人工氣候箱的硬件設(shè)計(jì)過程
人工氣候箱的硬件設(shè)計(jì)過程
人工氣候箱是模擬各種小氣候環(huán)境，在生物學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等生產(chǎn)科研領(lǐng)域，為保證某些生物的必要生活條件，滿足生物生長發(fā)育的室內(nèi)觀察需要。當(dāng)前主流的人工氣候箱基本都屬于智能型，能夠控制溫度、濕度和光照度等參數(shù)，同時(shí)對于運(yùn)行的時(shí)間，我們也能夠自己設(shè)定，因此，又被叫做智能人工氣候箱。那么，下面，我們主要從人工氣候箱的硬件構(gòu)成上分析下人工氣候箱時(shí)如何做到模擬自然環(huán)境參數(shù)的。
人工氣候箱系統(tǒng)硬件由三部分組成，即由AT89C52單片機(jī)及外圍電路構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)、鍵盤顯示電路和輸入輸出電路。單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路由AT89C52，AT24C02，看門狗電路及掉電保護(hù)電路組成。AT89C52內(nèi)含256字節(jié)的內(nèi)部RAM，8kb的閃爍存儲(chǔ)器及三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器等，能滿足編程的需要。AT24C02用于系統(tǒng)參數(shù)的讀寫，系統(tǒng)參數(shù)包括白天運(yùn)行時(shí)間、黑夜運(yùn)行時(shí)間、白天溫度、黑夜溫度、白天濕度、黑夜?jié)穸取⒐庹斩取？撮T狗電路由IMP706及其外圍電路組成，IMP706內(nèi)部有一個(gè)1.6s的看門狗定時(shí)器，若在1.6s內(nèi)未檢測到其工作，看門狗輸出WPO處于低電平狀態(tài)，使CPU復(fù)位。IMP706還有電壓監(jiān)視功能，當(dāng)電源電壓降至復(fù)位門限1.25V以下時(shí),亦使WPO處于低電平狀態(tài)。掉電保護(hù)電路完成掉電瞬間運(yùn)行參數(shù)（包括所處天數(shù)、白天/黑夜運(yùn)行時(shí)間等）寫入AT24C02，主要由電壓比較器構(gòu)成，比較器的兩輸入端分別來自電源電路中集成穩(wěn)壓塊L7805的輸入、輸出端。由于系統(tǒng)掉電時(shí)L7805端入端的電壓V1下降速度總比輸出端電壓V2快，經(jīng)比較器輸出一個(gè)電壓下降沿就用來觸發(fā)CPU的外部中斷輸入端，需要注意的是，為了保證掉電瞬間運(yùn)行參數(shù)可靠地寫入AT24C02，該外部中斷的優(yōu)先級必須最高。
人工氣候培養(yǎng)箱鍵盤及顯示電路：本系統(tǒng)需處理的參數(shù)比較多，共需10個(gè)LED數(shù)碼管、10個(gè)按鍵和8個(gè)指示燈。使用2片8D鎖存器74LS373，通過鎖存控制信號P2.0和P2.1分別控制74LS373的CLK端，分時(shí)鎖存P0口顯示數(shù)據(jù)，完成數(shù)碼管段碼和指示燈的數(shù)據(jù)刷新。數(shù)碼管顯示采取動(dòng)態(tài)顯示，由4-10譯碼器74LS154分別選擇所要選通的數(shù)碼管。鍵盤的輸入判斷時(shí)機(jī)是與74LS154的輸出端通道號選通時(shí)機(jī)相結(jié)合的，當(dāng)74LS154選通某一位時(shí)，若對應(yīng)該位的按鍵按下了，則P1.3口輸入為低電平，否則為高電平。
輸入輸出電路:輸入信號由箱內(nèi)溫度、箱內(nèi)濕度組成，箱內(nèi)溫度的測量傳感器為Pt100鉑電阻，其線性和精度較高，溫度由0-50℃間變化時(shí)，鉑電阻信號經(jīng)橋路放大后轉(zhuǎn)換成0.5-2.5V的電壓信號。濕度傳感器選用S201B型濕度變送模塊，模塊內(nèi)含高分子薄膜型濕敏電容感濕元件，輸出為電壓信號，0-100%RH變化的濕度對應(yīng)于0-1V（線性）電壓，該電壓上拉后轉(zhuǎn)換成0.5-1.5V電壓信號。上述兩路電壓輸出信號與一路基準(zhǔn)電壓信號(-2.5V)分別作為多路選擇開關(guān)4051的輸入端。經(jīng)89C52單片機(jī)控制自動(dòng)切換，作為雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入信號，滿足89C52信號采樣需要。雙積分電路主要由LM324和電阻R(220千歐)、電容（0.22μF）組成，該電路具有消除干擾和電源噪聲的能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)。輸出電路中的一片&8D鎖存器74LS373，通過鎖存控制信號P2.2控制74LS373的CLK端，分時(shí)鎖存數(shù)據(jù)，完成輸出開關(guān)量的刷新。輸出參數(shù)為加熱、制冷、加濕、光照、報(bào)警等。
以上就是人工氣候箱的整個(gè)硬件構(gòu)成，然后再配以合適的軟件，就構(gòu)成了一款性能優(yōu)異的人工氣候培養(yǎng)箱。智能人工氣候箱控制系統(tǒng)外圍線路簡單，設(shè)定界面簡潔明了，且性能價(jià)格比較高，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義和推廣價(jià)值。
