種子發(fā)芽箱的電腦控制系統(tǒng)
合適的溫度及光照是育種的重要條件,種子發(fā)芽箱的微電腦控制裝置就是為了實現(xiàn)對上述條件的自動控制而設(shè)計的。系統(tǒng)有恒溫控制和變溫控制兩種基本功能,通過選擇可實現(xiàn)各種條件下的溫度及光照控制。
1、系統(tǒng)的功能與原理
本裝置的主要功能為變溫控制部分,模擬自然條件下種子發(fā)芽的溫度和光照條件。用高溫T。和低溫T‘兩個數(shù)據(jù),模擬白天和夜晚溫度的不同;用日光燈的明暗去模擬光照。功能選定后的基本工作過程為:日光燈亮,溫度控制在T。。模擬白夭:系統(tǒng)工作一段時間t后(假定模擬白天時間為t,t<24h),日光燈熄滅,溫度控制在T才。模擬夜晚:再經(jīng)過24h后,系統(tǒng)又轉(zhuǎn)為模擬白天的控制,溫度升至T。,日光燈打開。
在恒溫部分的基本功能與變溫相同,不同的是它只育一個恒溫T,日光燈可根據(jù)需要設(shè)置打開和關(guān)閉的時間,這樣就可以實現(xiàn)恒溫發(fā)芽的環(huán)境,當(dāng)然它也閱一用來恒溫存儲少量種子。系統(tǒng)的溫度控制是隨著環(huán)境溫度變化,控制條件也做出相應(yīng)變化。當(dāng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定后,內(nèi)部溫度(箱體內(nèi)部溫度)基本穩(wěn)定在同一點(diǎn),而外部溫度則隨時變化,內(nèi)外(箱體內(nèi)外)溫差不斷變化,內(nèi)外熱量的交換情況也不斷變化。如果采用單一的根據(jù)內(nèi)部溫度控制的方法,勢必造成壓縮機(jī)、加熱器的頻繁啟動,從而減少它們的使用壽命,并且溫度也不易控制。與此相反,根據(jù)外部溫度改變加熱及制冷的控制條件,例如當(dāng)外部溫度增大時,應(yīng)該適當(dāng)減小壓縮機(jī)的開始工作溫度點(diǎn),增大壓縮機(jī)的結(jié)束工作溫度點(diǎn)等。這樣可以盡可能地減少壓縮機(jī)、加熱器的開啟次數(shù),相對地延長了它們的使用壽命。這種控制方式可提高溫度控制的效率,并節(jié)約能耗!
2、系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)
種子發(fā)芽箱系統(tǒng)主要由機(jī)械部分和電路控制部分(硬件部分)組成,機(jī)械部分為壓縮機(jī)、加熱器、日光燈、風(fēng)機(jī)等。這里要介紹的為電路控制部分(即系統(tǒng)的硬件控制部分、系統(tǒng)的硬件框圖如圖1。
系統(tǒng)的硬件主要由四部分組成:①由CPU有儲器等組成的簡化微處理器系統(tǒng),介:現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理和控制計算。②用戶控制臺輸入及顯示部分,操作者通過控制臺進(jìn)行功能選擇及相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入,一可使系統(tǒng)工作在不同的狀態(tài),實現(xiàn)對種子發(fā)芽的各一種自然環(huán)境的模擬;顯示部分則用來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)及內(nèi)外溫度,使用戶可隨時對系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)督,這部分是系統(tǒng)與用戶的主要界面。③溫度讀入部分,主要包括:溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器件等。溫度傳感器把內(nèi)外溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值,然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量后由數(shù)據(jù)總線送入CPU,經(jīng)過CPU的運(yùn)算可得到箱體內(nèi)外的溫度值。④機(jī)械部分的控制輸出,這一部分是電路部分和機(jī)械部分的界面。CPU經(jīng)過運(yùn)算得出相應(yīng)的控制輸出,實現(xiàn)對壓縮機(jī)、加熱器、日光燈等的控制,從而實現(xiàn)了對溫度和光照的最終控制。
3、系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)和主要模塊如下(程序框圖參見圖2)。
(1)初始化模塊。在這個程序里初始化很重要,主要包括:中斷優(yōu)先級的設(shè)定,擴(kuò)展口的初始化,定時器的初始化等。初始化完畢后顯示提示符,將控制權(quán)交給用戶。
(2)控制及顯示掃描模塊?赏瓿娠@示掃描功能?山邮沼脩舻闹噶詈蛿(shù)據(jù),按用戶的要求進(jìn)行相應(yīng)的控制。
(3)讀出溫度模塊。控制A/D轉(zhuǎn)換器件,可得到相應(yīng)的內(nèi)外溫度的數(shù)字量,但從A/D讀出的數(shù)字量并不是溫度值,此模塊可把所得的數(shù)字量按一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行處理而得到溫度值,送至顯示模塊及控制模塊。
(4)正常檢查及報警處理模塊。本系統(tǒng)正常后,溫度控制穩(wěn)定,浮動很小多當(dāng)箱內(nèi)溫度浮動超出預(yù)定范圍時,則認(rèn)為出現(xiàn)異常情況。有時人為的開箱門檢查、放入、取出物品(種子)時也會造成箱內(nèi)溫度浮動超范圍,此時越界量很小,認(rèn)為是正常范圍內(nèi)的異常,僅只報警而提醒用戶注意。但如果溫度浮動大大超出預(yù)定范圍,則認(rèn)為出現(xiàn)了嚴(yán)重故障,需要另行處理。
(5)控制模塊。此模塊是本程序的核心模塊,恒溫和變溫部分都采用了隨環(huán)境條件不同而改變控制條件的辦法,并且要隨時讀取時間常數(shù),用來控制日光燈的狀態(tài),高溫和低溫的轉(zhuǎn)化,以實現(xiàn)黑夜白天的模擬。
(6)時間模塊。在此程序中時間很重要,不但確定黑夜和白天的轉(zhuǎn)化需要隨時讀取時間常數(shù),而且在每次壓縮機(jī)啟動前也要讀取時間常數(shù),用來判斷它是否停機(jī)3Inin以上,如果沒有,則不能啟動。這種定時一般依靠定時中斷來實現(xiàn)。