【正文】 232 結(jié)構(gòu)圖 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 28 頁 共 50 頁 圖 16 串行電路圖 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 共 50 頁 原理圖 圖 15 原理圖 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 30 頁 共 50 頁 3 溫度控制系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)的操作過程和工作過程在程序的設計過程中起著很重要的指導作用，因此在軟件設計之前應首先分析溫度控制系統(tǒng)的工作流程。所以采用DB9的 9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。即 要求接收器能 識別低至 +3V的信號作為邏輯“ 0”，高到 3V的信號 作為邏輯“ 1” 。“ 1”， 5~15V；邏輯“ 0” +5~ +15V 。 ②接口的電氣特性 在 RS232C 中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。 ①接口的信號內(nèi)容 實際上 RS232C的 25 條引線中有許多是很少使用的，在計算機通訊中一般只使用 39 條引線。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。由于單片機可以直接驅(qū)動 LED顯示管，因此不需外加驅(qū)動電路了 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 26 頁 共 50 頁 圖 14 RS232C 接口電 路 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。 在進行顯示編程時，首先選定需要顯示的位數(shù)，然后向段選位送數(shù)據(jù)。 從左到右，Ａ G依次接 , DP 接 。當然時間可以也設得短一些，比如 5ms或 1ms 也可以。由于人眼的視覺暫留時間為 秒，當每位顯示的間隔未超過 33ms 時，并在顯示時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 8 段 LED 都在點亮。在此段點亮時間內(nèi)，段選控制 I/O 口輸出要顯示的相應字符的段選碼，而位選控制 I/O 口則輸出位選信號，向要顯示的位送出選通電平（共陰極則送出低電平，共陽極則送出高電平），使得該位顯示相應字符。由于所有的段選線并聯(lián)到同一個 I/O，由這個 I/O 口來控制，因此，若是所 有的 4 位 8 段 LED 都選通的話， 4 位 8 段 LED 將會顯示相同的字符。因此，本系統(tǒng)采用了四位共陽極的ＬＥＤ七段數(shù)碼管。該設置功能模塊中包括了 0到 9的數(shù)字按鍵，啟動設置按鍵，即“設置”按鈕，輸入錯誤時的刪除按鍵，及“刪除”鍵。中斷掃描方式：當鍵位上有鍵壓下時，由硬件電路產(chǎn)生中斷請求， CPU 響應中斷，執(zhí)行中斷服務程序，判斷壓下的鍵的鍵號，根據(jù)鍵的定義 (數(shù)字鍵或功能鍵 )作相應的處理。程控掃描方式： CPU的控制一旦進入監(jiān)控程序，將反復不斷地掃描鍵盤，等待輸入命令或數(shù)據(jù)。使列線從低位至高位逐位變低電平輸出，每次均讀入行線的狀態(tài)，以 確定那條列線為 “0” 狀態(tài)。若行線中有低電平，則表明有鍵被按下。 矩陣式鍵盤的工作過程。其原則是既要保證能及時響應按鍵操作，又不要過多占用單片微機的工作時間。 單片微機在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。矩陣鍵盤按鍵的華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁 共 50 頁 識別方法：識別鍵盤有無鍵被按下，所有列線均置為 0電平，檢查各行線電平是否有變化，如果有變化，則說明有鍵被按下。矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。任何一個按鍵按下時，通過門電路都會向 CPU申請中斷，在中斷服務程序中，讀入 P1 口的值，從而判斷是哪一個按鍵被按下。 鍵盤接口的工作原理鍵盤可分為兩類：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 鍵的閉合與否，反應在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。一個電壓信號通過機械觸點的斷開、閉合過程，在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短一般為 5～ 10ms。 鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關的集合。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 22 頁 共 50 頁 圖 11 報警電路 鍵盤電路 在過程控制和智能化儀表中，通常是用單片微機進行實時控制和數(shù)據(jù)處理的，為實現(xiàn)人機對話，鍵盤是個必不可少的功能配置。報警電路圖下圖 11所示。從而達到根據(jù)檢測到的 溫度而自動調(diào)節(jié)繼電器導通時間。其優(yōu)點是 無運動部件，可靠性也比較高，且無污染。在檢測到的 溫度比設定的溫度偏低時， ，從而 NPN管道通，驅(qū)動繼電器啟動，從而為半導體制冷片通電是培養(yǎng)液達到制冷的目的。其工作原理如圖 9： 圖 9半導體降溫片工作原理圖 導體制冷片由許多 N型和 P型半導體之顆?；ハ嗯帕卸?，而 N P 之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好，通上 電源 之後，冷端的熱量被移到熱端，導致冷端溫度降低，熱端溫度升高?；趩纹瑱C生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 20 頁 共 50 頁 從而達到根據(jù)檢測到的 溫度而自動調(diào)節(jié) 風扇 的轉(zhuǎn)速。從而達到根據(jù)檢測到的溫度而自動調(diào)節(jié) 繼電器導通時間 當然，實際使用時也可以采用電風扇，即再在滿足制冷條件下繼電器接通，電風扇的電機接通電源而轉(zhuǎn)動制冷。其優(yōu)點是 是無運動部件，可靠性也比較高 ，且無污染。 圖 8 加熱電路 降溫控制電路 若當前檢測得的溫度比設定的溫度高，則 需要對培養(yǎng)液進行降溫處理。利用改進的 PID 算法來計算 PWM脈寬得出控制輸出。本系統(tǒng)利用高阻抗的電阻絲來對培養(yǎng)液加熱。電路正常工作時，過電流繼電器不 會 動作，當電路電流超過某一整定值時，過電流繼電器吸合，對電路起過電流保護。常用的電流繼電器有欠電流和過電流繼電器兩種。零電壓繼電器是當電路電壓降低到 5% UN～ 25% UN 時釋放，對電路實現(xiàn)零電壓保護。電路正常工作時，欠電壓繼電器吸合，當電路電壓減小到某一整定值時，欠電壓繼電器釋放，對電路實現(xiàn)欠電壓保護。中間繼電器也是一種電壓繼電器，是控制電路使用最多的繼電器，它的觸點對數(shù)多、觸點容量較大、動作靈敏度較高。電磁式繼電器 主要包括電壓式繼電器、電流式繼電器。 繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號接通或斷開小電流控制電路的低壓電器器件?？刂评^電器按結(jié)構(gòu)分為電磁式和電子式兩大類，其中電磁式繼電器結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，在機床電路中被廣泛應用?？刂评^電器種類繁多。主要由輸入電路和輸出電路等組成，輸出電路通常是觸點。不同的物理量需要不同的傳感器和相應的變送器。根據(jù)需要還可將模擬量變換為數(shù)字量。 變送器則是把傳感器采集到的微弱的電信號放大以便轉(zhuǎn)送或啟動控制元件。當傳感器的輸出為規(guī)定的標準信號時，則稱為變送器。又因為 ADC0809 的輸出電壓為 05V,所以最大可以放大5 倍， 系統(tǒng)中選用通用型放大器 μ A741 對 LM35 輸出的電壓信號進行幅度放大，還可以對其進行阻抗匹配、波形變換、噪聲抑制等處理。本系統(tǒng)中 ADC0809 的轉(zhuǎn)化電路如下圖 6所示。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A，基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 16 頁 共 50 頁 B， C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 GND：地。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表 1為通道選擇表 。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。其引腳如圖 5 所示： IN 0D0D1IN 1D2D3IN 2D4D5IN 3D6D7IN 4E O CIN 5A D D AIN 6A D D BA D D CIN 7A L Ere f( )OES T A R Tre f( + )C L O C KGNDV c cA D C 08 0 9 圖 5 ADC0809引腳圖 多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。多路開關可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。因此，本系統(tǒng)選用 ADC0809作為 ADC，來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADC 的種類很多，性能各不相同，在實際工作中，選擇 ADC 需考慮的指標有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、精度、電源、輸入電源范圍、工作環(huán)境、數(shù)字輸出特性、價格等。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設計 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是計算機同外界交換信息所必須的接口器件，因為它能將描述自然現(xiàn)象和生產(chǎn)過程的模擬量轉(zhuǎn)換成便于計算機存儲和處理數(shù)字量。因此，只需要單電源模式即可滿足要求。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 ℃ TA=?10℃ 177。 177。 1引腳說明： ① 電源負 GND； ② 電源正 VCC； ③ 信號輸出 S； 傳感器參數(shù) 供電電壓 35V到 輸出電壓 6V至 輸出電流 10mA 指定工作溫度范圍 LM35A 55℃ to +150℃ LM35C, LM35CA 40℃ to +110℃ LM35D 0℃ to +100℃ 電氣特性 Parameter 參數(shù) Conditions 條件 LM35A LM35CA Units (Max.) 單位 Typical 典型 Tested Limit 測試極限 ( 注4) Design Limit設計極限 ( 注5) Typical典型 Tested Limit 測試 極限(注 4) Design Limit設計極限 ( 注5) Accuracy 精度（注 7 ） TA=+25℃ 177。 封裝形式與型號關系 ： TO46 金屬罐形封裝 LM35H,LM35AH,LM35CH,LM35CAH,LM35DH TO220 塑料封裝 LM35DT TO92 封裝 LM35CZ,LM35CAZ LM35DZ SO8 IC 式封裝 LM35DM 規(guī)格參數(shù) ： 工作電壓：直流 4～ 30V； 工作電流：小于 133μA 輸出電壓： +6V～ 輸出阻抗 ： 1mA負載時 ； 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 50 頁 精度： ℃ 精度（在 +25℃ 時）； 漏 泄電流：小于 60μA； 比例因數(shù)：線性 +℃ ； 非線性值： 177。 目前，已有兩種型號的 LM35 可以提供使用。 圖 3 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 10 頁 共 50 頁 圖 4 單雙電源引腳圖 工作電壓 4～ 30V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約 50μA），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。1/4℃ 的準確率。C （ 1） LM35 有多種不同封裝型式 ，外觀如圖 3 所示 。 即： VoutLM35(T)=10mv/176。 每升高 1176。 LM35 是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。擬合直線的選取有多種方法。通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。這是因為傳感器對標華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 50 頁 準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。傳感器的動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。 按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關量的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的