隨著現代農業的發展 ,恒溫恒濕箱的應用越來越廣 ,生產、科研對它的要求也越來越高。 要求它的性能價格比更高 ,使用壽命更長 ,使用費用更少 (省電 ) ,響應速度更快。筆者從硬、軟件兩個方面作了研究設計與調試 ,研制出新型恒溫恒濕箱 ,以滿足用戶更高的要求。1  系統硬件設計
 
恒溫恒濕箱測控系統的硬件框圖如圖 1所示。主要包括帶有 20 k B閃存存儲器 ( fla sh m em ory )和內存 256B RAM 的高性能 AT89C55 單片機芯片^{[1 ]} 、 A /D轉換器 IC L7135、傳感器、輸入設備 ( 鍵

盤 )、輸出設備 (數碼顯示器 LED、監視器 CRT、微型

打印機 )、輸出控制設備等。

1. 1  單片機接口的復用技術

AT 89C系列單片機共 4個接口 ( P0、 P1、 P2、 P3 )32位 ,本系統所需的接口如下: 4× 4鍵盤占 8位;   A /D轉換器 7135需 12位; 微型打印機 10位; 監視器 CRT(串口 ) 2位; 12位數碼顯示器 LED 需 20位 I / O 口 (用并行口 , 12位 , 8段 ); 輸出控制位 4位; 2 個控制二選一轉換開關 4066需 2位; 中斷 2位;   X25045需 4位 ,故共需 64位 I /O 口。如擴展 I /O 口   則將使系統變得既龐大、又雜復。本文使用單片機接口的復用技術 ,可以使系統大大簡化。在復用技術中應遵循兩條原則: 除了輸出控制位之外 ,其它 I /O 口位都可以使用復用技術; 充分利用單片機接口各位 ,只有到單片機本身接口不夠使用時才使用接口復用技術。 1. 1. 1 CRT 監視器與 LED顯示器共用串口   如果不用接口復用技術 ,單片機與 PC機的通訊用了串口 ( 2位 ) , LED顯示就只能用并口動態顯示 ( 10+ 8= 18位 ) ,總共需 20位。本系統 LED 顯示采用通過串入并出接口 74LS164實現靜態顯示。如圖 1所示 ,只要用單片機的 1位作二選一開關 4066 的控制位 ,亦即只用單片機的 3位 ,就達到了使兩種顯示器共用串口的目的。 這樣既節省了 I /O 口 ,也節省了為 LED動態顯示 CPU 所花費的時間。 1. 1. 2 鍵盤與微型打印機共用 P0 口   鍵盤輸入接口與微型打印機輸出接口共用 P0 口 , 鍵盤再用到中斷口 IN T0 , 微型打印機再用到 W R、 RD信號位即可使兩者互不影響。 1. 1. 3 2045與 ICL 7135共用 P1 口   本系統所采用的 A /D 轉換器如圖 1所示的 ICL 7135是四位半雙積分 A /D轉換器。 它具有抗干擾性能好 ,轉換精度高 (相當于 14位二進制數 ) , 自動校零 ,動態字位掃描 BCD碼輸出 ,單基準電壓 , 價格低廉等特點。雖然它的轉換速度較慢 ,但本系統所控的對象—— 溫濕度變化都是緩慢的量 ,是足夠的了[2 ]。 它占用 P1 口 8位 , P2 口 4位。   X25045芯片把 3種常用功能—— 看門口定時器、電壓監視和 E2 PROM 組合在單個封裝之內 ,這種組合降低了系統成本并減少了對電路板空間的要求。 其中 4096位串行 E2 PROM 是按 512× 8組織的 ,是提高系統可靠性及自動化標定與校準的硬件   基礎[4 ]。   ICL7135與 X 25045是分時與 CPU 聯系的 ,二   者復用 P1 接口。 前者雖然是連續工作 ,但取數卻是程序控制。 X25045的工作有嚴格的時序 ,理論分析與工作實踐都證明 , IC L7135的連續工作不會影響   X 25045的工作。   1. 2  信號處理通道設計   測控系統檢測精度的高低在很大程度上取決于信號處理通道的設計質量。 1. 2. 1 傳感器   本系統采用了穩定性、重復性和線性度都較好的鉑電阻 Pt100溫度傳感器和 HS20型 (日本 )濕度傳感器。高精度傳感器是提高檢測精度的重要保證。 1. 2. 2 通過采樣參考值以消除系統漂移   通過多路模擬開關 ,兩個傳感器和參考電阻的信號處理共用一個多路開關 4051放大電路和 A / D 轉換電路 ,通過對參考電阻的采樣與處理 ,既簡化了系統 ,又基本消除了系統的漂移 ,從而提高了檢測精度。   2  系統軟件設計   整個恒溫恒濕箱控制系統是在應用程序的控制下執行的 ,應用程序由主程序、數據巡回采集及處理子程序、 PID 調節子程序、鍵盤中斷服務程序、打印子程序及定時中斷服務程序等組成。 2. 1  主程序   主程序流程圖   如圖 2所示。 主程   序順序執行: ①初   始化: 主要包括設   定堆棧指針 ; 定義   定時 /計數器工作   方式; 開中斷及設   中斷優先等級。 ②   將給定值及 PID各   參數由鍵盤或指定   的 flash  memo ry   單元傳送到指定的   RAM單元。③巡回   檢測、顯示并調節   溫、濕度。這是軟件 圖 2  主程序流程圖 系統的主體。 Fig. 2   M ain pro g ram flow cha rt 2. 2  控制方法的   選用   本系統所采用的控制方法是 PID 控制方法 [3 ]。用現有的同類產品實現低溫下恒溫控制 ,需要將壓縮機全速全功率運行 (因為壓縮機不允許頻繁起動 ) ,然后用加熱器進行 PID調節保持恒溫。這無疑

耗能多、噪聲大、降低使用壽命。
 
本系統充分發揮單片機數控優勢 ,采用 PID調頻控制壓縮機 ^{[4 ]}的制冷量從而達到恒溫的目的 ,克服了現在同類產品的不足 , 提高了產品質量 , 有明顯的節能效果。
 
 
 
 
本系統采用了積分分離的方法^{[4 ]} , 以消除在開工、停工或大幅度提降時 , 因積分的作用 , 產生大超調量 , 而使系統不停震蕩的現象 , 取得很好的控制效果。
 

其控制算		圖 3   PID運算流程圖
式為	Fig	. 3	PID o per atio n flo w char t
	> XPD(比例微分 ) 運算
ei =  w -	yi  ≥ XPID(比例積分微分 ) 運算

其運算流程圖如圖 3所示。
 
3  主要技術指標
 
由于采用了較好的硬、軟件技術 ,實現了較高

的檢測精度和較好的控制效果 ,本系統的主要技術
 
指標如下:
 
溫度范圍 -  30～ +  80℃; 溫度波動度 ≤
 
± 0. 3℃; 溫度檢測精度≤± 0. 1℃; 溫度控制精度≤
 
± 0. 4℃; 濕度范圍 20% ～ 100%  RH;濕度波動度≤
 
1%  RH; 濕度檢測精度≤ 3%  RH; 濕度控制精度≤
 
4%  RH。
 
且比同類產品節電 20% 左右。
 
4  結 語
 
新型恒溫恒濕箱測控系統由于采用了 I /O 接口的復用技術 ,實現了設計真正意義上的嵌入式單片機測控系統 ^{[5 ]}的設計 ,這是提高性能價格比的極好途徑。將調頻技術應用于本系統的制冷壓縮機 ,使得 PID控制方法用于制冷過程 ,使制冷控制動態品質大為改善。