中国·芯片交易在线
首页 | 供应信息 | 求购信息 | 库存查询 | 新闻中心 | 展会资讯 | IC厂商 | 技术资料 | 自由区域
   新闻首页 |  行业动态 | 新品发布 | 政策法规 | 科技成果 | 模拟技术 | 嵌入系统 | 传感控制 | 存储设计  
当前位置:IC72首页>> IC新闻中心>> 传感控制 >>电子行业新闻正文

基于RTX51Tiny的温度控制系统

时间:2007/10/29 10:58:00  作者:  来源:IC72  浏览人数:926
 
 

      1引言

      婴儿培育箱是医院常用的设备之一,主要用于早产儿、病儿的体温维持。经调研发现,医院现用的某型号的培养箱温控系统存在着不足,主要表现在箱内温度不均匀。其原因在于他只依据一个传感器进行温度调整,原控制系统根据传感器采集的温度信号实施控制,传感器附近的温度确实达到了设定的温度范围。但是这样不能保证箱内其他地方的温度也在设定的范围之内,且被控对象温度不均匀。

      本设计中采用4个温度传感器分别置于温箱内的四周,单片机轮流采集各个传感器的温度值,然后对各个温度信号进行综合分析,由此决定发热部分的功率和风扇的转速。

      2系统硬件设计

      2.1系统结构框图

      系统的结构如图1所示。

IC72新闻中心

      2.2各部分说明

      单片机采用功能强大的单片机AT89S52作为控制核心。该型号单片机具有8kB的ROM,256B的RAM还包括3个定时/计数器和ISP下载功能。

      温敏传感器AD590是电流型集成温度传感器,在一定温度下,他相当于一个恒流源,不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰,且具有很好的线性特性。他只需要一种电源(+4~+30V),即可实现温度到电流的线性变换,因此,使用十分方便,而且,电流型比电压型的测量精度更高。

      温度信号变换传感器输出的信号经过处理,转化成0~5V的电压信号后送到A/D转换器。

      A/D转换模块采用带串行控制10位模数转换器TLC1543。TLC1543有8路输入端,可编程选择。由于该芯片为串行控制,所以占用单片机I/O口少,而且速度快,精度比普通的8位A/D转化器高。

      抗干扰模块使用看门狗芯片X25045,其看门狗功能将对系统运行起到有效的监视作用,内含512B串行E2PROM,具有掉电非易失特性,在本系统中作为数据备份用。

      功率模块采用随机型固态继电器控制加热设备和风扇的方式。固态继电器采用低电压输入方式,一般为DC3~10V,用可控硅做输出器件。这样弱电的部分与强电的部分实现隔离,可抑制干扰。

      人机交换模块用4×3键盘和液晶显示器构成人机交互界面。

      3系统控制算法

      由于在箱内四角分别放置了一个温敏传感器,因此取得控制信号的关键是怎样对采集到的4路温度信号进行处理。经过多次实验总结出如下的方法:在每一个控制周期开始的时候,分别对4个传感器进行7次采样,然后对采样到的温度值进行数字滤波。对每一个传感器的测量值进行排序,取其中间值作为该传感器本次的测量值。由此得到4个采样点的温度值t1,t2,t3,t4。然后求T和T′,T为t1,t2,t3,t4的平均值,T′为t1,t2,t3,t4中任意两点间的最大差值。即:

IC72新闻中心

      T为该时刻箱内温度的实测值,与设定的温度值和加热装置的功率相关。若T≥38℃或者T≥(设定值t+2℃)时,对箱内的婴儿会造成影响,这时发出报警声。T′为箱内最大温差,表示箱内温度的不均匀程度,与箱内的空气流动速度有关,他用于控制风扇转速。设U1,U2分别为输出给连接加热装置和风扇的两个固态继电器的控制信号:

IC72新闻中心

      K1,K2为一确定常数,K1取得越大响应速度越慢,但是控制精度越高,反之K1越小响应速度越快,但是控制精度越低。K2取得越大响应速度越快,但是会对箱内婴儿影响大,反之K2取得越小响应速度越慢,但是对箱内婴儿影响小。经过反复实验后发现,K1取10℃,K2取2℃比较合适。为了在不同的情况下,加热单元输出不同的发热功率,风扇工作于不同的风速,固态继电器的控制信号己U1,U2必须是脉宽调制波PWM,通过调整每一周期的加热脉冲的宽度以达到目的。

      4系统软件设计

      本系统的程序需要完成以下工作:采样键盘设置箱内温度并显示设定温度值,通过A/D转换器读取4个通道的信号,把该信号转换成温度值,进行数字滤波,求T和T′(若超出报警范围,则输出报警信号),显示当前温度,根据所采集到的温度值来控制输出端PMW波的占空比。程序比较复杂,如果用传统的程序设计方法需要花费较多的时间。

      在此,采用Keil自带的操作系统RTX51Tiny来设计本程序。RTX51Tiny是RTX51FULL的子集,内核很小(900kB左右),可以很容易地在没有任何外部存储器的单片8051系统上运行。他支持16个任务,任务间按照时间片循环调度、支持任务间信号传递、支持以下等待操作:等待超时,等待另一个任务或等待中断的信号。在建立系统任务的同时,他还可以使用8051单片机中除定时器0之外的其他中断。

      使用RTX51Tiny的时候应该注意两个方面:合理地进行任务的分配、合理地安排各个任务的顺序。在本设计中,一共安排5个任务,如图2所示。

IC72新闻中心

      由图可知,task4等待task0和task3的信号到来后(得到了新的温度值)才运行刷新液晶显示屏的程序。任务task1完成A/D数据的采集,运行完成后发一个信号给task2。task2处于等待状态,直到收到task1的信号,就对采集到的数据进行数字滤波。然后发信号给task3。task3收到task2的信号后,对数据进行综合分析得出控制量,同时进行备份。task5则根据控制量输出PWM波。

      使用了RTX51Tiny后编程思路简单,程序调试方便,程序设计周期缩短。

      5实验数据分析

      现在将一台改进后和改进前的培养箱进行对比。首先测量室温为23℃,再把两个箱的温度设定为32℃。10min之后两个箱内的温度都达到稳定。

      首先测量未经改进的箱的温度。分别测量箱的左侧(进风口)、中间(安装传感器的位置)和右侧的温度。测量发现,左侧的温度为34℃,中间为32.3℃,右侧为31℃。说明:传感器附近的温度是正常的,因为处理器是根据传感器的测量结果来进行控制的。但是箱内的最大温差为3℃,因为只有一个采样温度的点,不能全面反映箱内的温度情况。

      然后对经过改造后培养箱的4个角(放传感器的地方)和中间的温度进行测量,得到如下结果。四周温度分别为:32.5℃,32.8℃,31.5℃,31.6℃,中间温度为32.4℃。结果表明靠近一侧的两个角的温度稍高(32.5℃,32.8℃),Ⅱ因为这一侧是热风的进风口;另一侧的温度稍低为(31.5℃,31.6℃);中间的温度为32.4℃接近四个角温度的平均值32.1℃,和设定的温度基本相符。箱内的最大温差为1.3℃,说明箱内的温度较为均匀。

      实际测量表明,控制效果得到了明显的改善。

      6系统抗干扰措施

      为了加强系统的稳定性,提高其抗干扰能力,在软件和硬件上都采取了相应的措施。外围电路采用固态继电器来控制加热器件,由于固态继电器是以可控硅做输出的器件,所以避免了大电流信号对系统的干扰。增加了“看门狗”芯片X25045,设定好复位时间后他可以在程序“跑飞”的情况下给单片机复位。软件设计方面,采集温度数据时为了防止偶然的干扰使采集到的信号发生偏差,因而采用了数值滤波的方法。为了防止单片机RAM中的重要数据在受干扰时被冲毁,在程序中把相应的数据做了备份,存入片外的X25045中,并在系统下次复位后恢复数据。

      7结语

      本设计在硬件和软件方面都对原来的婴儿培养箱做了改进。控制方案更加科学合理,实际效果理想。在软件方面,使用了操作系统RTX51Tiny,使程序设计变得简单快捷。这样的程序设计思想值得推广。

 
【相关文章】
·基于RTX51Tiny的温度控制系统
 
 
IC新闻搜索
 
热点新闻
基于红外超声光电编码器的室内移动小车定位系
基于闪烁存储器的TMS320VC5409DSP并行引导装载方法
非移动市场需求飙升,ARM预计2010年出货量超50亿片
一种快速响应的电容式湿度传感器感湿薄膜设计
利用特殊应用模拟开关改进便携式设计
无线传感器网络跨层通信协议的设计
基于ARM9内核Processor对外部NAND FLASH的控制实现
基于GSM技术的汽车防盗系统的设计
热电阻在烟叶初烤炕房温度控制中的应用
高速数据转换系统对时钟和数据传输的性能要求
友情连接
 关于我们  IC论坛  意见反馈  设置首页  广告服务  用户帮助  联系我们
copyright:(1998-2005) IC72 中国·芯片交易在线
(北京)联系电话:(010)82614113、82614123 传真:(010)82614123 客户服务:service@IC72.com 库存上载:IC72@IC72.com
在线MSN咨询:ic72sale8@hotmail.com 通信地址:北京市西城区西直门内大街2号大厦15层 邮政编码:100013
(深圳)联系方式: 在线MSN咨询:ic72sale6@hotmail.com 在线QQ咨询:191232636 通信地址:深圳市福田区振华路
注 册 号: 1101081318959(1-1)

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9