恒溫恒濕培養(yǎng)箱中溫濕度自動控制器的總體方案設計

楊 旭，王以忠，朱 慧

（1.天津渤海職業(yè)技術學院，天津 300402；2.天津科技大學，天津 300222；3.天津恩溢財務咨詢有限公司，天津 300150）

0 引言

近年來，隨著恒溫恒濕培養(yǎng)箱的應用越來越廣泛，發(fā)展也極為迅速。其主要應用為熱電偶測溫原理進行溫度測量?，F(xiàn)在我們生活中常用的熱電偶溫度傳感器也具有自身的一些優(yōu)勢和相關缺點，由于其靈敏程度不高，對于外界環(huán)境的抵抗能力較差，其前置的溫度放大裝置也會對其造成一定的影響，所以對于某些細小的溫度變化測量不夠精確[2]。所以，這就促使了溫度傳感器的研發(fā)，這是多種電子傳感器的其中之一，目前的溫度傳感裝置形態(tài)較小，這對于該裝置的實際運用有很大的意義，所以其應用的范圍較為廣泛，這對于我們的日常生活也有很多便利和幫助[3]。

現(xiàn)在科技發(fā)展的速度突飛猛進，很多類型的溫度傳感裝置被不斷的研發(fā)出來，因此被廣泛的運用到各個領域，同時開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式和三總線式等方向進行發(fā)展。對于數(shù)字溫度傳感裝置而言，其優(yōu)點在于適用范圍較廣，主要用于微處理裝置的溫度控制器，因為它可以很好地與微處理裝置接口與模擬處理器的電路融合，以及克服A/D轉換器的相關缺點等，所以，在電子測溫計、工業(yè)控制以及相關的醫(yī)療儀器都可以進行相關溫度控制。在此當中，數(shù)字溫度傳感器DS1722是其中代表性的裝置之一，它能夠收到較寬電壓范圍的低功率的數(shù)字邏輯信號以及模擬信號，所以，這對于混合以及便攜的多電壓需求能夠滿足。設計人員能夠利用SPI串行接口以及增加的標準三線通過嵌入式系統(tǒng)中，在不同的網(wǎng)絡協(xié)定方面更為靈活。

本課題主要工作是設計恒溫恒濕培養(yǎng)箱的溫度、濕度控制系統(tǒng)。在了解恒溫恒濕培養(yǎng)箱及溫濕度自動控制器的發(fā)展，以及熟悉溫度濕度控制原理與方法的基礎上，對控制器的總體方案進行了設計。

1 溫濕度自動控制器的總體方案設計

恒溫恒濕培養(yǎng)箱的核心部件是溫濕度自動控制器。本文聯(lián)系恒溫恒濕培養(yǎng)箱的研究現(xiàn)狀，在整個是溫度自動控制的相關指標下面，可以制定出整個溫度自動控制方案的構架。對整個溫度控制系統(tǒng)的相關指標進行分析，對信號顯示及處理、溫濕度數(shù)據(jù)的收集、對時溫度的監(jiān)控是其主要實現(xiàn)的功能，其具體包括對信號采集及顯示、處理及控制的系統(tǒng)?？偟姆桨钢饕熊浖坝布桨附M成[4]。

1.1 硬件方案

對于整個溫濕度控制系統(tǒng)而言，對傳感器的電壓信號展開放大及濾波等操作是整個硬件部分的核心功能，依靠數(shù)據(jù)采集卡把信號送往控制平臺；根據(jù)實踐的相關要求，通過控制系統(tǒng)來發(fā)出控制的信號，數(shù)據(jù)采集卡來負責驅動執(zhí)行，這樣可以對溫度進行調控。

溫濕模塊能夠完成對溫濕度信號的采集，利用溫濕模塊能夠將溫濕度信號轉換為電容值以及電壓信號；測量信號的放大以及濾波等步驟這需要利用信號調理電路來完成，每個調理電路負責每個獨立的信號，這樣其抗干擾的能力增強；多通道數(shù)據(jù)卡要對數(shù)據(jù)信號進行分配，這樣能夠實現(xiàn)多組信號的同步而實時的傳送，信號間的串擾也降低。溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件組成如圖1所示。

圖1 溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件組成圖

對硬件驅動的主程序流程圖如圖2所示。主程序順序執(zhí)行：一是初始化；二是將給定值由鍵盤或指定的flash memory單元傳送到指定的RAM單元；三是檢測、顯示并調節(jié)溫濕度[5]。

1.2 軟件方案

軟件部分主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和溫濕度控制等3大功能模塊組成。

圖2 主程序流程圖

圖3 溫濕度控制系統(tǒng)軟件組成圖

（1）數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊有初始化、數(shù)據(jù)采集以及參數(shù)設置等3個子程序組成。要對數(shù)據(jù)采集板進行初始化操作；信號通道的分配、時間間隔、采樣速率、新建數(shù)據(jù)庫等操作來完成參數(shù)的設置程序；隨后信號采集將會由數(shù)據(jù)采集程序來實現(xiàn)。

（2）數(shù)據(jù)顯示

主要采取實時顯示的方式進行溫度數(shù)據(jù)的顯示，圖形顯示與數(shù)值顯示相結合的方式，準確的顯示該時刻信號值由數(shù)值顯示來實現(xiàn)，了解溫濕度信號可以通過圖形顯示來預測溫度的變化趨勢。

（3）溫濕度控制模塊

溫濕度的調節(jié)主要通過溫濕度控制模塊來完成。依照控制指令完成對執(zhí)行機構的控制。

本論文還應完成對溫濕度數(shù)據(jù)的采集參數(shù)的設定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢及存儲與溫濕度控制。溫濕度控制系統(tǒng)軟件的組成如圖3所示，主要由數(shù)據(jù)顯示與處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及溫濕度控制模塊等幾個部分構成，主要實現(xiàn)對溫濕度控制系統(tǒng)的監(jiān)控。

2 結語

本章結合實際工程要求和溫濕度控制系統(tǒng)的研究情況分析，依據(jù)溫濕度控制的相關指標的要求，可以得到整體溫濕度控制系統(tǒng)的方案，總的方案主要有軟件及硬件方案組成。

確定溫濕度系統(tǒng)的設計方案是為以后的設計工作做的前期工作。同時，如果設計出該恒溫恒濕培養(yǎng)箱，最后再結合基于BP神經網(wǎng)絡的控制器控制算法，并使用Matlab對其進行仿真，將讓我們看到該控制結果是十分精確的。

[1]吳華盛，劉德才，俞華兵.恒溫恒濕生化培養(yǎng)箱的設計[J].華南理工大學學報，1988，16（1）：75-83.

[2]中華工控網(wǎng)博客論壇http：//www.gkong.com.

[3]Exploring Electrical engineering Temperature Sensor-The Thermocouple http：//www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonsHTML/Sensors/TempThermCpl.html.

[4]包長春，李志紅，靳仁昌等.恒溫恒濕測控系統(tǒng)的設計[J].農機化研究，2007，12（12）：108-109.

[5]工 控 博 客 http：//blog.gkong.com/more.asp?name=xinjihua&id=29559.