文档介绍：生物培养液微机温度控制系统设计
1设计要求
设计一个生物培养液微型计算机温度控制系统,系统为一阶惯性纯滞后特性,温度在15~25℃范围内连续可控,温度控制精度为 ℃;通过LED 显示温度;
2设计原理
要设计完成一个生物培养液微型计算机温度控制系统,我们可以把它的组成分成以下几个部分:温度采集部分,温度放大转换部分,温度驱动调节部分,实时温度显示部分和报警部分,以及温度设定的键盘输入部分。单片机判断输入温度信号与设定的温度的差距,再通过改进的PID算法给以调节。
放大器的则是用来放大采集装置采集的温度,由于测量的温度一般较小,所以要先用放大器进行放大再输入。A/D转换器是用来把采集到的模拟电压信号量转换成单片机机可以识别的数字信号。高阻抗加热丝和半导体降温片是该温度控制系统的温度调节部分,当采集温度不符合要求时,则通过计算机判断后进行调节。半导体降温片用来降温,高阻抗加热丝用来加温。显示部分则用来显示生物培养液微的温度以及设定时设置的温度值。温度采集装置采用热电阻AD590来采集培养液的温度,来看以看是否达到要求。通过以上的几个部分的组合,则组成了一个生物培养液微型计算机温度控制系统。生物培养液微型计算机温度控制系统的结构图如下图1所示。
加热控制电路
高阻抗加热丝
生
物
培
养
皿
AT89C51
单片机
LED显示
报警电路
半导体降温片
降温控制电路
键盘电路
温度传感电路
A/D转换
图1 生物培养液微型计算机温度控制系统结构图
3输入通道及输出通道设计
LM35是由National Semiconductor所生产的温度感测器,其输出电压与摄氏温标呈线性关系,转换公式如式(1),0°C时输出为0V,每升高 1°C,输出电压增加10mV。即:
LM35 有多种不同封装型式,外观如图 1 所示。在常温下,LM35 不需要额外的校准处理即可达到± °1/4C的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种,其引脚如图 2 所示,正负双电源的供电模式可提供负温度的量测;两种接法的静默电流-温度关係如图 3所示,单电源模式在25°C下静默电流约50μA,非常省电。
图1 LM35封装及引脚排列
图2 单电源模式图3 双电源模式
由课程任务书可知:温度在15~25℃范围内连续可控。因此,只需要单电源模式即可满足要求。又由于,LM35输出的电压太小,因此将输出用非反相
放大器放大十倍,其电路图如下图4所示。
图4 温度传感模块电路
A/D转换模块
由于由AD590组成的温度传感模块输出的是模拟量的温度值,单片机无法直接识别,于是需要进行A/D转换,将其转化为微机能识别的数字量。本系统采用ADC0809A/D转换器。
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近
寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此,ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力,既可与各种微处理器相连,也可单独工作。输入输出与TTL兼容。ADC0809A/D转换芯片引脚图如下图3所示。
图3 ADC0809A/D转换芯片引脚图
ADC0809A/D转换芯片引脚功能:
ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装
IN0~IN7:8路模拟量输入端。
2-1~2-8:8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路.
ALE:地址锁存允许信号,输入,高电平有效。
START: A/D转换启动信号,输入,高电平有效。
EOC: A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。
OE:数据输出允许信号,输入,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。
CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
REF(+)、REF(-):基准电压。
Vcc:电源,单一+5V。
GND:地。
ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B和C为地址输入线,用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。本系统中ADC0809的转化电路如下图4所示。
图4 ADC0809转换电路接线图
键盘(温度设置)模块
键盘模块是本控制系统的人机交流模块部分,主要为用户提供进行温