R4合成一個 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 PIQ 的中斷 14個 IRQ 中斷，而且還有一個有指令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)容不能再通過被 ICE 讀取。 鎖相環(huán)振蕩器（ PLL） :PLL 是為系統(tǒng)給一個 32768HZ 的實時時鐘基頻，且在對基頻進(jìn)行倍頻升高，調(diào)整到 、 、 ,、。其中 PLL 的自激振蕩頻率為 。 系統(tǒng)時鐘 : PLL 振蕩器為系統(tǒng)時鐘的信號源，其中系統(tǒng)時鐘頻率通過對 P_System_Clock 單元進(jìn)行編程來控制，其中 Fosc、 CPUCLK 分別為 ，其中 P_System_Clock 單元可對系統(tǒng)時鐘，還有 CPU 時鐘頻率進(jìn)行定義，其中當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)被其中的程序啟動時，最開始的 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)在啟動的時候讀取 ROM出現(xiàn)偏差。 實時時鐘 :實時時鐘的頻率為 32768HZ,也可以說是基頻， SPCE061A 通過對32768HZ 的實時時鐘進(jìn)行分頻為中斷提供中斷源，其中一個中斷源， IRQ5_2HZ,每隔 秒就會被啟動一次，這就可以作為計時的基準(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)能夠通過數(shù)據(jù) P_IOX_Data 和數(shù)據(jù)緩沖端口 P_IOX_Bufferxieru 寫入相同的數(shù)據(jù)寄存器，但從這兩個端口讀出的數(shù)據(jù)卻來子不同的位置，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)。通過讀 P_IOA_Latch 單元來鎖存 IOA[07]端口的電平狀態(tài)，從而可激活其喚醒功能。 鍵盤設(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，因為 Pt電阻在 0攝氏度時，阻值差不多在 1千歐姆，在 100攝氏度時，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 。 采用差動運(yùn)放電路，通過可調(diào)分壓電阻來滿足零點調(diào)節(jié)。因為 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。所以采用 10倍電壓放大，來滿足 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，這就對完美的輸出驅(qū)動創(chuàng)造了良好的條件，而且它具有高輸入阻抗，單供應(yīng)操作，在這個響應(yīng)環(huán)保節(jié)能的時代， HT9274 也是有具有功耗低的特點，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， 信號探測器，有源濾波器及各個領(lǐng)域，總的來說， HT9274，是一個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 在外面接三級數(shù)碼管，通過對三級管控制來控制 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，這四個數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個都擁有一個共陰的位選端。 IOB0— IOB2 口分別接三極管的 p 端，通過三極管來控制 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。在此外接了兩個電阻 RPACK4 來保護(hù) LED。數(shù)據(jù)線也可直接接凌陽 SPCE061A單片機(jī)的 I/O 口，因為 I/O 口輸出電流很小，一般不會對 LED 造成很大的損壞， 而它的電壓值卻足以驅(qū)動 LED，這不像別 的單片機(jī)還要外接驅(qū)動電路和電阻。采用凌陽 SPCE061A 單 片 機(jī) ， 將 大 大 減 化 了 設(shè) 計 過 程 和 硬 件 電 路. LED5641A 簡介 能在低電壓，小電流條件下驅(qū)動發(fā)光 發(fā)光響應(yīng)時間極端，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，使用壽命在 5w小時以上 可持續(xù)掃描驅(qū)動各字節(jié) 良好的顯示效果。視覺寬 熱電爐加熱控制 繼電器是一種經(jīng)常運(yùn)用在工廠，生活等場所的一種電子控制器件，是一種變動開關(guān)，當(dāng)輸入值達(dá)到一定的預(yù)定值時，在電氣輸出控制量中，會使的被控制量發(fā)生變話，導(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)兩個方面互動的效果， 從而達(dá)到對一個控制點達(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。 實際作用是用小電流去控制較大的大電流運(yùn)作的一種開關(guān)。故在電路中起著安全保護(hù)，自動調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)換電路等等作用。 繼電器可分為 電磁繼電器 :電磁繼電器是通過電路當(dāng)中輸入的電流，對電路當(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：電子元件為無機(jī)械運(yùn)動構(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，進(jìn)行改變控制對象運(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動來開閉，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。 通過單片機(jī)輸出的一個信號，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，在上下兩個出點來會走動，從而達(dá)到對電熱爐開關(guān)控制的目的， 此部份用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控 對象實施控制，此處被控對象為電爐絲，采用對加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實現(xiàn)對水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對水溫控制的目的。 對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)動功率即可使 SSR 工作。它的使用非常簡單，只要在控制臺端加上一 TTL、CMOS 電平或一晶體管，即可實現(xiàn)對繼電器的開關(guān) 音頻輸出 SPY0030 是一款較好的語音放大芯片，他可以直接接受來自單片的模擬信號，進(jìn)而對其直接放大，而且有較好的放大效果，且音質(zhì)不錯，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，波形聲音是自然界中很常見的，是數(shù)字化聲音的基礎(chǔ)，通常我們對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化的處理，來處理日常的檢查，這就需將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，模擬信號數(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，它是將時域信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，這種方法接受信號后，能夠恢復(fù)到最大本來的效果，凌陽音頻壓縮的處理信號的范圍是字 200HZ 。 表 2 編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)頻響 信號類型 頻率范圍（ Hz） 采樣率（ kHz） 量化精度（ 位） 電話話音 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 壓縮一般分為無損壓縮和有損壓縮，無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