基于at89c51单片机生物培养液温度控制系统设计_毕业论文.pdf

华北科技学院毕业设计（论文）

1绪论

1.1背景

在现代化的到来世界，生物培养液的利用大大提高了生物的繁殖与生长，但其温度的

控制至关重要，为此我们需要掌握其信息，同时信息需要温度传感器将信息传递出来。作

为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求

越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标

志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于

传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机

实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因

素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必

须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调

整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智

能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的

生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域

都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁

多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速

度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。

1.2控制要求

生物繁殖培养液的温度要保证在适于细胞繁殖的温度内，这主要在控制程序设计中考

虑。温度控制范围为15～25，升温、降温阶段的温度控制精度要求为0.5度，保温阶段

温度控制精度为0.5度。正常情况下，系统投入自动。模拟手动操作当系统发生异常，

投入手动操作,并用LED显示。

1.3方案论证

方案一：采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差

控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便。且要实现题目所有的要求

难度较大。

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基于单片机生物培养液温度控制系统设计

方案二：FPGA/CPLD或采用带有IP内核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，

存储，显示及A/D等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优

点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，

成本较高。

方案三：单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完成人机界面，系统控

制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案一、

二的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。

1.4温度控制系统结构图及总述

PC机

报警电加热控高阻抗

路制电路电阻丝

生物培

LED显AT89C5降温控半导体养皿

示1单片制电路制冷片

机

键盘电A/D转信号放温度传

路换大电路感电路

图1生物培养液微机温度控制系统结构图

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：温度检测短路，信号放大短路，A/D转换电路，加热控制电路，降温电路，