【正文】 止電流 溫度關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低 (℃ )，單電源模式在 25℃ 下靜止電流約 50μA，工作電壓較寬，可在 4— 20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。 LM35DZ 輸出為 0℃ ～ 100℃ ，而 LM35CZ輸出可覆蓋－ 40℃ ～ 110℃ ，且精度更高，兩種芯片的精度都比 LM35 高，不過價格也稍高。1/4℃ ； 校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； 額定使用溫度范圍： 55～ +150℃ 。 177。 177。 177。 ℃ TA=TMAX 177。 177。 ℃ 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 12 頁 共 52 頁 TA=TMIN 177。 177。 ℃ Nonlinearity非線性 (注 8) TMIN≤TA≤TMAX 177。 177。 ℃ Sensor Gain傳感器增益(Average Slope)平均斜率 TMIN≤TA≤TMAX + +, + + mV/℃ + + Load Regulation 負(fù)載調(diào)節(jié) (注3) 0≤IL≤1mA TA=+25℃ 177。 177。 mV/mA TMIN≤TA≤TMAX 177。 177。 mV/mA Line Regulation 線路調(diào)整（ 注3) TA=+25℃ 177。 177。 mV/V 4V≤VS≤30V 177。 177。 mV/V Quiescent Current 靜態(tài)電流 (注 9) VS=+5V, +25℃ 56 67 56 67 μA VS=+5V 105 131 91 114 μA VS=+30V, +25℃ 68 68 μA VS=+30V 133 116 μA Change of Quiescent Current 變化靜態(tài)電流 (注3) 4V≤VS≤30V, +25℃ μA 4V≤VS≤30V μA 第 13 頁 共 52 頁 Temperature Coefficient of Quiescent Current 靜態(tài)電流 /溫度系數(shù) + + + + μA/℃ Minimum Temperature for Rated Accuracy 最低溫度 額定精度 In circuit of Figure 1,IL=0 + + + + ℃ Long Term Stability 長期穩(wěn)定性 T J=TMAX,for 1000 hours 177。 ℃ 由課程任務(wù)書可知：溫度在 15?25℃范 圍內(nèi)連續(xù)可控。又由于， LM35 輸出的電壓太小，因此 將輸出 進行放大。因此，從某種意義上說，沒有 ADC 的廣泛應(yīng)用，就沒有計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差在 攝氏度范圍內(nèi)，采用8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， ADC0809 其最大量化誤差為 1 攝氏度，能夠滿足精度要求。 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS組件。 ADC0809 由一個 8 路模擬開基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 14 頁 共 52 頁 關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù) 字量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， 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送入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 第 15 頁 共 52 頁 C B A 被選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 表 1 通道選擇表 ADC0809A/D 轉(zhuǎn)換芯片引腳 功能 ： ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 . ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此 端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 16 頁 共 52 頁 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 。 圖 6 ADC0809 轉(zhuǎn)化電路 放大電路 由于溫度傳感器 LM35 輸出的電壓范圍為 0~,雖然該電壓范圍在 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入范圍允許范圍內(nèi)，但該電壓信號較弱，如果不進行放大直接進行 A/D 轉(zhuǎn)換則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換側(cè)很難過的數(shù)字量太小、精度低。系統(tǒng)采取同相輸入，電壓放大倍數(shù)為 5倍，電路 圖如圖 7所示 . 第 17 頁 共 52 頁 圖 7 放大電路 變送器 傳感器是能夠受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱 ,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。變送器的概念是將非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號的儀器，傳感器則是將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件 。或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號同時放大以便供遠方測量和控制的信號源。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動控 制的監(jiān)測信號源。 溫度控制電路 溫度控制分為兩部分：①加熱控制電路 ②降溫控制電路 控制電路可以采用繼電器來實現(xiàn)， 控制繼電器根據(jù)某種信號的變化接通或斷開控制電路，實現(xiàn)控制目的。當(dāng)感應(yīng)元基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 18 頁 共 52 頁 件中的輸入量變化到某一定值時繼電器動作，輸出觸點便接通和斷開控制回路。常用的繼電器，按用途分可分為中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及 溫度、壓力、計數(shù)、頻率、速度繼電器等。電子元器件的發(fā)展應(yīng)用，推動了各種電子式的小型繼電器的出現(xiàn)，這類繼電器比傳統(tǒng)的繼電器靈敏度更高、壽命更長、動作更快、體積更小，一般都采用密封式或封閉式結(jié)構(gòu)，用插座與外電路連接，便于迅速替換，能與電子線路配合使用。它的分類方法很多，如果按動作原理分類有；電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式繼電器及熱繼電器。 （ 1） 電壓繼電器 電壓繼電器按功能分為控制用的中間繼電器和保護用的過電壓、欠電壓和零電壓繼電器。主要用途是在低壓控制電路中擴展其他電器的觸點數(shù)目或觸點容量，起信號中繼作用。電路正常工作時，過電壓繼電器不 會 動作，當(dāng)電路電壓超過某一整定值時，過電壓繼電器吸合，對 電路實現(xiàn)過電壓保護。 （ 2） 電流繼電器 電流繼電器反映的是電流信號，使用時，應(yīng)將其勵磁線圈和負(fù)載串連，其線圈匝數(shù)少而粗，不致影響負(fù)載電路。電路正常工作時，欠電流繼電器吸合，當(dāng)電路電流減小到某一整定值以下時，欠電流繼電器釋放，對電路起欠電流保護。 加熱控制電路 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)定好的溫度值進行比較，若當(dāng)前檢測得的溫度比設(shè)定的溫度低，則需要對培養(yǎng)液進行加熱處理。如下圖 8所示，在檢測到溫度比設(shè)定的溫度低時， 管腳輸 第 19 頁 共 52 頁 出高電平，從而 NPN管道通，驅(qū)動繼電器啟動，從而為高阻抗加熱電阻絲通電加熱生物培養(yǎng)液。從而根據(jù)檢測到的 溫度而自動調(diào)節(jié) 繼電器導(dǎo)通時間。本系統(tǒng)利用半導(dǎo)體降溫片來對培養(yǎng)液進行降溫。實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， 利用改進的 PID算法來計算 PWM 脈寬得出控制輸出。也是 利用改進的 PID 算法來計算 PWM 脈寬得出控制輸出。 半導(dǎo)體制冷器是根據(jù)熱電效應(yīng)技術(shù)的特點，采用特殊半導(dǎo)體材料熱電堆來制冷，能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為熱能，效率較高。 若當(dāng)前檢測得的溫度比設(shè)定的溫度高，則需要對培養(yǎng)液進行降溫處理。本系統(tǒng)利用半導(dǎo)體降溫片來對培養(yǎng)液進行降溫。實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， 利用改進的 PID算法來計算 PWM脈寬得出控制輸出。電路圖如圖 10 第 21 頁 共 52 頁 圖 10 降溫電路 報警電路 如果培養(yǎng)液里的溫度過高或者是過低了，超出 了其允許的某個溫度范圍，則系統(tǒng)會自動報警，提醒用戶，可以讓用戶采取更為快速和有效地措施來避免或是減少損失。當(dāng)微機判斷當(dāng)前溫度值超出范圍時，將 管腳置低電平，利用非門來驅(qū)動喇叭報警。利用按鍵可以實現(xiàn)向單片微機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令、功能切換等，是人工干預(yù)單片微機系統(tǒng)的主要手段。按鍵所用 開關(guān)為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用。按鍵的穩(wěn)定閉合期長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為十分之幾秒到幾秒的時間。為了確保單片微機對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動的影響。各個鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線相連接。對按鍵是否被按下，需采用軟件消抖的辦法，以消除按鍵在閉合和斷開瞬間所伴隨有一連串抖動所帶來的不利影響。將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。識別出具體的按鍵，逐列置零電平，其余各列置為高電平，某行電平由高電平變?yōu)榱?電平，可確定此行此列交叉點處的按鍵被按下。鍵盤的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)中單片微機工作的忙、閑情況而定。鍵盤工作方式有三種，即：編程掃描、定時掃描和中斷掃描。鍵掃描：先通過輸出口使所有列線輸出為低電平，然后從輸入口讀入所有行線的狀態(tài)。判斷按鍵位置。由行、列線的狀態(tài)就可判斷是哪一個鍵被按下 當(dāng)判斷出哪個鍵壓下后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。定時掃描方式：響應(yīng)定時中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，對鍵盤掃描一遍，檢查鍵盤的狀態(tài)，實現(xiàn)對鍵盤的定時掃描。 鍵盤模塊是本 控制系統(tǒng)的人機交流模塊部分，主要 為用戶提供進行溫度的設(shè)置功能。如圖 12 所示： 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 24 頁 共 52 頁 圖 12 鍵盤電路 LED 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 ℃。如圖 13 所示為 4位 7 段數(shù)碼管的原理圖。要使各個位 的 8 段 LED 顯示不同的字符，就必須采用動態(tài)掃描方法來輪流點亮每一位 8 段 LED，即在每一瞬間只選通一位 8 段 LED 進行顯示單獨的字符。這樣將四位 8 段 LED 輪流去點亮，使得每位分時顯示該位應(yīng)顯示的字符。設(shè)計時，要注意每位顯示的間隔時間，由于一位 8 段 LED 的熄滅時間不能超過 100ms，也就是說點亮其它位所用的時間不能超過 100ms，這樣當(dāng)有 N 位的 8 段 LED 用來顯示時，每一位間隔的時間 t 就必須符合下面的式子： t≦ 100ms/(N1) 第 25 頁 共 52 頁 圖 13 LED 的動態(tài)顯示原理圖 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間不能超過 33ms。 如下圖 14所示為該四位 8 段 LＥＤ數(shù)碼管顯示模塊的管腳連接圖。 14為數(shù)碼管位選的輸入，依次接 管腳。即可顯示。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。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。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(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)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最常用的 9條引線的信號。即：邏輯。噪聲容限為 2V。 第 27 頁 共 52 頁 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”。 ④傳輸電纜長度 由 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定