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。

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。

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。

图3 测温电桥及信号放大电路