基于单片机生物培养液温度控制系统_毕业设计.doc

基于单片机生物培养液温度控制系统 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。 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 PC机 报警电路高阻抗电阻丝加热控制电路生物培养皿 报警电路 高阻抗电阻丝 加热控制电路 生物培养皿 AT89C51单片机 AT89C51单片机 LED显示半导体制冷片降温控制电路 LED显示 半导体制冷片 降温控制电路 键盘电路温度传感电路信号放大电路A/D转换 键盘电路 温度传感电路 信号放大电路 A/D转换 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，报警电路，键盘（温度设置）模块和LED（温度显示）模块，单片机判断输入温度信号与设定的温度的差距，再通过改进的PID算法给以调节。 放大器的则是用来放大采集装置采集的温度，由于测量的温度一般较小，所以要先用放大器进行放大再输入。A/D转换器是用来把采集到的模拟电压信号量转换成单片机机可以识别的数字信号。高阻抗加热丝和半导体制冷片是该温度控制系统的温度调节部分，当采集温度不符合要求时，则通过计算机判断后进行调节。半导体制冷片用来降温，高阻抗加热丝用来加温。显示部分则用来显示生物培养液微的温度以及设定时设置的温度值。温度采集装置采用热电阻,LM35来采集培养液的温度，来看以看是否达到要求。通过以上的几个部分的组合，则组成了一个生物培养液微型计算机温度控制系统。生物培养液微型计算机温度控制系统的结构图如图-1所示 2系统的硬件设计 2.1单片机选择 单片机的选择在整个系统设计中至关重要，AT89C51具有大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，所以本课题选择AT89C51作为主控芯片。 AT89C51如图-2是一种带4K字节FLASHC存储器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存