【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。本系統(tǒng)中 ADC0809 的轉(zhuǎn)化電路如下圖 8 所示。 圖 8 ADC0809 轉(zhuǎn)換電路接線圖 溫度 顯示模塊 由于任務(wù)書要求使用 LED 顯示溫度，而且溫度在 15~25℃范圍內(nèi)連續(xù)可控，溫度控制精度為 ℃。因此，本系統(tǒng)采用了四位共陽(yáng)極的ＬＥＤ七段數(shù)碼管。如圖７所示為 4 位 7 段數(shù)碼管的原理圖。由于所有的段選線并聯(lián)到同一個(gè) I/O，由這個(gè) I/O 口來(lái)控制，因此，若是所 有的 4 位 7 段 LED 都選通的話， 4 位 7 段 LED 將會(huì)顯示相同的字符。要使各個(gè)位 的 7 段 LED 顯示不同的字符，就必須采用動(dòng)態(tài)掃描方法來(lái)輪流點(diǎn)亮每一位 7 段 LED，即在每一瞬間只選通一位 7 段 LED 進(jìn)行顯示單獨(dú)的字符。在此段點(diǎn)亮?xí)r間 內(nèi)，段選控制 I/O 口輸出要顯示的相應(yīng)字符的段選碼，而位選控制 I/O 口則輸 出 位選信號(hào)，向要顯示的位送出選通電平（共陰極則送出低電平，共陽(yáng)極則送出高 電平），使得該位顯示相應(yīng)字符。這樣將四位 7 段 LED 輪流去點(diǎn)亮，使得每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示的字符。由于人眼的視覺暫留時(shí)間為 秒，當(dāng)每位顯示的間 隔未超過 33ms 時(shí)，并在武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 9 顯示時(shí)保持直到下一位顯示，則由于人眼的視覺暫留效 果眼睛看上去就像是 4 位 7 段 LED 都在點(diǎn)亮。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意每位顯示的間隔時(shí)間，由于一位 7 段 LED 的熄滅時(shí)間不能超過 100ms，也就是說點(diǎn)亮其它位所用的時(shí)間不能超過 100ms，這樣 當(dāng)有 N 位的 7 段 LED 用來(lái)顯示時(shí)，每一位間隔的時(shí)間 t 就必須符合下面的式子： t≦ 100ms/(N1) 本系統(tǒng)中 N＝ 4，則由式子可以算出 t≦ 33ms，就是每一位的間隔時(shí)間不能超過 33ms。當(dāng)然時(shí)間可以也設(shè)得短一些，比如 5ms 或 1ms 也可以。 如下圖 10所示為該四位 7 段ＬＥＤ數(shù)碼管顯示模塊的管腳連接圖。從左到右，Ａ G依次接 ,DP 接 管腳。 14 為數(shù)碼管位選的輸入，依次接 管 腳。 圖 9 七段ＬＥＤ數(shù)碼管顯示 原理圖 在進(jìn)行顯示編程時(shí)，首先選定需要顯示的位數(shù)，然后向段選為送數(shù)據(jù)。即可顯示。由于單片機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示管，因此不需外加驅(qū)動(dòng)電路了。 圖 10 七段ＬＥＤ數(shù)碼管顯示模塊的管腳連接圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 10 4 輸出通道設(shè)計(jì) 報(bào)警電路 設(shè)計(jì) 如果培養(yǎng)液里的溫度過高或者是過低了，超出了其允許的某個(gè)溫度范圍，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒用戶，可以讓用戶采取更為快速和有效地措施來(lái)避免或是減少損失。報(bào)警電路圖下圖 11所示。當(dāng)微機(jī)判斷當(dāng)前溫度值超出范圍時(shí)，將 管腳置低電平，利用非門來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭報(bào)警。 圖 11喇叭報(bào)警電路圖 降溫控制電路設(shè)計(jì) 若當(dāng)前檢測(cè)得的溫度比設(shè)定的溫度高，則需要對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行降溫處理。本系統(tǒng)利用半導(dǎo)體降溫片來(lái)對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行降溫。其優(yōu)點(diǎn)是是無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可靠性也比較高，且無(wú)污染。實(shí)物如下圖 10。實(shí)際使用中也是同電阻絲加熱模塊一樣，采用繼電器，在滿足制冷條件下繼電器接通，接通制冷電源，利用改進(jìn)的 PID 算法來(lái)計(jì)算 PWM 脈寬得出控制輸出。從而達(dá)到根據(jù)檢測(cè)到的溫度而自動(dòng)調(diào)節(jié)繼電器導(dǎo)通時(shí)間 當(dāng)然，實(shí)際使用時(shí)也可以采用電風(fēng)扇，即再在滿足制冷條件下繼電器接通，電風(fēng)扇的電機(jī)接通電源而轉(zhuǎn)動(dòng)制冷。也是利用改進(jìn)的 PID 算法來(lái)計(jì)算 PWM 脈寬得出控制輸出。從而達(dá)到根據(jù)檢測(cè)到的溫度而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。 其電路圖如圖12 所示。 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 11 圖 12 降溫控制電路圖 加熱控制電路設(shè)計(jì) 在讀取到從溫度傳感模塊采集到的溫度數(shù)值后，與事先設(shè)定好的溫度值進(jìn)行比較，若當(dāng)前檢測(cè)得的溫度比設(shè)定的溫度低，則需要對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行加熱處理。本系統(tǒng)利用高阻抗的電阻絲來(lái)對(duì)培養(yǎng)液加熱。如下圖 13 所示，在檢測(cè)到溫度比設(shè)定的溫度低時(shí)， 三極管基極 高電平，從而 NPN 管道通，驅(qū)動(dòng)繼電器啟動(dòng)，從而為高阻抗加熱電阻絲通電加熱生物培養(yǎng)液。利用改進(jìn)的 PID 算法來(lái)計(jì)算 PWM 脈寬得出控制輸出。從而達(dá)到根據(jù)檢測(cè)到的溫度而自動(dòng)調(diào)節(jié)繼電器導(dǎo)通時(shí)間 。 圖 13 加 熱控制電路圖 5 系統(tǒng)總電路圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 12 圖 14 系統(tǒng)總電路圖 6 采用改進(jìn) PID 控制算法 采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見下圖 15。其中數(shù)字控制器的功能由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 圖 15 控制系統(tǒng)框圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 13 已知培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為 ),1/()(1 ?? ? sKesGc s ?? 設(shè) LT?? ，其中τ 1為電阻加熱的時(shí)間常數(shù)， ? 為電阻加熱的純滯后時(shí)間， T? 為采樣周期。 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 ]/)1[()1/([)( 11 e seKsG Tsss ?? ???? ?? （ 41） 廣義對(duì)象的 Z傳遞函數(shù)為 )/1/)11(]}/)1[()]11/{[)( 1111 ?????? ??????? zeTeKzsesKZzG TLTsse ?? ??（ 42） 所以系統(tǒng)的閉環(huán) Z 傳遞函數(shù)為： )1/()1()1/(/)1[()( //1 ??? ? TTLsTs eezseseZz ?????? ???????? (43) 系統(tǒng)的數(shù)字控制器為： )(G/)()(D)(E/)(U 1 zzzzz ??? = LTTeTTT zezeeKeze ????????? ?????? 1/1/1//11/ )1(]1)[1(/)1)(1( ???? （ 44） 寫成差分方程即為 ： )1()1()1()( // Lkuekueku TT ?????? ?? ??)1(/)1()1()1(/)()1( 1/1//1// ????? TTTTT eKkeeeeKkee ????? ??????? （ 45）