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基于AT89C52和Pt100铂电阻传感器实现航天医用冷藏

小序

航天医用冷藏设备主要用于储存血液、试剂、疫苗等医学样品,是在特殊前提下对医学样品进行存储钻研的冷藏设备。为了包管冷藏设备具备高的靠得住性、稳定性,在开拓历程中必要进行周全的实验测试,这就必要一种相匹配的监测仪器对影响其靠得住性、稳定性的参数进行实时监测、阐发,进而前进冷藏设备的机能,终极使其满意在极特殊的前提下事情。

今朝,医用冷藏设备在国内外有广泛的钻研,而在航空航天领域的研发在国内外属于领先技巧,为包管达到严格的制冷保温指标要求,在布局设计、板材拔取等方面需特殊处置惩罚,才能包管冷藏设备在特殊前提下稳定靠得住的运行。相匹配的监测系统主要针对事情电源和温度这两个紧张的节制指标进行准确靠得住的监测。

系统硬件设计

航天医用冷藏设备监测系统硬件关键部分是旌旗灯号检测装配,包括模拟量旌旗灯号丈量电路、电源系统和串口通讯。此中电源系统采纳经典电路实现,本文不作具体论述。监测系统的硬件设计历程中采纳冗余技巧、单点双线、光耦隔离等抗滋扰技巧,增添了系统数据采集的准确性和靠得住性。监测系统道理框图如图1所示。

图1 监测系统框图

模拟量旌旗灯号丈量电路

以AT89C52单片机为核心,外置看门狗X5045和一片11.0592MHz晶振构成最小单片机系统,AT89C52是全部系统的节制核心,内带8KB的Flash ROM,用户法度榜样寄放于此。测温单元采纳Pt100铂电阻传感器(测温范围-50~+100℃),配套线性化输出0~5V标准旌旗灯号的温度变送器,偏差为0.06℃,构成单线式温度采集收集。为了前进精度,选用12bit的串行A/D转换器TLC2543,利用单片机I/O口的双向传输数据的功能,将P1.0~P1.3口与TLC2543的4根节制线CS、OUT、IN、SCK相连接,实现对TLC2543进行读取和写入操作。将温度变送器输出接入TLC2543的模拟输入通道即可。因为AT89C52单片机没有SPI接口,必要用软件实现SPI的功能,对TLC2543操作的关键是理清接口时序图和寄存器的应用要领。系统法度榜样使用Xeltek公司的基于USB口的通用编辑器Superpro3000U下载到AT89C52芯片中,实现系统固件编程。温度采集电路如图2所示。

电源旌旗灯号的丈量包括采集电路和显示模块两部分,装配电路图如图2所示。检测供电电源的电压采纳分压电路实现,小电阻4.3KΩ两端接上一个5.6V稳压管以保护单片机系统;检测事情电流利用运算放大年夜器LM358将采样电压放大年夜为标准旌旗灯号,如图3所示。然后将电压、电流检测电路输出接入TLC2543的AIN0,AIN1接口,完成对电源旌旗灯号的采集。显示模块由2个四位一体的共阴极数码管和1片LED串行共阴极驱动器MAX7219构成。MAX7219的3根节制线DIN, LOAD, CLK与单片机AT89C52的P1.5~P1.7相连,数码管的段选旌旗灯号线a-dp分手和MAX7219对应的SegA~SegDP相连,此中一组数码管LED1的4根位选旌旗灯号线和MAX7219的位驱动线Dig0~Dig3相连接,另一组LED2的位选旌旗灯号与Dig4~Dig7相连。LED1显示系统供电电压,LED2显示事情电流。固件法度榜样分为旌旗灯号采集和数据显示两部分,系统事情是在法度榜样节制下,完成对模拟旌旗灯号的采集和电源旌旗灯号的显示。

图2 数据采集、显示电路

图3 电流采集电路

串口通讯

因为RS-232串行通信标准接口应用方便、接线少而且传输间隔可达到15m,足以满意监测系统的技巧要求,是以选用RS-232的串口通信要领。ATMEL的89C52单片机经由过程通俗I/O口与 PC机 RS-232串口实现通信的硬件接口电路,如图4所示。因为 PC系列微机串行口为RS-232标准接口,与输入、输出均为TTL电平的AT89C52单片机在接口规范上不同等,是以TTL电平到RS-232接口电平的转换采纳 MAX232标准 RS-232接口芯片,该芯片可以用单电压(+5 v)实现RS-232接口逻辑“1”(-15~3V)和逻辑“0”(3~15 v)的电平转换。AT89C52的P3.0为串行输入端,P3.1为串行输出端。

图4 RS232串口通讯

系统软件设计

监测系统软件包括下位机法度榜样和Delphi数据通讯软件两部分,实现测试数据的阐发处置惩罚、回放显示、打印输出等功能,它可以接管敕令和数据,向设备发送节制旌旗灯号,返回设备的状态参数,供给友好的人机界面。同时,使用软件滤波措施前进数据采集的准确性。

下位机法度榜样设计

监测系统的核心在于下位机法度榜样能够进行数据的采集、显示并与上位机的数据通讯,向上位机发送采集的温度、电源数据,接管上位机发来节制指令,进行传输数据,与上位机通信采纳查询和中断要领实现,并有奇偶校验以包管数据精确传输,下位机法度榜样的软件流程图如图5所示。

图5 主法度榜样流程图

MAX7219初始化即设置各个寄存器初始值,包括BCD译码器、多位扫描电路、段驱动器、位驱动器和用于寄放每个数据位的8×8静态RAM以及数个事情寄存器。经由过程指令设置这些事情寄存器,使其进入所要求的事情状态。AT89C52单片机有发送缓冲寄存器和接管缓冲寄存器SBUF、串行口节制寄存器(SCON)、特殊功能寄存器(PCON),MAX232串口初始化便是经由过程法度榜样设置SCON定为事情要领2,并使REN为1,容许串行口中断。串口通信发送法度榜样采纳查询要领实现,数据接管法度榜样采纳串口中断要领实现,在数据接管中断办事法度榜样中根据所接管的数据判断是否将发送标识Send_flag置位。数据采集处置惩罚子函数形参为模拟通道号,完成对此通道数据采集转换,并将转换结果放入一维数组Cstring[],然后轮回采集多次顺序放入Cstring[]数组中,采纳软件滤波措施获得此通道的数据。LED显示子函数是按照精确的时序和寻址要领操作内部寄存器,完成电源旌旗灯号的实时显示。

Delphi通讯软件设计

上位机使用Delphi开拓,因为Delphi没有自带的通信控件,采纳第三方SPComm控件实现PC机与单片机串口通信。它具有富厚的与串口通讯亲昵相关的属性、措施和事故,供给了对串口进行操作的多种功能。在应用历程中,只要设置精确,完全可以发送从 0到 255的二进制数字,且接管精确。SPComm控件的StartComm措施用于打开串口,StopComm历程用于关闭串口。使用事故驱动法完成数据的接管和发送,SPComm控件的OnReceiveData事故,当输入缓存稀有据时将触发该事故,在这里可以对串口收到的数据进行处置惩罚,而WriteCommData完成数据的发送,这样上位机系统可以接管单片机发送的数据和信息,以使PC机更快速作出反映。

为实现数据通讯法度榜样,须在Delphi开拓情况下设置一个窗体,窗体上主要有一个通讯控件SPComm和3个Timer控件。软件采纳准时器TImer1和TImer2控件来实现在数据信息送出2s后PC机仍未收到任何回执信息,法度榜样呈现提示然后跳出系统,以下是法度榜样编写时相关留意点:

(1)握手旌旗灯号建立以及发送接管数据时:为了使主性能够对全部检测历程进行实时节制,串口打开即发送握手旌旗灯号,接着设按等待光阴,握手成功后,经由过程前提判断下一步是发送照样接管数据。对发送的敕令,最好采纳文本措施,若采纳二进制分外留意数据的款式。

(2)接管数据:接管数据经由过程被动的触发事故完成,可以经由过程函数实现,根据自己的要求编写,在接管历程中,多用特性字符,如“#”,“$”等,这必要在通信协议中约定。

(3)TImer控件:根据必要设定TImer控件,经由过程它可以完成发送敕令和接管数据的历程,同时可以有效的判断通信非常等环境,并迅速作出反映。

(4)通讯差错:因为外界滋扰或电压颠簸等缘故原由,PC机和单片机之间的通讯可能会呈现差错,如接管缓冲区溢出、收集端口超速等,这些可能在代码中引起运行差错,为了处置惩罚这些差错,须将差错处置惩罚加到SPComm控件的Receivedata事故中处置惩罚。

结语

温度传感器经由过程温度变送器接入TLC2543A/D转换器,输入旌旗灯号很小,对滋扰很敏感,是以必然要加装自力的樊篱线,避免外界的滋扰。同时,供电电源置于设备内部,事情时会孕育发生滋扰,以是必然要与旌旗灯号线、节制线分开并樊篱好,防止设备呈现意外的环境。

颠末模块化的电路测试、软件调试和系统组装,测温精度可以达到±0.08℃。

此仪器采纳单片机作为主节制器,资源低,通讯靠得住性高,实时性好,系统运行稳定,各项指标达到了技巧要求,经由过程青岛市科技局剖断,并已交付用户单位应用,今朝在冷藏设备的开拓历程中已经发挥了紧张感化。

责任编辑:gt

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