一种用于菌落培养的温湿度控制系统的装置

1.本实用新型涉及温湿度控制技术领域，具体为一种温湿度控制系统的装置。


背景技术：

2.菌落培养是化工、医学及生物等领域中一个十分重要的环节，菌落培养条件比较苛刻，通常需要在实验室的无杂质干扰、恒温恒湿的较稳定环境下进行，通常需要人工检测菌落培养的温度湿度条件，自动化程度较低。本实用新型对比当前国内市场上关于菌落培养实验设备较少、成本偏高的现状，本实用新型提供了一种用于对菌落培养中一定条件下的温湿度检测和控制的装置，提高了自动化程度，降低了人力成本，实用性较不错同时也可基本满足培养温湿度条件的设备。


技术实现要素：

3.为改善人工操作较繁琐、自动化程度低的状况，设计了一种用于菌落培养的温湿度控制系统的装置。不但基本满足培养条件，提高了菌落培养自动化程度而且成本较低，实用性较强。本实用新型提供如下技术方案：采集板、主控板、温湿度采集模块、电源模块、通讯模块、触摸显示模块、pwm模块、存储模块、输入模块、其它输出模块。温湿度采集模块、其它输入输出模块与采集板相连，存储模块和液晶屏触摸显示模块连接到主控板，电源模块、通讯模块与采集板、主控板连接。
4.优选的，所述的采集板和主控板采用stm32f407zgt6系列。stm32f4系列是arm公司推出的全新的基于armv7架构的32位cortex
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m4微控制器内核。lqpf144封装,高性能且支持dsp和fpu。时钟频率高达168mhz，支持多个外设如定时器、adc、dac、sdio、i2s、spi、i2c和usart等等。
5.优选的，所述的触摸显示模块是触摸屏芯片gt5688和液晶屏tft驱动芯片ili9806g。使用电容触摸屏具有支持多点触控、检测精度高的特点。
6.优选的，所述的温湿度采集模块采用pt100传感器进行温湿度采集，ad转换芯片选择美国adi公司的ad7705。ad7705是低功耗cmos芯片，功耗一般为20μw，两路全差分输入通道，16位分辨率，0.003％非线性度。内置可编程增益放大器、片内数字滤波器，具有自校正和系统校准功能。
7.优选的，所述的电源模块金升阳公司的lh20
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06电源模块，lh20是20w的ac
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dc模块电源，经过滤波整流可提供+5v、+12v两路电压输出，并且两路输出电源相互隔离。lh20电源模块给主控板和采集板供电，同时使用ams1117
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3.3等稳压芯片给单片机系统各功能模块供给3.3v直流电压。lh20
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06具有低纹波、噪声，高效率，低功耗等特点。配置输出过载和短路保护等装置。
8.优选的，所述的通讯模块采用在串口控制器连接max485收发器进行rs485通信。主控板和采集板串口控制器都连接rs485收发器max485，然后将两个收发器a、b对应相连构成通讯网络完成它们之间的交互通讯。在rs
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485通讯网络中，节点中的串口控制器使用rx与
tx信号线连接到收发器上，而收发器通过差分线连接到网络总线，串口控制器与收发器之间一般使用ttl信号传输，收发器与总线则使用差分信号来传输。发送数据时，串口控制器的tx信号经过收发器转换成差分信号传输到总线上，而接收数据时，收发器把总线上的差分信号转化成ttl信号通过rx引脚传输到串口控制器中。max485是用于rs
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485与rs
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422通信的低功耗收发器。max485的驱动器摆率不受限制,可以实现最高2.5mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120μa至500μa之间。所有器件都工作在5v单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。具有较高的抗干扰性能。max485芯片性价比高，优质稳定。
9.优选的，所述的存储模块使用sd卡kingstonsdcs2，用于数据存储、程序下载。
10.优选的，所述的输入和其它输出模块共有8路数字量输入，2路开关量输出，20路数字量输出。数字量输入接光耦器件tlp181来隔离信号之间的干扰保护i/o口。数字量输出通过采集板接74hc573锁存器实现20路开关量来控制20路继电器的输出。继电器选用g5sb
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12v来控制风机、压缩机等和报警部分的输出。
11.优选的，所述的pwm模块部分的固态继电器采用ssr
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40da单相直流控交流固态继电器。其原理为过零触发，通过控制直流电的通断，对交流电进行斩波，从而控制交流电的平均功率。还可通过pwm波来控制ssr交流侧输出功率。数字量输出信号及pwm输出信号实现对温湿度的控制，包括加热器、加湿器等，进而实现对温湿度的平衡控制。ssr
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40da无触点，无火花，无噪声，具有寿命长、抗干扰能力强、工作可靠，开关速度快、使用方便等工作特点。
12.本实用新型的有益效果是：基本满足了在菌落培养条件下温度湿度的检测和调节，且较实用，成本低，较好地改善了人为操作效率低的问题。
附图说明
13.图1为本实用新型的整体结构示意图。
14.图2为本实用新型的温湿度采集模块原理示意图。
15.图3为本实用新型的通讯模块的电路图。
16.图4为本实用新型的pwm模块的电路图。
17.图5为本实用新型的输入模块的电路图。
18.图6为本实用新型的其它输出模块电路图。
19.图7为本实用新型的电源模块的电路图。
20.图8为本实用新型的触摸显示模块的电路图。
21.图9为本实用新型的存储模块的电路图。
22.标号说明：1.采集板；2.主控板；3.温湿度采集模块；4.电源模块；5.通讯模块；6.触摸显示模块；7.pwm模块；8.存储模块；9.输入模块；10.其它输出模块；11.ssr；12.加热器、加湿器；13.风机、压缩机；14.报警输出部分；15.继电器。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.参考图1
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9，一种用于菌落培养的温湿度控制系统的装置，包括包括采集板(1)、主控板(2)、温湿度采集模块(3)、电源模块(4)、通讯模块(5)、触摸显示模块(6)、pwm模块(7)、存储模块(8)、输入模块(9)、其它输出模块(10)。温湿度采集模块(3)、pwm模块(7)、输入模块(9)和其它输出模块(10)与采集板(1)相连，存储模块(8)和液晶屏触摸显示模块(6)连接到主控板(2)，电源模块(4)、通讯模块(5)与采集板(1)、主控板(2)连接。温湿度采集模块(3)经ad7705芯片将数字信号传递给采集板(1)，采集板(1)进行运算处理得到温湿度值。然后根据通讯模块(5)传入主控板(2)，主控板(2)经过触摸显示模块(6)设定的温湿度值进行相应的计算处理，将计算好的数据传回给采集板(1)，采集板(1)根据这些数据进行相应的输出调整,调整pwm模块(7)和其它输出模块(10)输出，对加热器、加湿器(12)和风机、压缩机(13)做出功率上的改变，完成温湿度的平衡控制。
25.如图2所示，所述的温湿度采集模块(3)进行温湿度测量原理是采用pt100四线制测温电路，ad转换芯片选择美国adi公司的ad7705。pt100经电阻r21、r22测量采集的差分电压信号通过ain1+、ain1
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输入，经运算放大、模数转换储存到ad7705数据寄存器中，再经过spi通讯协议将ad7705数据寄存器的数字信号传输至采集板1，最后通过ad7705一系列运算关系转换成采样的温湿度，通常将ad7705pga增益设置为32，以便铂电阻的测量。
26.如图3所示，所述的通讯模块(5)采用在串口控制器连接max485收发器实现采集板(1)和主控板(2)之间的通讯，采集板(1)和主控板(2)分别通过自己的usart外设的rx、tx引脚与rs485收发器max485芯片的r、d引脚对应相连，之后经max485的a和b引脚对应连接即可完成采集板(1)和主控板(2)的485双机通讯。
27.如图4所示，根据从主控板(2)接收到的数据设置采集板(1)中的pwm模块(7)，即改变ssr_pwm1或ssr_pwm1高低电平，经过tlp181光耦隔离使q6、q7放大导通，tssr、hssr即可导通，从而输出pwm信号，pwm信号控制固态继电器ssr(11)工作，使得执行机构加热器、加湿器(12)功率改变从而改变它们电机转速来完成温湿度的平衡控制。
28.如图5、6所示，所述的输入模块(9)和其它输出模块(10)共有8路数字量输入，2路开关量输出，20路数字量输出。数字量输入接光耦器件tlp181来隔离信号之间的干扰保护i/o口。数字量输出通过采集板接74hc573锁存器实现20路开关量来控制这20个继电器(15)的输出的高低电平。通常j1接下拉电阻r5置低电平，当改变锁存器使j1输出高电平时，q1导通形成通路，继电器(15)导通正常工作，继电器(15)选用g5sb
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12v来控制风机、压缩机(13)等和报警部分(14)的输出。
29.如图7所示，所述的电源模块(4)采用金升阳公司的lh20
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06电源模块，lh20是20w的ac
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dc模块电源，经过滤波整流可提供+5v、+12v两路电压输出，并且两路输出电源相互隔离。lh20电源模块(4)给主控板(1)和采集板(2)供电，同时使用ams1117
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3.3等稳压芯片给单片机各系统供给3.3v直流电压。
30.如图8所示，所述的触摸显示模块(6)与主控板(2)连接，触摸显示模块(6)是触摸控制器芯片gt5688和液晶屏tft驱动芯片ili9806g，采用4.5寸液晶屏显示，stm32f407系列的芯片由于没有集成液晶控制器到芯片内部，所以需要额外使用一个液晶控制芯片ili9806g在液晶屏和主控板(2)之间连接以保证两者相互通讯。主控板(2)通过模拟8080时
序与ili9806g芯片进行通讯即命令和数据，实现对液晶屏的控制。主控板(2)通过i2c通讯配置gt5688内部寄存器如分辨率、模式切换、校验、版本号等，然后通过触摸电容屏，触摸控制器输出坐标等信息来实现触摸响应事件。
31.如图9所示，所述的存储模块(8)使用sd卡kingstonsdcs2，用于数据存储、程序下载。通过配置主控板(2)上的sdio接口即sdio_d0
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3，sdio_clk，sdio_cmd按照sd总线协议通讯即可。
32.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。