生物培养液微机温度控制_课程设计说明书(编辑修改稿)

生物培养液微机温度控制_课程设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

ED 用来显示时，每一位间隔的时间 t 就必须符合下面的式子： t≦100ms/(N1)本系统中N＝4，则由式子可以算出 t≦33ms，就是每一位的间隔时间不能超过 33ms。 当然时间可以也设得短一些，比如 5ms或1ms 也可以。 如下图10所示为该四位7段ＬＥＤ数码管显示模块的管脚连接图。 从左到右，,。 14为数码管位选的输入。 图9 七段ＬＥＤ数码管显示原理图在进行显示编程时，首先选定需要显示的位数，然后向段选为送数据。 即可显示。 由于单片机可以直接驱动LED显示管，因此不需外加驱动电路了。 图10七段ＬＥＤ数码管显示模块的管脚连接图4输出通道设计如果培养液里的温度过高或者是过低了，超出了其允许的某个温度范围，则系统会自动报警，提醒用户，可以让用户采取更为快速和有效地措施来避免或是减少损失。 报警电路图下图11所示。 当微机判断当前温度值超出范围时，利用非门来驱动喇叭报警。 图11喇叭报警电路图若当前检测得的温度比设定的温度高，则需要对培养液进行降温处理。 本系统利用半导体降温片来对培养液进行降温。 其优点是是无运动部件，可靠性也比较高，且无污染。 实物如下图10。 实际使用中也是同电阻丝加热模块一样，采用继电器，在满足制冷条件下继电器接通，接通制冷电源，利用改进的PID算法来计算PWM脉宽得出控制输出。 从而达到根据检测到的温度而自动调节继电器导通时间当然，实际使用时也可以采用电风扇，即再在满足制冷条件下继电器接通，电风扇的电机接通电源而转动制冷。 也是利用改进的PID算法来计算PWM脉宽得出控制输出。 从而达到根据检测到的温度而自动调节风扇的转速。 其电路图如图12所示。 图12降温控制电路图 加热控制电路设计在读取到从温度传感模块采集到的温度数值后，与事先设定好的温度值进行比较，若当前检测得的温度比设定的温度低，则需要对培养液进行加热处理。 本系统利用高阻抗的电阻丝来对培养液加热。 如下图13所示，在检测到温度比设定的温度低时，三极管基极高电平，从而NPN管道通，驱动继电器启动，从而为高阻抗加热电阻丝通电加热生物培养液。 利用改进的PID算法来计算PWM脉宽得出控制输出。 从而达到根据检测到的温度而自动调节继电器导通时间。 图13加热控制电路图5系统总电路图图14 系统总电路图6采用改进PID控制算法采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见下图15。 其中数字控制器的功能由单片机实现。 图15控制系统框图已知培养皿的传递函数为 设，其中τ1为电阻加热的时间常数，为电阻加热的纯滞后时间，为采样周期。 A/D转换器可划归为零阶保持器内，所以广义对象的传递函数为 （41） 广义对象的Z传递函数为 （42） 所以系统的闭环Z传递函数为： (43) 系统的数字控制器为：= （44） 写成差分方程即为 ： （45） 令 , 则有 （46）式中 ——第次采样时的偏差；——第次采样时的偏差；——第次采样时的偏差； 本生物培养液温控系统采用的数字PID算法由软件实现，增量PID控制算法的优点是编程简单，数据可以递推使用，占用存储空间少，运算快。 但是对于温度这种响应缓慢、滞后性大的过程，不能用标准的PID算法进行控制。 当扰动较大或者给定的温度值大幅度变化时，由于产生较大的偏差，加上温控本身的惯性及滞后，在积分作用下，系统往往产生较大的超调和长时间的振荡。 因此，为克服这种不良的影响，采用积分分离法对增量PID算法进行改进。 当偏差e(k)绝对值较大时，暂时取消积分作用；当偏差e(k)绝对值小于某一设定值M时，才将积分作用投入。 (1)当| e(k)|M时，用PlD控制。 偏差小，说明系统温度已经接近设定值，此时加入了积分作用，可以消除系统静差，保证系统的控制精度。 根据递增原理可得：式中：e(K)=r(K)一y(K)为第K时刻所得偏差信号，其中rk是给定值，yk是实际输出值；其中kp为比例增益；ki为积分系数；kd为微分系数。 则增量式PID控制算法为：(2) 当| e(k)|≥M时，用PD控制。 由于偏差大，说明系统温度远离设定值，应快速降温，采用PD控制，可以提高系统的动态响应速度，避免产生过大的超调，减小动态误差。 心得体会通过本次温度监控系统的设计,。