【正文】 圖 51 圖 溫度分段線限等效圖 6 通信協(xié)議的設(shè)計 由于溫度采集和實施控制是通過單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，而微機完成溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機和微機之間的通信協(xié)議。 NM儀表上限對應(yīng)的數(shù)字量。 AX實際測量值。Micro Chip PIC16F877A 單片機內(nèi)嵌的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器對應(yīng) 輸出的數(shù)字量為開始 初始化 PIC16F877A單片機端口地址 讀 入預設(shè)溫度值 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果送入 NX 單元 NXFF0 F0NX0 降溫 加熱 工程量變換 溫度非線性溫度轉(zhuǎn)換 發(fā)送數(shù)據(jù)到串口 命令識別程序 從串口接受數(shù)據(jù) Y Y Y N N N 0000000000B~1111111111B（ 0~5V），應(yīng)用以下變換公式進行變換： AX=A0+(AMA0)(NXN0)/(NMN0) 式中， A0為一次測量儀表的下限。 PIC16f877A單片機 加熱控制電路 高阻抗加熱絲 降溫控制電路 半導體降溫片 溫度傳感器 培養(yǎng)皿 TTL電平到 EIA電平轉(zhuǎn)換電路 商用計算機顯示終端 5 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 Microchip PIC16F877A 單片機 溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。同時通過電平轉(zhuǎn)換電路把當前溫度傳輸?shù)缴逃糜嬎銠C的串口中，由計算機動態(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 單片機自動控制。培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度設(shè)定值由 Micro Chip PIC16F877A 單片機中程序設(shè)定。 A/D 轉(zhuǎn)換器可劃歸為零階保持器內(nèi)，所以廣義對象的傳遞函數(shù)為 ]/)1[()1/([)( 11 sTsesKesG s ?????? ?? （ 311） 廣義對象的 Z傳遞函數(shù)為 )/1/)11(]}/)1[()]11/{[)( 1111 ????? ???????? zeTeKzsessKeZzG TLTs ??? ? （ 312） 所以系統(tǒng)的閉環(huán) Z傳遞函數(shù)為 )1/()1()1/(/)1[()( //1 ??? ? TTLsTs eezseseZz ?????? ???????? (313) 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( ???? （ 314） 寫成差分方程即為 )1()1()1()( // Lkuekueku TT ?????? ?? ?? )1(/)1()1()1(/)()1( 1/1//1// ????? TTTTT eKkeeeeKkee ????? ??????? （ 315） 令 )1(/)1( 1//0 ?? TT eKea ?? ??? )1(/)1( 1/1//1 ??? TTT eKeea ??? ??? ?/1 Teb ?? , ?/2 1 Teb ??? , 得 )1()1()1()()( 2110 Lkubkubkeakeaku ???????? （ 316） 式中 )(ke —— 第 k 次采樣時的偏差； )1( ?ke —— 第 1?k 次采樣時的偏差； )1( ?ku —— 第 1?k 次采樣時的偏差； 4 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述 圖 圖 Micro Chip PIC16F877A 單片機中的 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。其中數(shù)字控制器的功能由 單片機 實現(xiàn)。 2）本控制系統(tǒng)是對生物培養(yǎng)液進行溫度監(jiān)控，故太快的溫度變化對生物繁殖顯 圖 ②本控制系統(tǒng)是對生物培養(yǎng)液進行溫度監(jiān)控，過快的溫度變化對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行溫度的小范圍調(diào)節(jié)。 其工作原理如圖 ： 圖 半導體制冷片由許多 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。 繼電器是在自動控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓 的自動開關(guān)。 ④傳輸電纜長度 由 RS232C 標準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為 50 英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 10~20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過 50 英尺。 ③ 接口的物理結(jié)構(gòu) RS232C接口連接器一般使用型號為 DB25的 25芯插頭座 ,通常插頭在 DCE 端 ,插座在 DTE 端 . 一些設(shè)備與 PC 機連接的 RS232C 接口 ,因為不使用對方的傳送控制信號 ,只需三條接口線 ,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。噪聲容限為 2V。即：邏輯。 RS232C最常用的 9條引線的信號。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 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”該標準規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加以規(guī)定 。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 帶有降壓的復位檢測電路。 帶有 9位地址探測的通用同步異步接收 /發(fā)送（ USART/RCI）。 10位多通道模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器。 比較器是 16位的，最大分辨率為 200nS。 Timer 2 ：帶有 8 位周期寄存器，預分頻和后分頻器的 8位定時器 /計數(shù)器 2個捕捉器，比較器和 PWM 模塊。 外圍特征： Timer 0 ：帶有預分頻的 8 位定時器 /計數(shù)器。 在 3v,32KHz 時典型值小于 20uA。 商用，工業(yè)用溫度范圍。 運行電壓范圍 到 5v。 單獨 5v 的內(nèi)部電路串行編程 (ICSP)能力。 全靜態(tài)設(shè)計。 可選擇的振蕩器。 可編程的代碼保護。 上電定時器 (PWRT)和震動啟動定時器。 直接，間接和相對尋址方式。 中斷能力（達到 14個中斷源）。 368*8 個數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）字節(jié)。 DC200ns 指令周期。 除程序指令為兩個周期外，其余的均為單周期指令。 適合 于一般精度的溫度測量和計量設(shè)備 。 操作系統(tǒng) ： Windows 2021。 用戶內(nèi)存 ： 256M RAM。 2 系統(tǒng)的硬件配置 單片機和系統(tǒng)總線 單片機 ： PIC16F877A（ PIC16F877A 為美國 MICORCHIP 公司生產(chǎn)的帶 A/D 轉(zhuǎn)換的 8 位單片機）。本系統(tǒng)要求長時間監(jiān)視培養(yǎng)液的溫度，并對當前的溫度進行控制。 （ 4）微機監(jiān)控功能 顯示當前被控量的設(shè)定值、實際值，控制量的輸出。 圖 （ 2）微機自動調(diào)節(jié) 正常情況下，系統(tǒng)投入自動。 1 設(shè)計要求 控制要求 （ 1）生物繁殖培養(yǎng)液的溫度要保證在適于細胞繁殖的溫度內(nèi)，這主要在控制程序設(shè)計中考慮。文中對 每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。設(shè)計后的系統(tǒng)具 有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。 本設(shè)計應(yīng)用性比較強，設(shè)計系統(tǒng)可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。 本文利用單片機結(jié)合 傳感器 技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一 溫度監(jiān)控系統(tǒng) 。 其發(fā) 展 速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。另一方面，傳感器的被測信號來自于各個應(yīng)用領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時效，各自都在開發(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)。 傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能 。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。 引言 隨著 “ 信息時代 ” 的到來，作為獲取信息的手段 —— 傳感器技術(shù)得到了 顯著 的進步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。 由于傳感器能將各種物理量、化學量和生物量等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺沟萌藗兛梢岳糜嬎銠C實現(xiàn)自動測量、信息處理和自動控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。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，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應(yīng)用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。 溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。 為了提 高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。 文中傳感器理論單片機實際應(yīng)用有機結(jié)合，詳細地講述了利用熱敏電阻作為熱敏傳感器探測環(huán)境溫度的過程，以及實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測，利用單片機實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過計算機實施溫度監(jiān)控。 本設(shè)計系統(tǒng)包括溫度傳感器， A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ，輸出控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路六個部分。整個系統(tǒng)的核心是進行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。溫度控制范圍為 15 ～ 25，升溫、降溫階段的溫度控制精度要求為 度，保溫階段溫度控制精度為 。 （