生物培养液温度控制系统总汇.doc

摘要 《计算机控制技术》主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统，是自动化专业的主干专业课程。《生物培养液微机温度控制系统的设计》涉及到传感与检测技术、A/D转换技术、自动控制技术、单片机的编程和应用等知识。本文详细地介绍了基于单片机AT89C51和温度传感器LM35的温度控制系统的设计方案与软硬件实现方案。系 统采用数字温度传感器LM35采集温度信号装化为模拟信号电压信号，经过ADC0808A/D转换成单片机可识别的数字电压信号，数码管显示温度测量值与设定值。当温度低于设定值时，单片机控制继电器启动加热电阻丝加热，当温度高于设定值时，单片机控制继电器启动风扇制冷，从而实现了控制温度的目的。 关键字：单片机、A/D转换、温度控制传感器、LED 生物培养液微机温度控制系统 1设计要求 1.1初始条件 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 0.5℃；通过LED 显示温度。 1.2要求完成的主要任务 1. 输入通道及输出通道设计（温度传感器，A/D转换，PWM输出控制和温度调节驱动电路）； 2. 键盘(温度设置)与LED（温度显示）接口设计； 3. 采用改进PID控制算法； 4. 系统软件流程及各程序模块设计； 5. 完成符合要求的设计说明书 生物培养液微机温度控制系统LM35，其输出电压与摄氏温标呈线性关，转换公式如式()，0°C时输出为0V，每升高 1°C，输出电压增加10mV。°C×T°C （3-1） LM35 有多种不同封装型式，外观如图 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 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 所示，单电源模式在25°C下静默电流约50μA，非常省电。 图3-2　　LM35封装及引脚排列 　　　　　　　　　 　　图3-3　单电源模式　　　　　　　　　　　　　　图3-4　双电源模式 由课程设计要求温度在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，因此将输出用同相 放大器放大十倍，参数设置根据公式Uo=Ui*（1+R/R3） （3-2） 可以确定电阻的参数，其电路图如下图3-5所示。 图3-5 温度传感模块电路 3.3A/D转换电路 由于LM35温度传感器输出的是模拟量的温度电压值，单片机无法直接识别，因此需要对采集到的电压信号进行A/D转换，将其转化为单片机能识别的数字量。本设计采用ADC0808A/D转换器，下面介绍ADC0808的特性。 3.3.1ADC0808主要特性 　(1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。 　(2）具有转换起停控制端。 　(3）转换时间为100μs 　(4）单个＋5V电源供电 　(5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。 　(6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度 　(7）低功耗，约15mW。 3.3.2ADC0808内部结构 　　 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，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。 3．外部特性（引脚功能） 　　ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13．23所示。下面说明各引脚功能。 　　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。与ADC0809不同的是，ADC0808的out8为最低位out1为最高位，out8-out1分别接单片机的P0.0到P0.7端温度而自动调节温度而自动调节温度而自动调节 图 3-12 LED的动态显示原理图 图 3-13 LED温度显示模块电路 在进行显示编程时，首先选定需要显示的位数，然后向段选位送数据。即可显示。由于单片机可以直接驱动LED显示管，因此不需外加驱动电路了，在LED的段选线上应加上上拉电阻，且由于是共阳极LED故上拉电阻1引脚接高电平。 3.7温度设置电路 本系统共有四个按键式键盘，分别是设置、温度的十位、温度的个位、清零，设置连P3.3，十位连P3.5，个位连P3.6，清零连P3.7。设置温度时，将设置按键按下使之不弹起，在按十位、个位、清零进行设置。 图 3-14 温度设置电