【正文】 ，設(shè)計(jì)時(shí)采用3 線制（RXD ，TXD ，GND）軟握手的零MODEM方式。NM儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)內(nèi)嵌的10位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)字量為0000000000B~1111111111B（0~5V），應(yīng)用以下變換公式進(jìn)行變換：AX=A0+(AMA0)(NXN0)/(NMN0)式中，A0為一次測(cè)量?jī)x表的下限。同時(shí)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路把當(dāng)前溫度傳輸?shù)缴逃糜?jì)算機(jī)的串口中，由計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)的顯示培養(yǎng)皿中的溫度，正常情況下溫度控制由Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)自動(dòng)控制。A/D轉(zhuǎn)換器可劃歸為零階保持器內(nèi)，所以廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為 （311） 廣義對(duì)象的Z傳遞函數(shù)為 （312） 所以系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)為 (313) 系統(tǒng)的數(shù)字控制器為= （314） 寫成差分方程即為 （315） 令 ,得 （316）式中 ——第次采樣時(shí)的偏差；——第次采樣時(shí)的偏差；——第次采樣時(shí)的偏差；4 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述PIC16f877A單片機(jī)加熱控制電路高阻抗加熱絲降溫控制電路半導(dǎo)體降溫片溫度傳感器培養(yǎng)皿TTL電平到EIA電平轉(zhuǎn)換電路商用計(jì)算機(jī)顯示終端 Chip PIC16F877A單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成輸入通道，用于采集培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度信號(hào)。正視圖側(cè)視圖2）本控制系統(tǒng)是對(duì)生物培養(yǎng)液進(jìn)行溫度監(jiān)控，故太快的溫度變化對(duì)生物繁殖顯②本控制系統(tǒng)是對(duì)生物培養(yǎng)液進(jìn)行溫度監(jiān)控，過(guò)快的溫度變化對(duì)生物繁殖顯然是不利的，因此在本系統(tǒng)中采用的是高阻抗小功率加熱電阻絲進(jìn)行溫度的小范圍調(diào)節(jié)。 Max232結(jié)構(gòu)圖（4）繼電器繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，廣泛用于遙控，遙測(cè)，通信，自動(dòng)控制，機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS232C接口,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào),只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。作為邏輯“1” 。+15V在RS232C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。①接口的信號(hào)內(nèi)容它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。（3）RS232C接口電路計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。帶有SPI（主模式）和I2C（主/從）模式的SSP。其中 ：捕捉器是16位的。 典型的靜態(tài)電流值小于1uA。高輸入/輸出電流25mA。在線串行編程(ICSP)。低功耗睡眠方式。上電復(fù)位（POR）。引腳輸出和PIC16C73B/74B/76/77兼容。運(yùn)行速度：DC20M時(shí)鐘輸入。 硬件介紹 計(jì)算機(jī)工作的外圍電路設(shè)備（1）溫度傳感器溫度傳感器采用補(bǔ)償型NTC熱敏電阻其主要性能如下：①補(bǔ)償型NTC熱敏電阻 B值誤差范圍小，對(duì)于阻值誤差范圍在5％的產(chǎn)品，其一致性、互換性良好。系統(tǒng)總線：RS232C接口（又稱本控制對(duì)象為生物繁殖用培養(yǎng)液，采用繼電器進(jìn)行控制。（3）模擬手動(dòng)操作 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動(dòng)操作。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)施溫度監(jiān)控。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開(kāi)發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。1 設(shè)計(jì)要求 控制要求（1）生物繁殖培養(yǎng)液的溫度要保證在適于細(xì)胞繁殖的溫度內(nèi)，這主要在控制程序設(shè)計(jì)中考慮。（4）微機(jī)監(jiān)控功能 顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實(shí)際值，控制量的輸出。2 系統(tǒng)的硬件配置 單片機(jī)和系統(tǒng)總線單片機(jī)：PIC16F877A（PIC16F877A為美國(guó)MICORCHIP公司生產(chǎn)的帶A/D轉(zhuǎn)換的8位單片機(jī)）。EIA適合于一般精度的溫度測(cè)量和計(jì)量設(shè)備。DC200ns指令周期。中斷能力（達(dá)到14個(gè)中斷源）。上電定時(shí)器(PWRT)和震動(dòng)啟動(dòng)定時(shí)器?？蛇x擇的振蕩器。單獨(dú)5v的內(nèi)部電路串行編程(ICSP)能力。商用，工業(yè)用溫度范圍。外圍特征：Timer 0 ：帶有預(yù)分頻的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。比較器是16位的，最大分辨率為200nS。帶有9位地址探測(cè)的通用同步異步接收/發(fā)送（USART/RCI）。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的實(shí)際上RS232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)通訊中一般只使用39條引線。即：邏輯。噪聲容限為2V。 ③所以采用DB9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。繼電器是在自動(dòng)控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實(shí)際上是一種可以用低電壓、小電流來(lái)控制大電流、高電壓的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。3 溫度控制系統(tǒng)的組成框圖采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)。溫度傳感器輸出電壓經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度給定值數(shù)字化后進(jìn)行比較，即可得到實(shí)際溫度和給定溫度的偏差。必要時(shí)，計(jì)算機(jī)也可以通過(guò)軟件來(lái)強(qiáng)制改變培養(yǎng)皿中溫度。AM為一次測(cè)量?jī)x表的上限。NX測(cè)量值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。即：將PC機(jī)和單片機(jī)的“發(fā)送數(shù)據(jù)線（TXD）”與“接收數(shù)據(jù)（RXD）”交叉連接，二者的地線（GND）直接相連而其它信號(hào)線如握手信號(hào)線均不用，而采用軟件握手。因此在將PC機(jī)和單片機(jī)的RXD和TXD交叉連接時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換?？煽靠焖俎D(zhuǎn)輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，需要PC單片機(jī)軟件以及通信協(xié)議等各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠和其間的相互配合。即在向RS232串口發(fā)送命令信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，是一幀一幀地發(fā)送的。(3) 如果在轉(zhuǎn)輸過(guò)程中，其間PC或MCU所接收任何一幀信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，均會(huì)向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號(hào)的請(qǐng)求。(3) 數(shù)據(jù)幀：當(dāng)PC讀數(shù)據(jù)時(shí)，PIC16F877A向PC發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信息的信號(hào)。(1) 讀命令幀格式幀頭標(biāo)志幀類型器件地址起始地址長(zhǎng)度校驗(yàn)和幀尾標(biāo)志幀頭標(biāo)志(1 Bit): 表示此數(shù)據(jù)包屬于本串口通信協(xié)議,并為是否接收此包數(shù)據(jù)的標(biāo)志。長(zhǎng)度(1Byte): 一次命令所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度。其它分析同上。(4) 正響應(yīng)幀幀頭標(biāo)志幀類型空校驗(yàn)字幀尾標(biāo)志空無(wú)意義:為了PIC16F877A編程的方便而加入。01H PIC16F877A 單片機(jī)方寫入芯片發(fā)生錯(cuò)誤主動(dòng)通知PC退出通訊。(2) DOS環(huán)境下的高級(jí)編程語(yǔ)言,如: C語(yǔ)言等。開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下的串口通信程序主要有以下2種方法：(1) 利用Windows API（Application Program Interface）用戶程序接口函數(shù)；(2) 利用ActiveX控件；后者的主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易學(xué)，但前者的功能更為強(qiáng)大控制手段更為靈活。例如：（以C++ Builder編程語(yǔ)言為例下同）…………………………………………COMMTIMEOUTS cto。 //設(shè)置總超時(shí)系數(shù)SetCommTimeouts(m_hFile,amp。//讀串口……………………………………………………COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)用于設(shè)置超時(shí),指定讀寫函數(shù)的等待時(shí)間在ReadFile 函數(shù)中hComport 為待讀串口句柄。最后一個(gè)參數(shù)值NULL 代表ReadFile將采用同步文件讀寫方式。int timeConstant, timeMutiplier。cto)。lp Overlapped)。并且使用通信線程還不占用CPU時(shí)間，這樣系統(tǒng)實(shí)際上具有了同時(shí)控制多個(gè)通信設(shè)備（如MODEM）的能力。但在某些場(chǎng)合下，該缺點(diǎn)可以通過(guò)一些措施盡可能地減小，而其簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)卻是很好地體現(xiàn)出來(lái)。② 有限時(shí)間內(nèi)，PC機(jī)命令可以執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。鑒于應(yīng)用異步方式的安全性和普遍性下面以C++ Builder為例，敘述PC機(jī)通信軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：(1)打開(kāi)串口在Win32中，串口和其他通信設(shè)備是作為文件處理的。如果調(diào)用成功函數(shù)返回串口的句柄賦給Handle，如果調(diào)用失敗則函數(shù)返回INVALID_HANDLE_VALUE。例如：DCB dcb。 // 無(wú)校驗(yàn)=ONESTOPBIT。例如：……………………………………………………SetupComm( mHandle , 1024*2, 1024*2 ) //輸入輸出緩沖區(qū)的大小均為2K……………………………………………………在用ReadFile 和WriteFile 讀寫串行口時(shí)，需要考慮超時(shí)問(wèn)題?！璗imeOuts. ReadIntervalTimeout=0 //讀間隔超時(shí)=10 //讀時(shí)間系數(shù)=100 //讀時(shí)間常量=10 //寫時(shí)間系數(shù)=100 //寫時(shí)間常數(shù)SetCommTimeouts(hCom, amp。這種情況下，超時(shí)規(guī)定的是操作的完成時(shí)間而不是ReadFile()和WriteFile()的返回時(shí)間。當(dāng)接收到一個(gè)字符并放入緩沖區(qū)后即通知應(yīng)用程序例。os, 0, sizeof( OVERLAPPED ) ) 。os, amp。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中我們可以設(shè)置一時(shí)限，超過(guò)此時(shí)限通信事件未到則執(zhí)行相應(yīng)錯(cuò)誤處理此時(shí)，只需將GetOverlappedResult函數(shù)替換為WaitForSingleObject函數(shù)此函數(shù)的聲明形式如下：WaitForSingleObject(HANDLE hEvent, //事件句柄unsigned long mTimeOuts //超時(shí)設(shè)置)(4) 關(guān)閉串口通信完畢調(diào)用CloseHandle() 函數(shù)關(guān)閉串口例如CloseHandle(mHandle)。（1）波特率誤差來(lái)源分析①單片機(jī)的振蕩電路是由晶體及電容C1 和C2 構(gòu)成。16分頻計(jì)數(shù)器把每個(gè)接收位的時(shí)間分為16 份，在中間三位即7 ，8 ，9 ，狀態(tài)時(shí)位檢測(cè)器對(duì)RXD 端的值采樣，并以3取2的表決方式確定所接收的數(shù)據(jù)位。如果，晶振的離散度已超過(guò)所允許的范圍，此時(shí)不宜用其標(biāo)稱值，可以采用測(cè)量其波特率的方法來(lái)得出實(shí)際的晶振波