恒温恒湿培养箱中温湿度自动控制器的总体方案设计

杨 旭，王以忠，朱 慧

（1.天津渤海职业技术学院，天津 300402；2.天津科技大学，天津 300222；3.天津恩溢财务咨询有限公司，天津 300150）

0 引言

近年来，随着恒温恒湿培养箱的应用越来越广泛，发展也极为迅速。其主要应用为热电偶测温原理进行温度测量。现在我们生活中常用的热电偶温度传感器也具有自身的一些优势和相关缺点，由于其灵敏程度不高，对于外界环境的抵抗能力较差，其前置的温度放大装置也会对其造成一定的影响，所以对于某些细小的温度变化测量不够精确[2]。所以，这就促使了温度传感器的研发，这是多种电子传感器的其中之一，目前的温度传感装置形态较小，这对于该装置的实际运用有很大的意义，所以其应用的范围较为广泛，这对于我们的日常生活也有很多便利和帮助[3]。

现在科技发展的速度突飞猛进，很多类型的温度传感装置被不断的研发出来，因此被广泛的运用到各个领域，同时开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式和三总线式等方向进行发展。对于数字温度传感装置而言，其优点在于适用范围较广，主要用于微处理装置的温度控制器，因为它可以很好地与微处理装置接口与模拟处理器的电路融合，以及克服A/D转换器的相关缺点等，所以，在电子测温计、工业控制以及相关的医疗仪器都可以进行相关温度控制。在此当中，数字温度传感器DS1722是其中代表性的装置之一，它能够收到较宽电压范围的低功率的数字逻辑信号以及模拟信号，所以，这对于混合以及便携的多电压需求能够满足。设计人员能够利用SPI串行接口以及增加的标准三线通过嵌入式系统中，在不同的网络协定方面更为灵活。

本课题主要工作是设计恒温恒湿培养箱的温度、湿度控制系统。在了解恒温恒湿培养箱及温湿度自动控制器的发展，以及熟悉温度湿度控制原理与方法的基础上，对控制器的总体方案进行了设计。

1 温湿度自动控制器的总体方案设计

恒温恒湿培养箱的核心部件是温湿度自动控制器。本文联系恒温恒湿培养箱的研究现状，在整个是温度自动控制的相关指标下面，可以制定出整个温度自动控制方案的构架。对整个温度控制系统的相关指标进行分析，对信号显示及处理、温湿度数据的收集、对时温度的监控是其主要实现的功能，其具体包括对信号采集及显示、处理及控制的系统。总的方案主要有软件及硬件方案组成[4]。

1.1 硬件方案

对于整个温湿度控制系统而言，对传感器的电压信号展开放大及滤波等操作是整个硬件部分的核心功能，依靠数据采集卡把信号送往控制平台；根据实践的相关要求，通过控制系统来发出控制的信号，数据采集卡来负责驱动执行，这样可以对温度进行调控。

温湿模块能够完成对温湿度信号的采集，利用温湿模块能够将温湿度信号转换为电容值以及电压信号；测量信号的放大以及滤波等步骤这需要利用信号调理电路来完成，每个调理电路负责每个独立的信号，这样其抗干扰的能力增强；多通道数据卡要对数据信号进行分配，这样能够实现多组信号的同步而实时的传送，信号间的串扰也降低。温湿度数据采集硬件组成如图1所示。

图1 温湿度数据采集硬件组成图

对硬件驱动的主程序流程图如图2所示。主程序顺序执行：一是初始化；二是将给定值由键盘或指定的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[5]。

1.2 软件方案

软件部分主要由数据采集、数据显示和温湿度控制等3大功能模块组成。

图2 主程序流程图

图3 温湿度控制系统软件组成图

（1）数据采集模块

数据采集模块有初始化、数据采集以及参数设置等3个子程序组成。要对数据采集板进行初始化操作；信号通道的分配、时间间隔、采样速率、新建数据库等操作来完成参数的设置程序；随后信号采集将会由数据采集程序来实现。

（2）数据显示

主要采取实时显示的方式进行温度数据的显示，图形显示与数值显示相结合的方式，准确的显示该时刻信号值由数值显示来实现，了解温湿度信号可以通过图形显示来预测温度的变化趋势。

（3）温湿度控制模块

温湿度的调节主要通过温湿度控制模块来完成。依照控制指令完成对执行机构的控制。

本论文还应完成对温湿度数据的采集参数的设定、数据采集、数据处理、数据查询及存储与温湿度控制。温湿度控制系统软件的组成如图3所示，主要由数据显示与处理模块、数据采集模块以及温湿度控制模块等几个部分构成，主要实现对温湿度控制系统的监控。

2 结语

本章结合实际工程要求和温湿度控制系统的研究情况分析，依据温湿度控制的相关指标的要求，可以得到整体温湿度控制系统的方案，总的方案主要有软件及硬件方案组成。

确定温湿度系统的设计方案是为以后的设计工作做的前期工作。同时，如果设计出该恒温恒湿培养箱，最后再结合基于BP神经网络的控制器控制算法，并使用Matlab对其进行仿真，将让我们看到该控制结果是十分精确的。

[1]吴华盛，刘德才，俞华兵.恒温恒湿生化培养箱的设计[J].华南理工大学学报，1988，16（1）：75-83.

[2]中华工控网博客论坛http：//www.gkong.com.

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

[4]包长春，李志红，靳仁昌等.恒温恒湿测控系统的设计[J].农机化研究，2007，12（12）：108-109.

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