楊 旭，王以忠，朱 慧

（1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402；2.天津科技大學(xué)，天津 300222；3.天津恩溢財(cái)務(wù)咨詢有限公司，天津 300150）

0 引言

近年來(lái)，隨著恒溫恒濕培養(yǎng)箱的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，發(fā)展也極為迅速。其主要應(yīng)用為熱電偶測(cè)溫原理進(jìn)行溫度測(cè)量?，F(xiàn)在我們生活中常用的熱電偶溫度傳感器也具有自身的一些優(yōu)勢(shì)和相關(guān)缺點(diǎn)，由于其靈敏程度不高，對(duì)于外界環(huán)境的抵抗能力較差，其前置的溫度放大裝置也會(huì)對(duì)其造成一定的影響，所以對(duì)于某些細(xì)小的溫度變化測(cè)量不夠精確[2]。所以，這就促使了溫度傳感器的研發(fā)，這是多種電子傳感器的其中之一，目前的溫度傳感裝置形態(tài)較小，這對(duì)于該裝置的實(shí)際運(yùn)用有很大的意義，所以其應(yīng)用的范圍較為廣泛，這對(duì)于我們的日常生活也有很多便利和幫助[3]。

現(xiàn)在科技發(fā)展的速度突飛猛進(jìn)，很多類型的溫度傳感裝置被不斷的研發(fā)出來(lái)，因此被廣泛的運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式和三總線式等方向進(jìn)行發(fā)展。對(duì)于數(shù)字溫度傳感裝置而言，其優(yōu)點(diǎn)在于適用范圍較廣，主要用于微處理裝置的溫度控制器，因?yàn)樗梢院芎玫嘏c微處理裝置接口與模擬處理器的電路融合，以及克服A/D轉(zhuǎn)換器的相關(guān)缺點(diǎn)等，所以，在電子測(cè)溫計(jì)、工業(yè)控制以及相關(guān)的醫(yī)療儀器都可以進(jìn)行相關(guān)溫度控制。在此當(dāng)中，數(shù)字溫度傳感器DS1722是其中代表性的裝置之一，它能夠收到較寬電壓范圍的低功率的數(shù)字邏輯信號(hào)以及模擬信號(hào)，所以，這對(duì)于混合以及便攜的多電壓需求能夠滿足。設(shè)計(jì)人員能夠利用SPI串行接口以及增加的標(biāo)準(zhǔn)三線通過(guò)嵌入式系統(tǒng)中，在不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)定方面更為靈活。

本課題主要工作是設(shè)計(jì)恒溫恒濕培養(yǎng)箱的溫度、濕度控制系統(tǒng)。在了解恒溫恒濕培養(yǎng)箱及溫濕度自動(dòng)控制器的發(fā)展，以及熟悉溫度濕度控制原理與方法的基礎(chǔ)上，對(duì)控制器的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 溫濕度自動(dòng)控制器的總體方案設(shè)計(jì)

恒溫恒濕培養(yǎng)箱的核心部件是溫濕度自動(dòng)控制器。本文聯(lián)系恒溫恒濕培養(yǎng)箱的研究現(xiàn)狀，在整個(gè)是溫度自動(dòng)控制的相關(guān)指標(biāo)下面，可以制定出整個(gè)溫度自動(dòng)控制方案的構(gòu)架。對(duì)整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)信號(hào)顯示及處理、溫濕度數(shù)據(jù)的收集、對(duì)時(shí)溫度的監(jiān)控是其主要實(shí)現(xiàn)的功能，其具體包括對(duì)信號(hào)采集及顯示、處理及控制的系統(tǒng)?？偟姆桨钢饕熊浖坝布桨附M成[4]。

1.1 硬件方案

對(duì)于整個(gè)溫濕度控制系統(tǒng)而言，對(duì)傳感器的電壓信號(hào)展開放大及濾波等操作是整個(gè)硬件部分的核心功能，依靠數(shù)據(jù)采集卡把信號(hào)送往控制平臺(tái)；根據(jù)實(shí)踐的相關(guān)要求，通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)發(fā)出控制的信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡來(lái)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行，這樣可以對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)控。

溫濕模塊能夠完成對(duì)溫濕度信號(hào)的采集，利用溫濕模塊能夠?qū)貪穸刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為電容值以及電壓信號(hào)；測(cè)量信號(hào)的放大以及濾波等步驟這需要利用信號(hào)調(diào)理電路來(lái)完成，每個(gè)調(diào)理電路負(fù)責(zé)每個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，這樣其抗干擾的能力增強(qiáng)；多通道數(shù)據(jù)卡要對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分配，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)多組信號(hào)的同步而實(shí)時(shí)的傳送，信號(hào)間的串?dāng)_也降低。溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件組成如圖1所示。

圖1 溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件組成圖

對(duì)硬件驅(qū)動(dòng)的主程序流程圖如圖2所示。主程序順序執(zhí)行：一是初始化；二是將給定值由鍵盤或指定的flash memory單元傳送到指定的RAM單元；三是檢測(cè)、顯示并調(diào)節(jié)溫濕度[5]。

1.2 軟件方案

軟件部分主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和溫濕度控制等3大功能模塊組成。

圖2 主程序流程圖

圖3 溫濕度控制系統(tǒng)軟件組成圖

（1）數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊有初始化、數(shù)據(jù)采集以及參數(shù)設(shè)置等3個(gè)子程序組成。要對(duì)數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行初始化操作；信號(hào)通道的分配、時(shí)間間隔、采樣速率、新建數(shù)據(jù)庫(kù)等操作來(lái)完成參數(shù)的設(shè)置程序；隨后信號(hào)采集將會(huì)由數(shù)據(jù)采集程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）數(shù)據(jù)顯示

主要采取實(shí)時(shí)顯示的方式進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的顯示，圖形顯示與數(shù)值顯示相結(jié)合的方式，準(zhǔn)確的顯示該時(shí)刻信號(hào)值由數(shù)值顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)，了解溫濕度信號(hào)可以通過(guò)圖形顯示來(lái)預(yù)測(cè)溫度的變化趨勢(shì)。

（3）溫濕度控制模塊

溫濕度的調(diào)節(jié)主要通過(guò)溫濕度控制模塊來(lái)完成。依照控制指令完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

本論文還應(yīng)完成對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)的采集參數(shù)的設(shè)定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢及存儲(chǔ)與溫濕度控制。溫濕度控制系統(tǒng)軟件的組成如圖3所示，主要由數(shù)據(jù)顯示與處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及溫濕度控制模塊等幾個(gè)部分構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度控制系統(tǒng)的監(jiān)控。

2 結(jié)語(yǔ)

本章結(jié)合實(shí)際工程要求和溫濕度控制系統(tǒng)的研究情況分析，依據(jù)溫濕度控制的相關(guān)指標(biāo)的要求，可以得到整體溫濕度控制系統(tǒng)的方案，總的方案主要有軟件及硬件方案組成。

確定溫濕度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是為以后的設(shè)計(jì)工作做的前期工作。同時(shí)，如果設(shè)計(jì)出該恒溫恒濕培養(yǎng)箱，最后再結(jié)合基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制器控制算法，并使用Matlab對(duì)其進(jìn)行仿真，將讓我們看到該控制結(jié)果是十分精確的。

[1]吳華盛，劉德才，俞華兵.恒溫恒濕生化培養(yǎng)箱的設(shè)計(jì)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1988，16（1）：75-83.

[2]中華工控網(wǎng)博客論壇http：//www.gkong.com.

[3]Exploring Electrical engineering Temperature Sensor-The Thermocouple http：//www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonsHTML/Sensors/TempThermCpl.html.

[4]包長(zhǎng)春，李志紅，靳仁昌等.恒溫恒濕測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007，12（12）：108-109.

[5]工 控 博 客 http：//blog.gkong.com/more.asp?name=xinjihua&id=29559.