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上海一恒科學儀器有限公司低溫恒溫槽測控系統的設計特點

[導讀]隨著現代農業的發展, 上海一恒科學儀器有限公司低溫恒溫槽的應用越來越廣, 生產、科研上的要求也越來越高.要求其性能價格比更高, 使用壽命更長, 使用費用更少 (省電) , 響應速度更快.筆者從硬件、軟件2個方面進行設計與調試, 研制出新型低溫恒溫槽, 以滿足用戶的更高要求.

介紹了以 AT89C5 2為核心的低溫恒溫槽測控系統的硬件電路和軟件的設計特點 .通過 X2 5 0 4 5芯片的使用 , 系統實現了自動化標定與校準 , 整個硬件系統更簡單、可靠 ;空氣壓縮機采用調頻技術 , 從而實現了制冷量的 PID調節。

隨著現代農業的發展, 低溫恒溫槽的應用越來越廣, 生產、科研上的要求也越來越高.要求其性能價格比更高, 使用壽命更長, 使用費用更少 (省電) , 響應速度更快.筆者從硬件、軟件2個方面進行設計與調試, 研制出新型低溫恒溫槽, 以滿足用戶的更高要求.

1 電路設計

低溫恒溫槽測控系統的硬件見圖1, 主要包括單片機AT89C52[1]、溫度傳感器、A/D轉換器ICL7135、輸入設備 (鍵盤) 、輸出設備 (數碼顯示器LED) 等.

1.1 硬件結構

用戶由鍵盤或從flash memory指定單元將溫度給定值輸入給RAM指定單元.然后檢測A/D轉換值, 再通過轉換與計算, 求得溫度值, 隨即由數碼管顯示溫度, 作比例、積分、微分 (proportional integral differential, PID) 算法的調節、控制.當溫度偏離給定的某個數值時, 除自動作相應調節外, 還發出聲光報警.采用電加熱, 使用制冷壓縮機制冷.加熱電路的雙向可控硅采用過零觸發方式, 使器件運行可靠.

1.1.1 數碼顯示

使AT89C52的串行口工作于方式0 (即移位寄存方式) .用5片串入并出移位寄存器74LS164作為5位靜態顯示器的輸出口, 欲顯示的8位段碼即字型碼通過軟件譯碼產生, 并由RXD串行口發送出去, 既充分利用了單片機的硬件資源, 又節省了CPU時間, 不必掃描顯示器.


1.1.2 同步觸發電路

為了達到過零觸發的目的, 本系統設計了交流電全波過零檢測電路.由此電路給出交流電每一周期的正、負半周起始零點脈沖.此零點脈沖既作為半波個數的記數脈沖, 又作為觸發雙向可控硅導通的同步脈沖, 同時向AT89C52發出中斷申請[2].

1.1.3 X25045電路

X25045芯片把3種常用功能 (看門口定時器、電壓監視和E2PROM) 組合在單個封裝之內, 這種組合降低了系統成本并減少了對電路板空間的要求.其中4096位串行E2PROM按512×8組織, 是提高系統可靠性及自動化標定與校準的硬件基礎[3].

A/D轉換器ICL7135與X25045是分時與CPU聯系的, 二者復用P1接口.前者雖然是連續工作, 但取數卻是程序控制.X25045的工作有嚴格的時序, 理論分析與工作實踐都證明, ICL7135的連續工作不影響X25045.

1.2 使用調頻技術改善產品質量

現有的同類產品為實現在低溫下恒溫控制, 多采用壓縮機全速全功率運行 (因為壓縮機不允許頻繁起動) , 然后用加熱器進行PID調節以保持恒溫.這無疑耗能多, 噪聲大, 降低使用壽命.而本系統充分發揮單片機數控優勢, 采用PID調頻控制壓縮機[4]的制冷量從而達到恒溫的目的, 克服了現在同類產品的不足, 提高了產品質量.

2 軟件設計

整個低溫恒溫槽控制系統在應用程序的控制下執行.應用程序由主程序、數據采集及處理子程序、PID調節子程序、鍵盤中斷服務程序及定時中斷服務程序等組成.

2.1 主程序

主程序流程見圖2, 其順序執行:①初始化, 主要包括設定堆棧指針, 定義定時/計數器工作方式, 開中斷及設中斷優先等級;②將給定值及PID各參數從鍵盤或指定的flash memory單元傳送到指定的RAM單元;③檢測、顯示并調節溫度.主程序是軟件系統的主體.


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