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压力蒸汽灭菌器温度控制系统的设计

作　者: 万功哲
导　师: 李文印
学　校: 吉林大学
专　业: 软件工程
关键词: 单片机模糊控制灭菌器温度控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

单片机进入中国20余年以来以其体积小、功能强、扩展灵活、使用方便等特点,逐渐应用到各行业的工程实际当中。本文将重点介绍AT89C52单片机在压力蒸汽灭菌器温度控制系统中的应用。压力蒸汽灭菌器由四部分组成,机械部分、测试部分、控制部分和显示装置部分。合理的机械结构设计可最大限度的利用空间、节省材料、使外形美观。测试系统是利用各种传感器来感知所要测量的各种被测信息,例如蒸汽灭菌器要求有压力和温度的指标这需要用到压力传感器和温度传感。传感器在灭菌器中的位置不同,测得的结果会不同,比如温度传感器在门的附近,显示的温度会偏低。控制部分可采用微机、单片机、PLC或可编程逻辑器件控制。控制系统是压力蒸汽灭菌器的核心部分,如果将压力蒸汽灭菌器比作人的话,机械部分是躯体,控制系统就是心脏。本课题要做的工作是研究压力蒸汽灭菌器的控制系统,在原有基础上进行技术改进,使灭菌器在短时间内达到消毒灭菌规定的温度并在规定的时间内保持灭菌所需温度,压力蒸汽灭菌器的控制系统应具备以下功能:(1)显示工作状态;(2)具有良好的人机交互界面;(3)消毒灭菌参数可以任意设定;(4)自动记录灭菌过程信息;(5)随时打印己记录下来的灭菌信息和曲线记录;(6)运行过程中如出现故障或误差,自动停止运行并报警。本系统的控制原理是通过温度传感器将压力蒸汽灭菌器的温度信号转换成电信号,由于这些电信号一般比较微弱,需要经过信号调理电路将信号进行放大,然后经过模/数转换送至单片机主芯片,这样就能够测出压力蒸汽灭菌器的实际温度。单片机将实际温度与事先设定的温度进行比较,采用模糊控制的方法,输出一个控制量,经过数模变换后控制双向可控硅的导通角,以实现对加热量的控制,从而达到消毒灭菌效果。控制系统由4部分组成:输入部分(信号采集)、输出部分(控制温度)、键盘部分(设置参数及灭菌器的操作控制)和显示部分(显示温度和时间)。文中分别论述了单片机温度控制系统的硬件电路设计、软件设计、抗干扰措施等部分,其中A/D转换和D/A转换电路分别用8位的ADC0809和8位的DAC0832,而单片机及扩展接口电路选用了8255。本文对系统的总体结构、工作原理及硬件电路作了详细的说明。控制系统将温度传感器检测到的实际温度通过ADC0809进行A/D转换,送入单片机中,与设定值进行比较、得出偏差,对此偏差按模糊控制算法进行修正,求得对应的控制量,控制可控硅驱动器的导通时间(即调节可控硅的导通角),从而实现对温度的控制。系统目标的最终实现是最终依靠软件来完成的,本系统软件设计的主要任务就是结合硬件结构完成系统预想的功能,包括软件结构设计和程序设计。在一个性能优良的单片机应用系统中,合理的软件结构是基础。可以把整个工作分解为几个相对独立的操作,根据这些操作的互相联系及时间关系,设计出一个合理的软件结构。进行软件结构设计的任务是确定程序结构,划分功能模块。主程序的一般结构是先进行各种初始化,然后等待采样周期信号的中断请求。各个功能模块可分为:定时、数据采集、数字滤波、控制算法、显示等。进而明确各个模块的任务和相互联系,画出每个模块的详细流程图。根据确定的流程图,分别编写主程序和各模块程序。编程时尽量利用现成的子程序,以减少工作量。编程语言一般都采用汇编语言,汇编语言具有执行速度快、占用内存少的特点,适合用于实时控制系统。利用AT89C52单片机所设计的温度智能控制系统,能自动完成数据采集、处理、转换,并实施模糊控制和键盘终端处理及显示。当实际温度达到设定的温度时,开始对设定的灭菌时间进行倒计时操作,时间减为零,灭菌结束。为了提高温度控制精度,本文采用了模糊控制方法,文中详细地阐述了基于模糊控制理论的系统软件设计方法,与传统的PID调节相比,在稳定性、精度、容易实现程度等方面都有明显的改善。

全文目录

第1章引言  6-11
  1.1 灭菌方法及其设备  7-11
    1.1.1 灭菌方法介绍  7-8
    1.1.2 灭菌设备及器材  8-11
第2章自动控制与嵌入式系统  11-15
  2.1 自动控制技术  11-13
    2.1.1 自动控制系统的概念  11-12
    2.1.2 自动控制系统的基本结构  12-13
  2.2 嵌入式系统简介  13-15
    2.2.1 嵌入式系统的概念  13-14
    2.2.2 嵌入式系统的基本特点  14-15
第3章控制系统硬件电路的设计  15-40
  3.1 控制系统的组成及工作原理  15-17
    3.1.1 控制系统的组成  15-16
    3.1.2 控制系统的工作原理  16
    3.1.3 控制系统的主要功能  16-17
    3.1.4 控制系统功能实现概述  17
  3.2 控制系统主板的总体设计  17-26
    3.2.1 微处理器的选择及设计  17-22
    3.2.2 并行接口扩展及引脚接线设计  22-26
  3.3 人机界面设计  26-29
    3.3.1 键盘接口设计  26-27
    3.3.2 键盘工作原理  27
    3.3.3 显示接口的设计  27-29
  3.4 测量输入通道设计  29-35
    3.4.1 A/D 转换电路的设计  30-33
    3.4.2 D/A 转换电路的设计  33-35
  3.5 输出控制电路设计  35-36
  3.6 系统主要设计  36-37
  3.7 其它芯片的选用  37-40
第4章系统的软件设计  40-50
  4.1 主程序的设计  40
  4.2 A/D 采样子程序的设计  40-41
  4.3 显示子程序的设计  41-43
  4.4 定时子程序的设计  43-46
    4.4.1 中断  43-44
    4.4.2 定时器/计数器  44-45
    4.4.3 工作方式寄存器  45-46
    4.4.4 定时子程序的设计  46
  4.5 键盘子程序的设计  46-50
    4.5.1 键盘工作方式的选择  46-47
    4.5.2 键盘子程序的设计  47-49
    4.5.3 键盘的编码  49-50
第5章系统的干扰源及抑制  50-52
  5.1 电磁兼容问题  50
  5.2 噪声干扰问题及抑制  50-52
    5.2.1 控制噪声源  51
    5.2.2 减小噪声的接收  51
    5.2.3 电源线上的干扰和抑制方法  51-52
第6章结论  52-54
参考文献  54-55
致谢  55-56
摘要  56-58
Abstract  58-60

压力蒸汽灭菌器温度控制系统的设计

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