張軼
摘要:本文介紹了一種以MCS-51單片機(jī)為核心的溫度檢測(cè)控制系統(tǒng),由溫度檢測(cè)電路、顯示電路、A/D傳換電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制電路和單片微處理器等組成。用單片機(jī)作為控制器,可對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令,實(shí)現(xiàn)溫度參數(shù)調(diào)節(jié),具有上下位機(jī)直接設(shè)置溫度范圍,溫度實(shí)時(shí)顯示等功能。實(shí)現(xiàn)了對(duì)培養(yǎng)容器內(nèi)溫度參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)及顯示,可由鍵盤輸入兩項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定值,也可用PC上位機(jī)設(shè)定溫度值送入單片機(jī)。通過比較檢測(cè)值和設(shè)定值(包括上限和下限)的大小來控制繼電器的開關(guān),從而控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通斷,調(diào)節(jié)容器內(nèi)溫度,使其達(dá)到所設(shè)定的范圍內(nèi)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高,可解決實(shí)際應(yīng)用中的問題。
關(guān)鍵詞:溫度監(jiān)控系統(tǒng);MCS-51單片機(jī);檢測(cè)控制
一、引言
溫度是與人類的生活和工作關(guān)系最密切的物理量,也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到和必須精確測(cè)定的物理量。從工業(yè)爐溫、環(huán)境氣溫到人體溫度;從空間、海洋到家用電器等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都離不開測(cè)溫和控溫。因此,測(cè)溫、控溫技術(shù)發(fā)展最快,范圍最廣。
眾所周知,溫度對(duì)生物繁殖起著至關(guān)重要的作用。就生物總體而言,其生長(zhǎng)溫度范圍很寬,但各種生物都有其生長(zhǎng)繁殖的最低溫度、最適溫度、最高溫度,稱為生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)。所以我們需要將培養(yǎng)液的溫度設(shè)定在生物繁殖需要的溫度以供其生長(zhǎng)。采用單片機(jī)來對(duì)培養(yǎng)液溫度控制不僅具有控制方便,簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn),而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo),從而能夠大大的提高生物繁殖的速度和質(zhì)量。
溫度監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,如家電、汽車、材料、電力電子等,常用的監(jiān)控電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同,在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對(duì)象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用,但由于繼電器動(dòng)作頻繁,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作??刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對(duì)象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí),參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用溫度傳感器AD590,使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單,而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失,使得測(cè)量溫度更加精確。溫度傳感器AD590傳感器有三個(gè)引腳,在使用時(shí)“+”極引腳接電源,“一”極接一電阻到地,“NC”懸空即可,大大減少了接線的麻煩,使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于AD590芯片的小型化,更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接,故可以把溫度傳感器AD590做成探頭,探入到狹小的地方,增加了實(shí)用性。
二、設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)框圖
(一)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),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0.5℃,保溫階段溫度控制精度為0.5℃,溫度控制曲線見圖1。
2)微機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)正常情況下,系統(tǒng)投入自動(dòng)。
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。
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。
(二)系統(tǒng)整體工作過程
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。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。
本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是用戶可以通過下位機(jī)中的鍵盤輸入溫度的上、下限值,也可以通過上位機(jī)對(duì)溫度的上、下限值進(jìn)行輸入,從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)培養(yǎng)容器溫度檢測(cè)控制的遠(yuǎn)程操作。
系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)在培養(yǎng)容器里,下位機(jī)中的溫度傳感器可以將環(huán)境中的溫度非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化成電量信號(hào),再將這些信號(hào)進(jìn)行處理后送至下位機(jī)中的單片機(jī),單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)內(nèi),通過LED數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,同時(shí)與原來內(nèi)部設(shè)定的上、下限值進(jìn)行比較,單片機(jī)可以根據(jù)比較的結(jié)果對(duì)溫度控制電路內(nèi)的繼電器發(fā)出相應(yīng)的通斷信號(hào),并通過繼電器的吸合狀態(tài)去控制相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行操作,調(diào)節(jié)培養(yǎng)容器內(nèi)的溫度狀態(tài)。用戶直接通過鍵盤對(duì)溫度的上、下限值進(jìn)行設(shè)置后,如果環(huán)境的實(shí)時(shí)參數(shù)超越上、下限值,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)培養(yǎng)容器內(nèi)溫度狀態(tài),直到溫度狀態(tài)處于上下限值范圍內(nèi)為止。
下位機(jī)LED顯示部分能直接實(shí)現(xiàn)溫度值的實(shí)時(shí)顯示。上位機(jī)可通過通信接口模塊接收下位機(jī)傳送過來的溫度值,可以設(shè)置溫度值并通過單片機(jī)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)培養(yǎng)容器進(jìn)行操作。
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