基于CB3LP在温度控制系统中的设计应用

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Sode|  楼主 | 2018-3-15 10:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
基于CB3LP在温度控制系统中的设计应用

CB3LP具有本质抗干扰能力,任何用单片机构造的模糊控制器都不能与之比拟。对于时变参数、时变大纯滞后难控被控对象,CB3LP控制波动小于0.2%;对于易控被控对象,CB3LP控制波动小于0.1‰。CB3LP外接一只电容和两只二极管与内电路构造智能积分运算,实现控制无静差;在线自动调整(嵌入单片机实施)或离线人工调整CB3LP外接电阻,使控制响应动态性能最优化;CB3LP动、静态控制品质优于模糊控制;在线(或离线)调整控制性能简单;抗干扰能力强。由于有这么多明显的技术优势,其应用范围很广,普遍应用于高精度控制时变参数、时变大纯滞后等难控对象;也可以替代PID控制器高精度控制易控被控对象。
CB3LP是函数型模糊控制芯片,它集成了一个函数化模糊推理,即直觉智能控制函数,一个运算放大器和一个PWM发生器,用于构造智能控制器。CB3LP的控制给定输入和反馈输入均为模拟电压信号;控制输出分为模拟和PWM两路输出,客户自选;通过改变外电路器件,可以加入双模态控制和智能积分运算。其引脚功能参见图1。
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图1  CB3LP内部原理框图
CB3LP芯片在荧光定量PCR温度控制系统中的设计思路
荧光定量PCR系统由基本PCR、荧光检测和上位机等部分组成。基本PCR是此仪器的基础,包括半导体制冷片、温度采集与处理等部分,必须具有精确控温、快速升降温、温度均匀一致等PCR仪的基本要求,保证PCR过程的顺利完成。荧光检测部分包括激励光源、光电倍增管、信号采集与处理等部分。上位机部分包括数据采集和系统分析软件,主要负责从下位机采集数据,形成实时图形,并进行数据处理和图形分析,得到目标DNA片段的含量和其他检测报告信息等;同时,在上位机里,根据所测样品的PCR反应条件,设置相应的温度参数、控温时间以及循环次数等,然后使系统进入快速升温、恒温、快速降温、恒温等PCR循环过程,直至所有的循环结束。
图2所示是CB3LP芯片在温度控制系统中的原理框图。上位机通过串口发出给定温度信号给单片机,经DAC芯片(AD667)转换成模拟信号,由双运放LM358放大后,加到CB3LP芯片的控制给定输入端;同时,测温电桥将PT100铂电阻转变成微弱的电压信号,经过三运放INA118和两级单运放3140放大后,分两路输出,一路到CB3LP芯片,另一路到ADC芯片AD574,转换成数字信号后送至单片机和设定温度进行比较,控制单片机输出加热、制冷控制信号。最后,再通过光耦和CB3LP芯片输出的PID控制信号混合输出已经PID调节好的加热、制冷控制信号给半导体制冷片的电源换向电路,实现制冷片的加热和制冷精确控温。
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图2  CB3LP芯片在温度控制系统中的原理框图
CB3LP芯片在温度控制系统中的具体应用设计
1.测温电桥及信号放大电路
测温电桥及信号放大电路如图3所示,由R5、R7、R8、R9、PT1铂电阻组成测温电桥,将PT100铂电阻转变成微弱的电压信号。PT100在0℃的时候电阻值为100Ω,然后温度每升高一度,电阻值增加0.385Ω。在0℃条件下,使PT1电阻为100Ω,调节R9,使桥的B、D两端电势相等,这时电桥达到平衡。当外界温度改变时,传感器PT100阻值会有相应变化,B、D两端电势不再相等,这时电桥处于非平衡状态。B、D之间有负载电阻R10、R11,其输出电压为VBD。如果使R5、R7和R8保持不变,那么PT1变化时VBD也会发生变化。
根据PT1与VBD的函数关系,通过检测桥路的非平衡电压VBD,能反应出桥臂电阻PT1的微小变化,这就是非平衡电桥工作的基本原理。为使测温更准确,没有使用外接电源的+5V供电,而是使用了稳压器TL431,其VOUT=(1+R3/R4)·Vref=2×2.5V=5V。
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图3 测温电桥及信号放大电路
由PT100铂电阻转变成得微弱的电压信号,经三运放集成电路INA118放大10倍左右。INA118内部原理框图如图4所示。放大倍数G=1+50kΩ/R12=1+50/5.1=10.8。经过三运放放大后的电压信号再经两个3140单运放放大加到CB3LP芯片的放大器同名输入端1脚,同时也加到AD转换芯片U11(AD574)的13脚,转换成数字信号后送给单片机89C52,和设定温度进行比较,控制单片机P13、P14输出加热、制冷控制信号。
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图4  INA118内部原理框图
传感器使用PT100铂电阻,由于铂电阻通过微小电压进行温度测量,容易受干扰,而且铂电阻非常小,容易折断顺坏,因此安装时要仔细,并尽量远离干扰源。信号放大电路使用运放电路,要仔细调节运放的调零电阻,使运放调零。
2.单片机及其外围电路
图5是单片机及其外围电路图,由ATMEL 89C52组成了单片机系统,AD和DA部分都使用了12bit转换芯片(AD芯片AD574A,DA芯片DA667)以提高控温精度。AD574A是美国模拟数字公司推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器,内置双极性电路构成的混合集成转换芯片,具有外接元件少、功耗低、精度高等特点,并且具有自动校零和自动极性转换功能,只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。AD574A共有12根数据线,AT89C52的P0与AD574的高8位数据线直接相接,AD574A的低4位数据线与单片机的高半4位P0.4〜P0.7直接相接,数据的读取是依靠单片机的控制线进行分时选通进行。AD574A的12和8脚是数据格式选择端,高电平时,12位数据同时有效;低电平时第一次输出高8位,第二次输出低4位有效,高4位为零。本电路此脚接地,选择用2次输出16bit数据,其中的12bit数据是我们需要的。AD574A的4脚A0/SC是字节选择线,在转换期间,当A0为0,AD574A进行12位数据转换;当A0为1,AD574A进行8位数据转换,P2.3接A0。P2.2接读转换数据控制脚R/C,R/C是读/启动信号,高电平读数据,低转换。STS是工作状态输出端,高电平表示正在转换,低电平表示转换完毕。AD574的13脚为被测电压的输入端,接收来自测温电路的放大信号,因为还使用了一片AD667 D/A转换芯片,所以CS端受单片机控制,转换器使用±12V电源电压供电。
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图5 单片机及其外围电路图
AD667也是美国模拟数字公司推出的单片高速12bit的D/A转换器,控制信号端如下:CS:D/A锁存器片选端(低电平有效),只有CS端为有效信号时,才会启动锁存器。REFout:参考输出。REFin:参考输入。SPAN(10),SPAN(20):10V、20V量程。SUM:求和端。
数字输入信号:DB0~DB11为数字输入端,和单片机P0口相连,和AD574A一样,数据的读取是依靠单片机的控制线进行分时选通。A0~A3为地址译码输入端,AD667的9脚Vout为模拟量输出端,其输出电压范围可通过硬件编程选择,并可实现单极性和双极性输出。此脚输出的模拟信号经过双运放LM358(U5)放大后加到CB3LP芯片的控制给定输入端15脚。AD667的内部框图如图6所示。
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图6  AD667的内部框图
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图7 CB3LP芯片控制电路
3.CB3LP芯片控制电路
图7所示是CB3LP芯片控制电路图。从上位机即PC给出的设定目标温度值通过串口送到单片机89C52,由DA转换芯片U12(DA667)转换成模拟信号,经过双运放LM358(U5)放大后加到CB3LP芯片的控制给定输入端15脚;CB3LP的PWM控制输出端13脚输出PWM信号,经Q2射级跟随加到光耦合器U6(TLP521-4)的1、3端,由U6的16、14端输出;U6的16端输出的控制信号加到三极管Q6的基级,经集电极输出回到U6的12端。P13输出的加热控制信号控制三极管Q3的导通,控制光耦U6的5脚,即控制光耦U6的12、11的导通与截至,在导通的情况下,由CB3LP芯片控制的信号经过U6的12、11给出经过PID调节的加热信号。光耦U6的14端输出的控制信号加到三极管Q5的基级,经发射极输出回到光耦U6的10端。P14输出的制冷控制信号控制三极管Q4的导通,控制光耦U6的7脚,即控制光耦U6的10、9脚的导通与截至。在导通的情况下,由CB3LP芯片控制的信号经过光耦U6的10、9脚给出经过PID调节的制冷信号。


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Sode|  楼主 | 2018-3-15 10:45 | 显示全部楼层
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811909| | 2020-6-24 10:23 | 显示全部楼层
Sode 发表于 2018-3-15 10:45
基于CB3LP在温度控制系统中的设计应用

问下这款芯片哪里有的卖

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