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巨亚仪器恒温恒湿试验箱测控系统的设计

发布时间:2015-2-2 9:21:12  浏览:

随着现代农业的发展,恒温恒湿试验箱的应用越来越广泛(比如菌种的培养、幼苗的培育以及设施仪器仪表的校准等),并要求其性价比更高,使用寿命更长,使用费用更少(省电),响应速度更快。为此,巨亚仪器从硬软件两个方面做了精心研究、设计与调试,研制出新型恒温恒湿试验箱,以满足用户更高的要求。

恒温恒湿试验箱

1恒温恒湿试验箱测控系统硬件设计

1.1单片机AT89S8252作为测控核心

恒温恒湿试验箱测控系统的硬件采用模块化结构,其框图如图1所示。该系统的控制核心是AT89系列单片机中的AT89S8252,这种新型单片机在硬件上具有MCS-51单片机的所有功能,在软件上与MCS-51单片机完全兼容,除了片内带有8kB闪存存储器(flash memory)之外,它还有2kB的EEPROM和硬件“看门狗”。这样的结构既减小了仪表线路板面积和仪表体积,也进一步提高了性能价格比。

 

恒温恒湿试验箱系统结构

1.2信号调理电路

信号调理电路由传感器、变送器、多路模拟开关4051和A/D转换器ICL7135组成。传感器以插接件的形式连入机箱,机箱内主板上设有两个插槽,每个插槽都可以放一个变送器电路或叫调理电路,它们将温湿度信号转换成标准的0~2V信号,这些信号经过八选一模拟开关4051共用一个A/D转换器ICL7135,从而大大简化了硬件结构,提高了可靠性,降低了成本。

1.3控制输出电路

该系统运行一开始时,用户由键盘将温度给定值输入至RAM指定单元,或者从EPROM指定单元送给RAM指定单元;然后检测A/D转换值,再通过转换与计算,求得温湿度值,随即由数码管显示并做PID (比例)、Integral(积分)和Differential(微分)三者的缩写]算法的调节以及控制。

2恒温恒湿试验箱测控系统软件设计

2.1主程序

主程序流程图如图2所示。主程序顺序执行:一是初始化,主要包括设定堆栈指针、定义定时/计数器工作方式、开中断及设中断优先等级;二是将给定值及PID各参数由键盘或指定的flash memory单元传送到指定的RAM单元;三是检测、显示并调节温湿度,这是软件系统的主体。

恒温恒湿试验箱主程序

2.2控制方法的选用

该系统所采用的控制方法是PID控制方法。PID控制方法的实质就是数据输入的偏差值,按比例、积分和微分的函数关系进行运算,其运算结果用以输出控制。该系统在开工、停工或大幅度提降时,由于积分的作用,产生一个很大的超调量,使系统不停地震荡。为了消除这一现象,采用了积分分离的方法,取得很好的控制效果。其控制算式为

 控制算式

3恒温恒湿试验箱测控系统的运行效果

恒温恒湿试验箱测控系统的温度传感器使用铂电阻,它具有非常好的线性度、重复性和可靠性。系统的湿度传感器使用JCJ100H1湿度传感器,配合线性放大电路和温度补偿电路,使其也具有非常好的线性度、重复性和可靠性。运算放大器采用测量放大器AD521,具有高输入阻抗、低失调电流和高共模抑制比等特点。A/D转换电路采用ICL7137,属双积分型并具有4位半精度(相当于14位二进制数),抗干扰能力强。软件采取了数字PID调节和数字滤波。基于以上的设计,该系统达到了较高的检测精度。

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