多孵化箱中以单片机为基础的温湿度控制的设计
多孵化箱中以单片机为基础的温湿度控制的设计
摘要:孵化系统需要较高精度的温湿度控制.尤其是温度,细微的温度变化就会明显影响孵化时间和孵化率.本文设计的是单片机的温湿度控制硬件电路,该电路使用单总线数字温度传感器DSlVIIIVIIIII0提高温度测量精度,使用HMI.V00建立孵化器内湿度的频率检测电路,设计输出控制电路光电耦合器TLPVIII.,电动ICULNIIVIII0III和继电器.
关键字:孵化器,单片机,温度和湿度,温度传感器
I..介绍
人工孵化指的是,在鸡蛋孵化的阶段,通过调整外部条件(如温度.湿度.通风)效应,使鸡蛋变成鸡的过程.孵化条件将直接影响孵化率,成活率和雏鸡的成长.所以我们想控制外部条件,如温度.湿度.通风情况,来提高孵化率.
本系统选择孵化器内的温度和湿度作为主要控制对象,实施机构为供暖系统.加湿系统.冷却风扇.孵化控制系统如图I.所示.系统流程:单片机程序从温度和湿度探头采样温度和湿度信号的数据.根据需要发出开始信号,实现加热.加湿.翻鸡蛋.把舱口打开门,以确保鸡蛋胚胎的发育需要.
图I.控制系统图
II.系统的硬件电路设计
首先我们设计硬件电路,包括温度和湿度检测电路.温度和湿度的控制电路.数据显示电路.键盘接口电路.根据系统参数要求设计的通讯电路.
A.主要控制单元的设计.
这个系统使用以ATVIIIIXSVII为主要控制单元(MCU),Atmel公司生产的,它是I.种低功耗.低电压.高性能的VIII位单片机,用VIIIkb的可编程.只读存储器;它使用技术的高密度非易失性内存技术,和输出引线通过mcs_VI.汇编语言指令兼容.由于其价格低廉,性能可靠,抗干扰能力强,不需要扩大内存,它广泛应用于工业控制和嵌入式系统.因为控制系统收集数据的数量不是特别大,以及SC *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
M的VIIIk可编程闪存,所以满足需求.
以ATVIIIIXSVII作为I.个较低的计算机,负责收集孵化器内的环境参数,针对各种孵化器内温度和湿度值模糊操作,实现输出控制信号驱动机构,实时控制孵化器内的参数.此外,每个单片机通过孵化器内温度和湿度的数据串行通信接口连接上电脑.
B.传感器信号检测电路的设计
(I.)温度信号的采集
系统选择温度传感器DSlVIIIBII0.DSI.VIIIBII0生产于美国达拉斯,测量范围是VV～I.IIV℃,精度达到0.0VIIIV℃.与传统热敏电阻测量组件相比,DSI.VIIIBII0测量时可以直接读出温度,只需要I.行信息阅,其温度场的单总线数字信号就可以直接传输.它允许信号连接多个电缆,在DSI.VIIIBII0单总线的工作下,大大简化了布线,提高可靠性,降低了成本,特别适合长距离多点温度测控系统.温度信号的采集电路,如图II所示.DSlVIIIBII0的温度转换的结果可以由软件程序直接由IX到I.II位数字信号输出,默认值为I.II位.DSlVIIIBII0能够满足控制系统的需要,约I.秒的时间完成孵化的温度采集.
图II温度信号的采集电路
(II)湿度信号的采集
该系统使用湿度传感器HMI.V00,HMI.V00是湿度敏感电容的相对湿度传感器,是法国HUMIREL公司设计的产品.它包含桥振荡器组成的湿度敏感电容,低通滤波器和放大器,可以输出直流电压信号的线性与相对湿度的关系,测量范围是0%～I.00%RH的输出电压范围I.～IVv,±III%RH的测量精度,灵敏度IIVmv/RH,温度的系数±0.I.%RH/oC,Vs的响应时间.HMI.V00抗湿性能好.高灵敏度.快速响应,测量范围宽,我们设计的湿度数据采集电路利用脉冲振荡电路,以提高系统的灵敏度和线性度,并降低数据采集电路的成本,如图III所示:
图III湿度信号的采集电路
它可以构成多谐振荡电路,输出信号的振荡频率为:
工作周期:
我们应该调整电位器,使RI.=RII,图III得到方波信号.转换湿度敏感电容呈负相关,湿度传感器内部的振荡电路的频率信号(方波信号)成比例的变化,然后输入ATVIIIIXSVII的TI.销方波信号,定时器/计数器0计数的方式工作,定时器/计数器II的固定工作循环方式.这种测量方法是通过测量方波信号的频率来测量空气中相对湿度.我们可以分析输出的方波的频率和湿度测量之间的关系,得到相对湿度和典型值电压频率的表达式:
C.串行通信接口电路的设计
核心计算机,多个单片机计算机分散在不同的孵化器,不止I.个的分布在不同孵化器中,这就构成了I.个多机通信系统,如图IV所示:
图IV串行通信的接口电路
在计算机传输控制指令下,电脑相关机构在I.个固定的时间里在孵化器的收集.处理数据实现单片机控制现场的电脑,它必须完成水平翻译与PC机和单片机的沟通.
本系统采用MAXIIIIIII,MAXIM公司完成产生的水平翻译.
D.加热控制电路的设计
孵化器内的温度和湿度信号输入单片机计算机处理程序并获得系统的温度和湿度值.这个值将与设定值相比并且模糊操作.单片计算机控制温度和湿度控制设备操作结果.有大量的孵化控制系统功能组件,这些功能组件包括大功率电线,激动热风扇电机,增加湿度步进电机.空气门驱动步 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
进电机.在启动和关闭时这些部分有很强的干扰信号,因为它的能量大.光电耦合器隔离驱动的方法+达灵顿+继电器来控制这些高功率模块是为了有效地驱动和控制的这些部分.控制信号由单片机计算机第I.次通过光电耦合器TLPVIII.传动灵顿ULNIIVIII0III,然后由达灵顿传动可靠传递,最后间接控制继电器的这些特性.
因为孵化器是较大的,设计使用IV套耐热导线,每组的电阻丝功率II00w.这些阻力线分布在孵化器的IV周以及安装在搅拌风机背面.单片机的PII.0～PII.III输出高低电平信号控制接通和切断IV组电阻丝.总共V组加热条件:没有热,小热,中火加热,加热,充分加热.由于接通和关闭的时刻,电阻丝将运用干扰信号,系统实现电隔离的工作电路和控制电路通过光电耦合器连接TLPVIII.单片机输出.自从TLPVIII.输出功率为I.V0mw,它无法驱动继电器.所以连接电源驱动器集成电路ULNIIVIII0IIITLPVIII.在SRD-0VVDC-SL-C背后,继电器控制接通和切断加热电阻丝.加热控制电路如图V所示:
图V加热控制电路
III.结论
本文分析了温度和湿度孵化器的特点,在控制对象的基础上,设计单片机的硬件电路.实验结果表明,该系统温度精度可达到±0.I.℃,湿度精度达到±V%,并且可以实现分布式控制多个孵化器.系统成本低,适合中等孵卵所的需要.
附件II:外文原文(复印件)
摘要:孵化系统需要较高精度的温湿度控制.尤其是温度,细微的温度变化就会明显影响孵化时间和孵化率.本文设计的是单片机的温湿度控制硬件电路,该电路使用单总线数字温度传感器DSlVIIIVIIIII0提高温度测量精度,使用HMI.V00建立孵化器内湿度的频率检测电路,设计输出控制电路光电耦合器TLPVIII.,电动ICULNIIVIII0III和继电器.
关键字:孵化器,单片机,温度和湿度,温度传感器
I..介绍
人工孵化指的是,在鸡蛋孵化的阶段,通过调整外部条件(如温度.湿度.通风)效应,使鸡蛋变成鸡的过程.孵化条件将直接影响孵化率,成活率和雏鸡的成长.所以我们想控制外部条件,如温度.湿度.通风情况,来提高孵化率.
本系统选择孵化器内的温度和湿度作为主要控制对象,实施机构为供暖系统.加湿系统.冷却风扇.孵化控制系统如图I.所示.系统流程:单片机程序从温度和湿度探头采样温度和湿度信号的数据.根据需要发出开始信号,实现加热.加湿.翻鸡蛋.把舱口打开门,以确保鸡蛋胚胎的发育需要.
图I.控制系统图
II.系统的硬件电路设计
首先我们设计硬件电路,包括温度和湿度检测电路.温度和湿度的控制电路.数据显示电路.键盘接口电路.根据系统参数要求设计的通讯电路.
A.主要控制单元的设计.
这个系统使用以ATVIIIIXSVII为主要控制单元(MCU),Atmel公司生产的,它是I.种低功耗.低电压.高性能的VIII位单片机,用VIIIkb的可编程.只读存储器;它使用技术的高密度非易失性内存技术,和输出引线通过mcs_VI.汇编语言指令兼容.由于其价格低廉,性能可靠,抗干扰能力强,不需要扩大内存,它广泛应用于工业控制和嵌入式系统.因为控制系统收集数据的数量不是特别大,以及SC *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
M的VIIIk可编程闪存,所以满足需求.
以ATVIIIIXSVII作为I.个较低的计算机,负责收集孵化器内的环境参数,针对各种孵化器内温度和湿度值模糊操作,实现输出控制信号驱动机构,实时控制孵化器内的参数.此外,每个单片机通过孵化器内温度和湿度的数据串行通信接口连接上电脑.
B.传感器信号检测电路的设计
(I.)温度信号的采集
系统选择温度传感器DSlVIIIBII0.DSI.VIIIBII0生产于美国达拉斯,测量范围是VV～I.IIV℃,精度达到0.0VIIIV℃.与传统热敏电阻测量组件相比,DSI.VIIIBII0测量时可以直接读出温度,只需要I.行信息阅,其温度场的单总线数字信号就可以直接传输.它允许信号连接多个电缆,在DSI.VIIIBII0单总线的工作下,大大简化了布线,提高可靠性,降低了成本,特别适合长距离多点温度测控系统.温度信号的采集电路,如图II所示.DSlVIIIBII0的温度转换的结果可以由软件程序直接由IX到I.II位数字信号输出,默认值为I.II位.DSlVIIIBII0能够满足控制系统的需要,约I.秒的时间完成孵化的温度采集.
图II温度信号的采集电路
(II)湿度信号的采集
该系统使用湿度传感器HMI.V00,HMI.V00是湿度敏感电容的相对湿度传感器,是法国HUMIREL公司设计的产品.它包含桥振荡器组成的湿度敏感电容,低通滤波器和放大器,可以输出直流电压信号的线性与相对湿度的关系,测量范围是0%～I.00%RH的输出电压范围I.～IVv,±III%RH的测量精度,灵敏度IIVmv/RH,温度的系数±0.I.%RH/oC,Vs的响应时间.HMI.V00抗湿性能好.高灵敏度.快速响应,测量范围宽,我们设计的湿度数据采集电路利用脉冲振荡电路,以提高系统的灵敏度和线性度,并降低数据采集电路的成本,如图III所示:
图III湿度信号的采集电路
它可以构成多谐振荡电路,输出信号的振荡频率为:
工作周期:
我们应该调整电位器,使RI.=RII,图III得到方波信号.转换湿度敏感电容呈负相关,湿度传感器内部的振荡电路的频率信号(方波信号)成比例的变化,然后输入ATVIIIIXSVII的TI.销方波信号,定时器/计数器0计数的方式工作,定时器/计数器II的固定工作循环方式.这种测量方法是通过测量方波信号的频率来测量空气中相对湿度.我们可以分析输出的方波的频率和湿度测量之间的关系,得到相对湿度和典型值电压频率的表达式:
C.串行通信接口电路的设计
核心计算机,多个单片机计算机分散在不同的孵化器,不止I.个的分布在不同孵化器中,这就构成了I.个多机通信系统,如图IV所示:
图IV串行通信的接口电路
在计算机传输控制指令下,电脑相关机构在I.个固定的时间里在孵化器的收集.处理数据实现单片机控制现场的电脑,它必须完成水平翻译与PC机和单片机的沟通.
本系统采用MAXIIIIIII,MAXIM公司完成产生的水平翻译.
D.加热控制电路的设计
孵化器内的温度和湿度信号输入单片机计算机处理程序并获得系统的温度和湿度值.这个值将与设定值相比并且模糊操作.单片计算机控制温度和湿度控制设备操作结果.有大量的孵化控制系统功能组件,这些功能组件包括大功率电线,激动热风扇电机,增加湿度步进电机.空气门驱动步 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
进电机.在启动和关闭时这些部分有很强的干扰信号,因为它的能量大.光电耦合器隔离驱动的方法+达灵顿+继电器来控制这些高功率模块是为了有效地驱动和控制的这些部分.控制信号由单片机计算机第I.次通过光电耦合器TLPVIII.传动灵顿ULNIIVIII0III,然后由达灵顿传动可靠传递,最后间接控制继电器的这些特性.
因为孵化器是较大的,设计使用IV套耐热导线,每组的电阻丝功率II00w.这些阻力线分布在孵化器的IV周以及安装在搅拌风机背面.单片机的PII.0～PII.III输出高低电平信号控制接通和切断IV组电阻丝.总共V组加热条件:没有热,小热,中火加热,加热,充分加热.由于接通和关闭的时刻,电阻丝将运用干扰信号,系统实现电隔离的工作电路和控制电路通过光电耦合器连接TLPVIII.单片机输出.自从TLPVIII.输出功率为I.V0mw,它无法驱动继电器.所以连接电源驱动器集成电路ULNIIVIII0IIITLPVIII.在SRD-0VVDC-SL-C背后,继电器控制接通和切断加热电阻丝.加热控制电路如图V所示:
图V加热控制电路
III.结论
本文分析了温度和湿度孵化器的特点,在控制对象的基础上,设计单片机的硬件电路.实验结果表明,该系统温度精度可达到±0.I.℃,湿度精度达到±V%,并且可以实现分布式控制多个孵化器.系统成本低,适合中等孵卵所的需要.
附件II:外文原文(复印件)
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