基于单片机控制的电致昏仪的设计

作者：信息来源:电子市场 2007-6-4

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摘要：介绍以单片机为主构成的电致昏仪，对该仪器的结构框图、硬软件设计做了比较详细的介绍。关键词：单片机。基于单片机控制的电致昏仪主要是对猪体施加一定频率的高电压、大电流的脉冲信号，使猪致昏。本电致昏仪在设计上注重实际应用，以安全为第一准则，在前期屠宰试验获取有效数据的基础上，通过键盘设置作用于猪体...

摘要：介绍以单片机为主构成的电致昏仪，对该仪器的结构框图、硬软件设计做了比较详细的介绍。
关键词：单片机；脉冲电流源；电致昏仪

1　引言
　　内屠宰企业对猪的致昏方法各不相同，因此对猪肉质量的影响也不尽相同。基于单片机控制的电致昏仪主要对猪体施加一定频率的高电压、大电流的脉冲信号，使猪致昏。由于猪个体的不同（如猪的大小、生年限等），对上述电数的要求不尽相同，些需要通过对猪肉肉质的分析才能得出科学结论。本电致昏仪在设计上注重实际应用，以安全为第一准则，在前期屠宰试验获取有效数据的基础上，通过键盘设置作用于猪体的脉冲电流源信号的频率，致昏时作用于猪体的电压（有效值）用数码管予以实时显示。具体方框图如图1所示：

2　硬件电路设计
　　本系统硬件主要由大功率脉冲电流源电路、信号调理电路、A／D转换及键盘／显示电路、光耦隔离脉冲信号产生电路等组成，下面对其进行逐一分析。
2．1　大功率脉冲电流源电路
　　变压器为升压型变压器，副边电压为250V；桥堆和电容C1构成桥式整流滤波电路，电容C1的电压为300V；T1、T2、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、D1和SW1构成大功率电流源电路，输出电流为1．0A、2．0A两种，通过改变SW1的触点实现。D2、T3、R8组成大功率脉冲电流源电路，在T3的基极施加脉冲电压时，加到猪体的电流也为脉冲形式。

2．2　信号调理、A／D转换及键盘／显示电路
　　本系统为以AT89C51单片机为核心的控制器，根据仪器要求实现键盘控制与显示功能。脉冲信号频率用键盘设定，仪器工作后显示猪体电压值。信号调理、A／D转换及键盘／显示电路图如图3所示。
　　A／D转换芯片采用经济实用的ADC0809，其有八个输入通道，本仪器只使用通道0。猪体脉冲电压的有效值在100V～200V之间，且为浮动电压。取样电路由R₁₂和R₁₃组成，且
　　通过运算放大器LM324把UR₁₃电压转换为对地电压，再通过有效值检波电路，得到相应的0V～5V的输出电压，以满足ADC0809的量程。具体计算公式为：

　　有效值检波电路的基础是有效值检波芯片AD536，其外围器件参数图中已标出。有效值检波芯片的直流输出电压大小正比于被测量的交流信号有效值，而不管其波形如何。其中Rw2电位器用于调整输出电压U0的大小：C9为平滑电容，使输出电压U0更趋平稳。
　　键盘由设定键、数字增加键（“↑”），移位键（“←”）、确定键、电流选择键、暂停键、复位键（硬件复位）等七个键组成，采用2×3的行列式结构，分别由P1口的P1．0～P1．4五条口线交叉构成。采用键盘扫描方式。显示由四个LED数码管组成，使用串行输入、并行输出移位寄存器74LS164，通过AT89C51的TXD和RXD口线输出数据。
2．3　光耦隔离脉冲产生电路
　　采用光电隔离技术，把单片机与大功率电路隔开，避免当大功率电路发生故障时电流倒灌损坏单片机。光耦外接晶体管，对单片机产生的脉冲信号（采用AT89C51的P1．5为输出口线，利用单片机软件编程实现频率可调）进行放大，以驱动较大电流的负载。
3　软件设计
　　本系统软件主要实现以下三个功能：（1）产生频率为600Hz～1000Hz、间隔为50Hz的方波信号，由键盘任意设定；（2）考虑仪器的实际使用场合，特设“暂停”键实现锁存控制（按一次“暂停”键，则P1．5输出低电平，猪体两端无电压，再次按下该键时，1．5输出原来的方波信号，以增加操作的安全性）；（3）四位LED在设定方波的频率时，显示设定频率值，而进行电致昏操作时，则显示猪体上的电压值。系统主程序框图如图4所示。