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溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)論文-展示頁(yè)

2025-07-07 20:35本頁(yè)面
  

【正文】 培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為,其中τ1為電阻加熱的時(shí)間常數(shù),為電阻加熱的純滯后時(shí)間,為采樣周期。 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)。:半導(dǎo)體制冷片由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆?;ハ嗯帕卸?,而N P之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路,通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體,最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來(lái),陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好,通上電源之後,冷端的熱量被移到熱端,導(dǎo)致冷端溫度降低,熱端溫度升高。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)開關(guān)。由RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下,傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為50英尺,其實(shí)這個(gè)4%的碼元畸變是很保守的,在實(shí)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(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)50英尺。所以采用DB9的9芯插頭座,傳輸線采用屏蔽雙絞線。RS232C接口連接器一般使用型號(hào)為DB25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. ③要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”,高到3V的信號(hào)噪聲容限為2V。+5~即:邏輯。②接口的電氣特性實(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。號(hào)的電平加以規(guī)定。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)腳的準(zhǔn)。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)、EIA在串行通訊時(shí),要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口,使不同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。帶有降壓的復(fù)位檢測(cè)電路。帶有9位地址探測(cè)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(yù)分頻和后分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2個(gè)捕捉器,比較器和PWM模塊。外圍特征:Timer 0 :帶有預(yù)分頻的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 在3v,32KHz時(shí)典型值小于20uA。商用,工業(yè)用溫度范圍。單獨(dú)5v的內(nèi)部電路串行編程(ICSP)能力。全靜態(tài)設(shè)計(jì)。可選擇的振蕩器。可編程的代碼保護(hù)。上電定時(shí)器(PWRT)和震動(dòng)啟動(dòng)定時(shí)器。直接,間接和相對(duì)尋址方式。中斷能力(達(dá)到14個(gè)中斷源)。368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)字節(jié)。DC200ns指令周期。除程序指令為兩個(gè)周期外,其余的均為單周期指令。適合于一般精度的溫度測(cè)量和計(jì)量設(shè)備。操作系統(tǒng):Windows 2000。EIA用戶內(nèi)存:256M RAM。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))。本系統(tǒng)要求長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)視培養(yǎng)液的溫度,并對(duì)當(dāng)前的溫度進(jìn)行控制。(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)微機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié) 正常情況下,系統(tǒng)投入自動(dòng)。 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。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便,控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng),設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)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(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(cè)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(shí)代”的到來(lái),作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步,其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,對(duì)其要求越來(lái)越高,需求越來(lái)越迫切。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。由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)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(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(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)。文中傳感器理論單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合,詳細(xì)地講述了利用熱敏電阻作為熱敏傳感器探測(cè)環(huán)境溫度的過(guò)程,以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。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。本設(shè)計(jì)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(dòng)電路六個(gè)部分。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。溫度控制范圍為15 ~25,升溫、保溫階段溫度控制精度為 。(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。 受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型生物繁殖的培養(yǎng)液主要用于生物的繁殖研究,而溫度是影響生物繁殖的重要因素。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。顯示系統(tǒng):商用計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)總線:RS232C接口(又稱RS232C)RS232 C有25條線,分為5個(gè)功能組,包括4條數(shù)據(jù)線,11條控制線,3條定時(shí)線,7條備用線和未定義線。 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。②外型結(jié)構(gòu)和尺寸: 溫度傳感器結(jié)構(gòu)尺寸圖③主要技術(shù)參數(shù):時(shí)間常數(shù)≤30S  測(cè)量功率≤使用溫度范圍55~+125℃耗散系數(shù)≥6mW/℃ ?、芙倒那€:(2)核心處理單元MicroChip PIC16F877A單片機(jī)MicroChip PCI16F877A單片機(jī)主要性能:具有高性能RISC CPU僅有35條單字指令。運(yùn)行速度:DC20M時(shí)鐘輸入。8K*14個(gè)FLASH程序存儲(chǔ)器。引腳輸出和PIC16C73B/74B/76/77兼容。8級(jí)深度的硬件堆棧。上電復(fù)位(POR)。監(jiān)視定時(shí)器(WDT),它帶有片內(nèi)可靠運(yùn)行的RC振蕩器。低功耗睡眠方式。低功耗,高速CMOS FLASH/EEPROM工藝。在線串行編程(ICSP)。處理機(jī)讀/寫訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。高輸入/輸出電流25mA。低功耗: 在5v,4MHz時(shí)典型值小于2mA。 典型的靜態(tài)電流值小于1uA。Timer 1 :帶有預(yù)分頻的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,在使用外部晶體時(shí)鐘時(shí)在SLEEP期間仍能工作。其中 :捕捉器是16位的。PWM最大分辨率為是10位。帶有SPI(主模式)和I2C(主/從)模式的SSP。帶有RD,WR和CS控制(只40/44引腳)8位字寬的并行從端口。(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。的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS232C接口(又稱RS232C)是目前最常用的一種串行通訊接口。調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)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DB25連接器,對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定,還對(duì)各種信①接口的信號(hào)內(nèi)容RS232C最常用的9條引線的信號(hào)。在RS232C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系?!?”,5~15V;邏輯“0”+15V即作為邏輯“1” 。接口的物理結(jié)構(gòu)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”。④傳輸電纜長(zhǎng)度 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。在本系統(tǒng)中,繼電器控制的自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)電路和PCI16F877A單片機(jī)中程序構(gòu)成溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)生物培養(yǎng)液溫度的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制(5)半導(dǎo)體降溫片及電阻加熱絲①半導(dǎo)體制冷器是根據(jù)熱電效應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn),采用特殊半導(dǎo)體材料熱電堆來(lái)制冷,能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為熱能,效率較高。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)。其中數(shù)字控制器的功能由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。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)。培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度設(shè)定值由Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)中程序設(shè)定。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。5 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) Microchip 。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。AX實(shí)際測(cè)量值。NM儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 溫度非線性轉(zhuǎn)換程序模塊采用折線擬合法進(jìn)行線性化處理,分為以下幾段:≤Ax,T℃=*WN+12≤WN,T℃=*WN+25≤WN,T℃=*
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