30吨装配式冷库电控系统 ——毕业论文.doc

1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 30 吨装配式冷库电控系统 学生姓名 专业班级 热能与动力工程 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师（职称） 完成时间 年 月 日 30 吨装配式冷库电控系统目 录中文 摘要 I英文摘要. II1 绪论 12 冷库概述 22.1 冷库的分类 22.2 冷库的制冷原理与装置 .22.2.1 冷库的制冷原理 22.2.2 冷库的制冷装置 32.3 冷库的微电脑控制系统 .53 设计方案分析 .73.1 总体设计方案简介 73.2 压缩机运行方式的分析 .83.3 冷库的温度控制分析 .93.3.1 温度控制规律与特性 .93.3.2 温度控制器件 .

2、103.4 除霜方式的选择 113.4.1 人工除霜 113.4.2 半自动除霜 .113.4.3 全自动除霜 .113.5 显示器的选择 113.6 单片机的选择 123.7 A/D 转换器的选择 .124 典型元器件功能及应用分析 .134.1 AT89S51 单片机 1330 吨装配式冷库电控系统4.1.1 AT89S51 的特点 .134.1.2 AT89S51 单片机的内部结构 .144.1.3 引脚说明 154.1.4 单片机六大重要部分 184.2 外部地址锁存器 204.3 ADC0809 转换器 214.3.1 主要特性 214.3.2 内部结构 224.3.3 外部特性（引

3、脚功能） 224.3.4 应用说明 234.3.5 工作过程 .234.4 ADC0809 与 AT89S51 的接口电路 .235 硬件电路设计与分析 .255.1 时钟电路 255.2 复位电路325.3 电源转换电路 275.4 按键电路 275.5 数字显示电路 285.6 冷库库房测温电路 295.7 化霜过热保护电路 295.8 过流检测电路 315.9 压缩机、化霜、冷凝风机驱动电路 315.10 断电 3 分钟延时电路 .325.11 状态显示电路 .336 冷库控制系统的软件设计 .346.1 程序设计语言 346.1.1 汇编语言格式 .3430 吨装配式冷库电控系统6.1

4、.2 汇编语言构成 .356.2 主程序模块 356.3 中断服务程序模块 376.3.1 T0 中断服务程序 .376.3.2 T1 中断服务程序 .386.4 子程序模块 386.4.1 显示子程序 .386.4.2 键盘分析子程序 .396.4.3 加一及减一处理子程序 416.4.4 温度比较并处理子程序 426.4.5 除霜控制子程序 .426.4.6 A/D 转换子程序 .42致 谢 46参考文献 47附 录 4930 吨装配式冷库电控系统I30 吨装配式冷库电控系统摘 要冷库在保证食品质量安全、调节供需、淡旺季供应及运输均衡等方面有着重要的作用，是冷链设备中最重要的设备之一。根据

5、冷库制冷工艺的要求，本文介绍了以 AT89S51 单片机为主要控制元件的冷库电控系统。在系统中 电路利用温度传感器对冷库内的温度进行检测，再将信息送入单片机进行分析判断，当蒸发器的温度高于一定温度时就启动压缩机，当蒸发器的温度低于一定温度时就停止运行压缩机，从而达到使库内的温度保持在设定温度范围内的目的。另外此系统增加了自动除霜、数字显示、安全保护等功能。该系统充分地利用了单片机的控制作用, 使冷库的自动化水平，冷库运行的可靠性都有了很大的提高，取得了令人满意的控制效果和经济效益。关键词 冷库/单片机/控制30 吨装配式冷库电控系统IITHE CONTROL SYSTEM OF FABRICA

6、TEDCOLD STORAGE OF 30 TONSABSTRACTCold storage plays an important role in ensuring the quality of the food ,adjusting the supply and demand, keep the season supply and transport balance etc. it Is one of the most important equipment of cold chain equipment. According to the demands of cooling techno

7、logy of cold stores, This paper introduces the cold storage control system takes AT89S51 microcontroller as the main control element. In this system, the circuit by using the temperature sensor to detect the temperature in the cold storage, Then the information was transport into the SCM to analyze

8、and judge, In order to make the library within the temperature maintained at the set temperature range of purpose ,Start the compressor when the temperature of the evaporator is higher than a certain temperature, stop the operation of the compressor when the temperature of the evaporator is below a

9、certain temperature, In addition this system increase the automatic defrost, digital display, safety protection function. The system makes full use of the control effect of the SCM, So the level of automation in cold storage, cold storage operation reliability has been greatly improved, Satisfactory

10、 results have been obtained in Control and Economic benefits.KEYWORDS Cold storage ,Single chip microcomputer , Control30 吨装配式冷库电控系统11 绪论 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，已广泛的应用深入到人类生活的各个领域，成为当今科技不可缺少的重要工具。单片机的出现是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物，其具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉等特点。因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、

11、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。本论文就是利用 AT89S51 单片机作为核心元件，以控制装配式冷库的温度为主要功能，辅之以开门数字显示、工作电压超限报警、定时化霜等功能。本设计共分为四部分：1 冷库概述，2 系统原理方案的设计分析，3 冷库控制系统的硬件电路设计，4 冷库控制系统的软件设计。本设计注重理论与实践相结合，在设计上比较合理，具有一定的实用性和参考性。设计中对所用到的各个硬件电路（包括集成电路）都做了详细的说明和介绍，对软件部分（流程图、主程序、子程序）也做了仔细的分析和设计，并编写了实现各种功能的源程序（详见附件一） 。本课题研究的内容：控制

12、系统核心部件采用 AT89S51 单片机，由于片内有 4K 字节的程序存储器和 128字节的数据存储器，考虑到本设计所编制的程序量不大，且需临时保存的数据也不多，因此不再扩展程序存储器和数据存储器。由于需要对温度这些模拟量进行采集，所以需扩展一片 A/D 转换芯片 ADC0809，构成基本的控制系统。功能键和 LED 显示由串行扩展 5 片 74LS164 来实现。另外还有一些附加电路，如除霜电路，温度检测电路，电压检测电路，控制压缩机及除霜电热丝启、停驱动电路等。本课题研究的任务：1、通过键盘人工给定冷库温度，并显示出设定值；2、定期检测冷库内温度；3、定期检测工作电压，并进行超限报警、禁止

13、压缩机工作；4、蒸发器定时化霜，直至化尽；5、制冷压缩机停机后自动延时 3 分钟后方能再启动；6、利用 7 段数码管显示冷库的运行、定时、自动、经济、调试、除湿、除霜等工作状态；7、单片机判断冷库检测到的温度是否在设定的范围内，并做出对压缩机的启、停操作。30 吨装配式冷库电控系统22 冷库概述2.1 冷库的分类冷库有不同的种类，不同种类的冷库有不同的设计要求。冷库按建筑结构特点可分为两大类，即土建库和组合库。 5土建库属于固定式建筑。土建库的库体是由基础、混凝土构架、围护结构等组成，我国商业企业的生产性冷库和分配性冷库绝大部分是土建库。它的优点是发展历史长，各方面都很成熟，有成功的经验可以借

14、鉴；易于建成多层建筑，适于需要大库容的场合；建筑寿命长，在使用维护得当的情况下，可使用数十年；建筑物热惰性大，库内温度波动小，停电时可较长时间维持库温。装配式冷库又称组合库，其库体由金属构架、隔热板与防护层等组成。建设时，全部（或大部分）部件在工厂预制成型，在现场仅需组合装配，是半固定或移动式建筑。他的特点是土建施工工作量小，施工周期短，建筑速度快；建成后维护简单，工作量小；金属构架可与自动货架相结合，可实现全自动使用管理。这种库近年来发展很快，国外近 15 年来新建的小型冷库几乎全部是装配库。在我国，服务性冷库大多数是小型组合库，沿海地区部分新建中小型生产性冷库也采用这种形式。从工程造价考虑

15、，在国外小型土建库造价明显高于装配库，大型库二者接近。在国内小型土建库造价高于装配库，而大中型土建库造价低于装配库。根据我国国情，在目前 200m3 以下的小型冷库，组合库优于土建库。特别是 80 m3 以下的小型冷库应全部采用装配库，而大中型冷库则应尽量采用土建库，以减少工程投资。2.2 冷库的制冷原理与装置2.2.1 冷库的制冷原理 目前我国多数冷库主要是采用蒸汽压缩式制冷方式调节库温。制冷原理可简述为：利用汽化温度较低的液态制冷剂的蒸发，吸收贮藏环境中的热量，从而使库温下降。通过压缩机将汽化后的制冷剂吸回并加压，在冷凝器中制冷剂将吸收的热量传递给冷却介质，使自身温度得以降低、冷凝成液体，

16、然后再进行蒸发吸热，如此循环即可实现连续制冷。制冷系统包括 4 个主要部分：压缩机、冷凝器、膨胀阀（节流阀） 、蒸发器。整30 吨装配式冷库电控系统3个制冷系统由循环管路连接，构成一个密闭的回路。管路内充注制冷剂。压缩机在制冷系统中起着压缩和输送制冷剂气体的作用，即把蒸发器内产生的低压低温气体吸回，再次压缩成为高温高压气体并送入冷凝器。冷凝器用来对压缩机压入的高温高压气体进行冷却和冷凝，在一定的压力和温度下，把高温高压的气体液化成为常温高压液体。膨胀阀安装在贮液器和蒸发器之间，是系统内高压区和低压区的一个分界点，其作用是将高压液体节流膨胀，变为低压液体，它也是调节和控制制冷剂流量的关卡。在蒸发

17、器中，节流膨胀后的低压制冷剂从库房吸收热量并蒸发为气体，使库温降低，达到制冷的目的。 压缩机在整个制冷系统中起着心脏的作用，是提供能量补偿的过程。冷凝器和蒸发器是两个热交换器，前者使高压制冷剂的气体放热，并转化为液体；后者使低压制冷剂的液体吸热，并转化为气体。制冷剂在循环往复过程中成为热能的运载工具。2.2.2 冷库的制冷装置 2.2.2.1 制冷压缩机压缩机是蒸汽压缩式制冷装置中的重要组件，通常称作制冷主机。其功能是输送和压缩制冷剂蒸汽，它由电动机驱动进行工作。压缩机的工作好坏直接影响到制冷循环的完成程度。蒸汽压缩式制冷装置常用的压缩机有活塞式、螺杆式、离心透平式及回转式等。冷库中广泛使用的

18、是容积式压缩机。这类压缩机是利用活塞、汽缸结构或转子的旋转，使汽缸的工作容积发生变化，将气体压缩和输出，其中就有活塞式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机。活塞式制冷压缩机 活塞式制冷压缩机是问世最早的一种机型，至今发展已相当完善。其工作压力范围广，能适应较宽的能量范围和不同场合。活塞式压缩机具有高速、多缸、能量可调、热效率高、适于多种制冷剂等优点；其缺点是：结构较复杂、易损件多，需检修周期短，有脉冲振动及运行平衡性差等。活塞式制冷压缩机的分类方式有多种，按封闭方式通常分为 3 类：（1）开启式制冷压缩机；（2）半封闭式制冷压缩机（3）全封闭式制冷压缩机。 螺杆式制冷压缩机 螺杆式制冷压缩机是一种新型

19、的高转速制冷压缩机，它与活塞式压缩机同属于容积式压缩机。从压缩气体的原理来看，它们的共同点都是靠容积的变化而使气体被压缩的；不同点是这两类压缩机实现工作容积变化的方式不30 吨装配式冷库电控系统4同。活塞式压缩机是借助曲轴连杆机构的运动，而使汽缸的工作容积发生变化；螺杆式压缩机则是借助与轴直接连接的转子的旋转运动而使工作容积发生变化。螺杆式压缩机没有活塞式压缩机所需的气缸，活塞、活塞环、汽缸套等易损部件，机器结构紧凑，体积小，重量轻，没有余隙容积，少量液体进入机内时无液击危险。可利用活阀进行 10%100%的无级能量调节，适用范围广，运行平稳可靠，需检修周期长，无故障运行时间可达（25）104

20、h。由于使用润滑油使机器的冷却使用和密封性能得到改善，排气温度降低，即使蒸发温度较低（-40）和压缩比较高（25 左右） ，仍然可以单级运行，即在一定范围内可以代替两级压缩循环。但是，螺杆式制冷压缩机的加工和装配要求精度较高，不适宜于变工况运行，有较大的噪音，在一般情况下，需装置消音和隔音设备，在制冷压缩时，需要喷加润滑油，因而需要油泵、油冷却器和油回收器等较多辅助设备。近年来，开发了内容积比可调螺杆压缩机，可调节范围为 2.65，使螺杆压缩机的性能有了进一步改善。最近国内开发了新型半封闭螺杆机，采用 5：6 不对称新齿形，使容积效率大为提高。新型螺杆制冷压缩机的运转经济性、可靠性和使用寿命，

21、已经超过了活塞式制冷压缩机。因此，在制冷装置设计选用时应予以充分的重视。 2.2.2.2 冷凝器 冷凝器属于制冷系统中的热交换设备，是制冷剂向外放热的热交换器。来自压缩机的制冷剂蒸汽进入冷凝器后，将热量传递给周围介质水或空气，自身则受冷却、凝结为液体。冷凝器按其冷却介质和冷却方式，可分为水冷式、空气冷却式（也称风冷式）和蒸发式 3 种类型。水冷式冷凝器 在氨制冷系统中，冷凝器绝大多数以水作为冷却介质，也就是水冷式冷凝器。根据其安装和结构不同，水冷式冷凝器又可分为立式壳管式冷凝器和卧式壳管式冷凝器两种。制冷量较大的氟利昂制冷系统，也多采用水冷式冷凝器。空气冷却式冷凝器 空气冷却式冷凝器是利用空气

22、对制冷剂蒸汽进行冷却和冷凝，在冷却和冷凝过程中放出的热量被空气带走。为了使冷凝器的结构紧凑，通常由几根蛇形管并联在一起，做成长方形或正方形的外形。制冷剂蒸汽从上部的分配集管进入每根蛇管中，冷凝后的液体沿蛇管下流，汇于液体集管中，然后流入贮液器内。空气在风机的作用下，从管外吹过。目前国外生产厂家已采用先进的设计和30 吨装配式冷库电控系统5生产加工工艺，制造出内螺纹铜管和百叶式翅片制式高效冷凝器，可大大缩小制冷机组的尺寸，提高整机效率。国内生产的冷凝器绝大部分仍采用普通铜管外套翅片制作的冷凝器，效果相对较低。蒸发式冷凝器 这是以水和空气协同冷却的一类冷凝器，在发达国家已广泛应用。其特点是耗水少，

23、仅为其它类型水冷式冷凝器耗水量的 7%10%，特别适用于缺水地区，尤其是在天气干燥时蒸发式冷凝器更加有效。在发达国家所使用的蒸发式冷凝器上，通常配备有变频高速装置，以满足不同负荷时制冷要求。蒸发式冷凝器基本上由冷却塔和冷凝器组成。由于它省去了冷却水在冷凝器中的湿热传递阶段，使冷凝温度可能更接近空气的湿球温度，从而降低压缩机能耗。蒸发式冷凝器本身起到冷却塔的作用，因此不必如水冷式冷凝器另需配备冷却塔。2.2.2.3 蒸发器蒸发器又称冷分配设备。在蒸发器中，制冷剂液体在较低的温度下沸腾，转变为蒸汽，并吸收被冷却物体热量或介质的热量，所以蒸发器是制冷系统中吸收热量（也可看作输出冷量）的设备。蒸发器按

24、被冷却介质的特性，可分为冷却液体载冷剂的蒸发器和直接冷却空气的蒸发器两大类。冷却空气的蒸发器又可分为冷风机和冷却排管。在果蔬保鲜机械冷库中普遍应用的是冷风机，在土窖洞中加装的蒸发器也有采用冷却排管的。冷风机 冷风机又可分为氨冷风机和氟利昂冷风机。它们都是使用风机使空气强制流动的热交换器。根据设计或使用的要求，冷风机需配套装设热气冲霜或水冲霜等冲霜系统。冷库排管 冷库排管是一种用无缝钢管制作的排管式蒸发器。它通常装置在低温库（温度-18）和速冻间（温度低于-23）内。在低温库内常设置顶排管（有盘管式、上下管式多种）和墙排管（有立式和盘管式两种） ；在速冻间内除设置顶排管和墙排管外，为加强热量交换

25、，还应配置冷风机。2.3 冷库的微电脑控制系统传统的冷库控制系统主要由压缩机、启动继电器、过载过热保护器、温控器、照明灯、等器件组成。冷库运行时，由温控器根据设定的温度自动控制压缩机的起停；如果出现压缩机电机运行电流过大、压缩机温度过高等异常情况，过载保护器自动断开电路，待温度下降后再接通。30 吨装配式冷库电控系统6冷库的微电脑控制就是利用单片电子计算机来对冷库系统的运行进行控制。微电脑控制冷库温控精确、附加功能多、有着人性化操作界面，同时由于微电脑（单片机）的技术不断发展以及成本的下降，在冷库系统中的应用越来越广泛，尤其在多温库中得到全面应用。微电脑控制冷库的功能主要包括以下几个方面 5。

26、（1）制冷温度控制功能 通过温度传感器和微电脑控制实现库房中温度的自动控制，使库房内的温度达到用户的设定温度范围。（2）电源过压保护功能 当市电电源电压过高时，通过保险管熔断措施保护控制板及其它电器件不至于损坏。（3）压缩机三分钟延时起动保护功能 压缩机每次停机，制冷系统管道内压力需要一段时间平衡，如果在停机后马上启动则开机负载很大容易损坏压缩机。单片机系统在每次上电时检测如果停机时间不足 3 分钟则自动延时三分钟启动以保护压缩机。（4）系统保护及断电记忆功能 为防止用户在插接电源过程中出现的暂时性接触不良，在单片机上电 3 秒后才允许开压缩机。系统因强干扰等原因造成死机时，能自动复位且保持复

27、位前的显示和按复位前的模式运行。系统停电后再来电，自动按停电前的模式及设定运行。（5）蒸发器自动化霜控制功能 蒸发器经过一段时间的制冷后表面会结霜，霜层过厚将直接影响到机组的制冷效果，自动化霜控制根据冷库运行制冷的时间使蒸发器表面的霜融化成水并排出箱外，自动化霜控制同时确保化霜过程结束后（蒸发器的温度高于 5）再进行制冷，避免化霜水结冰堵塞排水孔及影响制冷能力。（6）状态显示功能 该功能通过显示操作界面显示冷库库房的设定温度、实际温度、当前运行模式、故障代码等，常见的显示方式包括：LED 发光二极管显示、LCD 液晶显示屏、LED 显示屏等。30 吨装配式冷库电控系统73 设计方案分析 3.1

28、 总体设计方案简介LED 显示器键盘时钟电路复位电源AT89S51单 片机功放压缩机加热丝A/D转换器放大器锁存器放大器室温检测蒸发器温度检测温度保险丝图 3.1 系统总体设计硬件方框图冷库的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启动与停止，使冷库库房内的温度保持在设定的温度范围内。一般，当蒸发器温度高至 35 时，启动压缩机制冷，当温度低于-10-20 时，停止制冷。本冷库电控系统要完成库房内的温度检测和动态显示的功能，定时化霜功能，开门报警功能，温度设置功能，以及电源过欠压、过流等保护功能。此设计的冷库电控系统是以 AT89S51 作为主控制芯片，ADC0809 为模数转换芯片，MF5

29、7 型热敏电阻为温度检测元件，液晶显示器，按键开关等元器件组成，通过软硬件结合实现键盘扫描，液晶显示，I/O 口扩展功能。该系统具有简洁，操作简便，实用方便的特点。此设计的总体框图如图 3.1 所示。外围电路是 AT89S51 工作的基础保障电源电路提供稳定的 +5V 与+12V 工作电压；时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号；复位电路使单片机实现初始化状态复位。键盘电路用于向系统输入运行参数，控制系统的运行状态。通过键盘扫描等程序设计把键盘输入的数据在液晶显示器上显示。LED 电路用来显示键盘30 吨装配式冷库电控系统8输入的数据，热敏电阻 Rt 实现对冷库库房的温度检测。ADC0809

30、 完成对温度的模数转换，将信号上传给单片机，其功能是靠硬件电路的设计和软件程序的结合来实现的。冷库每天定时化霜，结合单片机软件程序，控制加热器的启动与停止，完成自动除霜的功能 11 。3.2 压缩机运行方式的分析在小型制冷机中广泛采用压缩机间歇运行的方法调节输气量。在被冷却的空间中安装温度控制器，将被冷却空间的温度控制在一定范围内。压缩机间歇运行方法，实质上就是将一台压缩机在运行时产生的制冷量与被冷却空间在全部制冷量平衡。间歇运行使压缩机的开、停比较频繁，对于制冷量比较大的压缩机，频繁的开、停会导致电网中电流较大波动，此时可以将一台制冷量较大的压缩机改为若干台制冷量较小的压缩机并联运行，需要的

31、冷量变化时，停止一台或几台压缩机的运转，从而使每台压缩机的开停次数减少，降低对电网的不利影响，这种多机并联间歇运行的方法已获得广泛的应用。采用变频压缩机进行能量调节，具有节能、启动快速、温控精度高和易于实现自动化等优点，例如对热泵型空调机，人们往往希望启动后应尽快达到暖房室温，因此要求压缩机快速运转；当温度达到预定温度时，若仍高速运转，不仅功率消耗大，还会增加压缩机开停次数，使室内温度变化幅度增大，不但不舒适，而且由于断续运转也增大了热损失，因而要求降低压缩机转速，使之与室内暖房负荷能协调运行 7。变频空调的优势是显而易见的，但变频压缩机用到冷库中，不仅没有优势，而且显露出很多的不足：（1）变

32、频压缩机最主要的指标就是用最小功率运转，这样会使制冷机组长时间开机，噪音时间过长，制冷时间过久，影响食品的快速冷冻而丢失最佳的保鲜效果。（2）存取食品时库门的开关对冷库库房的温度变化影响不大，往往监控到的温度是保持在 1 度内变化的。刚存放的食品温度虽然较高，但食品周围的空气温度依然是较低，温度检测时一是有个延时，二是检测到的温度波动几乎是不变的，这样会造成变频压缩机一直以小功率运行，由于温差较大的出现机会非常少，变频压缩机高速运行的机会和条件非常少，也就实现不了变频强劲的优势，从而使食品的保30 吨装配式冷库电控系统9鲜效果打折，而定频压缩机到达临界触发开机时，会保持一个稳定的制冷能力进行制

33、冷，制冷快，且停机时间会较长，能够更多的时间保持一个安静的环境。（3）变频压缩机由于涉及的电路板较多，容易出现故障且维修昂贵；定频压缩机的技术非常成熟，因此国内绝大多数冷库使用的都是定频压缩机。综上所述，对于本次设计采用压缩机间歇工作的方式。3.3 冷库的温度控制分析冷库的热容量较大，系统整体热惰性较好，库温变化较为缓慢。冷库温度控制方式大多采用双位调节方式，以简化系统与器件，提高可靠性，降低造价。3.3.1 温度控制规律与特性根据双位调节的特性，库温呈等幅震荡，即在最高值和最低值之间进行周期性变化。在这种调节方式下的库温可以用以下参数进行描述：（1） 冷间平均温度 tc，此温度即冷间的设计温

34、度；（2） 稳定工作时冷间温度的最高值 tmax，即冷间正常运行时控制的温度上限；（3） 稳定工作时冷间温度的最低值 tmin，即冷间正常运行时控制的温度下限；（4） 运行温度波动t c，即冷间正常运行时库温的范围。运行温度波动于控制的温度上、下限的关系为：tc=tmax-tmin正常运行时，冷间平均温度维持在 tc。当制冷系统开机时，由于制冷量 Q0 大于冷负荷 Q1，tc 下降。且因蒸发温度较高时，制冷量较大，而冷负荷较小，所以开始降温时，冷间温度下降较快。随着冷间温度和蒸发温度的下降，冷负荷增大而制冷量减小，冷间温度下降较慢。当制冷系统停机时，制冷量为零，冷间温度开始上升。当冷间温度较低

35、时，温度上升较快，而冷间温度较高时上升较慢。双位调节时，冷间温度变化特性如图 3.2 所示。30 吨装配式冷库电控系统10图 3.2 双位调节时冷间温度变化曲线为了保证 tc 和 tc，温度控制器件的控制中间温度也应为 tc。温度控制器件需设定的参数为：（1） 设定温度上限 ton,此温度为制冷系统开机温度；（2） 设定温度下限 toff,此温度为制冷系统停机温度；（3） 差动范围tcs .采用双位控制的冷库，库温的波动范围一般为 2左右。3.3.2 温度控制器件温度控制器有电接点温度计、压力感温包式、数字显示式和基于微处理器的电子式等多种。数字温度显示控制仪可用于各类制冷装置，与压力式温度计

36、相比，价格接近、调节方便、通向库内的是电线而非毛细管、安装容易。以 XMT-100 型温度显示控制仪为例，其基本原理如图 7.4 所示。上限设定和下限设定用来设定温度。使用时，上限设定为所需的 ton，下限设定为所需的 toff。上限执行和下限执行为继电器的通断输出，每一个继电器有一组先断后合的触点。U/I 转换器及其输出的作用是对应于量程的线性直流输出，可直接配接30 吨装配式冷库电控系统11记录仪或通过接口与计算机相连。3.4 除霜方式的选择除霜的方法有三种:一是自然化霜法(停机,靠库房内温度的自然回升进行除霜 )；二是热制冷剂化霜法;三是电热化霜法。化霜的方式有：人工化霜 (手动开始,手

37、动结束)；半自动化霜( 手动开始 ,自动结束)；全自动化霜(自动开始,自动结束) 12。3.4.1 人工除霜人工除霜又称“自然除霜”,见于早期的冷库中，当冷库蒸发器表面霜层厚度达到 5 mm 时,用人工关停冷库压缩机的运行,即将温控器旋钮旋至停机位置(“0”或“OFF”)上, 或拔下电源插头 ,使压缩机不工作.采用自然化霜法进行化霜,待霜层全部融化以后,用干布将蒸发器表面上的水珠擦拭干净,再将温控器的旋钮旋到合适的工作位置,并保征接通整个电源,使冷库恢复正常制冷运行。人工化霜方法简单,省电,但库房内温度波动大,化霜所需时间长,若不能及时通电制冷,库房内温度回升过高将影响贮藏食品的质量.因此,现

38、在国内外的冷库已基本不采用此种方式。3.4.2 半自动除霜此种除霜方式的工作原理也是停机升温除霜,只不过是在温控器上附设了一个除霜按钮,当需要除霜时,按下除霜按钮,压缩机回路被切断,冷库停止制冷,利用自然化霜或电加热快速化霜,待蒸发器表面的温度到+5左右、库房内温度到+10左右时,除霜完毕,这时,化霜按钮被自动弹起,压缩机电路被接通,恢复制冷。3.4.3 全自动除霜全自动除霜是利用电加热的方法,在定时装置的控制下,按照一定的时间比例关系,定时接通电加热器,对蒸发器进行加热化霜。其次数通常为每昼夜 12 次。 本次设计中采用的是智能全自动除霜方法，在冷库运行过程中定时器 T0 进行精确的定时，当

39、开机 12 小时到了，压缩机停机，化霜加热器通电对蒸发器加热。霜化完时，压缩机又开始工作，定时器重新定时。3.5 显示器的选择显示器是常用的输出器件。显示器件种类很多，有 LED 发光二极管、LED 数码管、液晶显示器 LCD、阴极射线管 CRT 等。其中 LED 数码管是简易设备的显示30 吨装配式冷库电控系统12常用电子元器件，有许多性能优点 ：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、ITL 电路兼容。(2)发光响应时间极短(0.1s)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。(4)寿命长，使用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时,成

40、本低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。对于本次所设计的冷库智能控制电路来说，由于对于数字显示要求不高，LED数码管价格便宜，且能满足设计要求，故显示器设计采用 LED 数码管。3.6 单片机的选择单片机是整个测控系统的核心部件,它直接影响到整个系统的软硬件设计,并对系统的功能、性价比以及研制周期起决定性作用。本控制系统的单片机采用美国ATMEL 公司生产的 8 位单片机 AT89S51,它是 80S51 微控制器系统的派生。AT89S51 芯片采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CP

41、U 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器，而且价格低，是目前性能比较高的单片机之一。该芯片完全满足系统需要，不需要再外扩程序存储器和数据存储器，可以大大简化系统的硬件电路。此外，AT89S51 单片机在市场上的货源充足，技术比较成熟，同时也具有较好的开发环境。3.7 A/D 转换器的选择集成电路技术的发展使集成 A/D 转换器几乎以与微机同步的速度惊人的取得进展和技术突破，种类繁多，性能各异的集成 ADC 不断涌现，在选择 A/D 转换器时需要注意以下几个方面。（1）A/D 转换器位数的选择 A/D 转换器位数的确定首先要考虑到整个测控系统要测控的范

42、围和精度。一般来说，A/D 转换器的位数至少要比总精度要求的最低分辨率一位，要能够与系统中其他环节的精度相适应，如传感器的变换精度，信号预处理电路精度，伺服机构精度等。另一方面，A/D 转换器的位数选择还要考虑单片机的位数。如果单片机是 8 位的，则选用 8 位以下的 A/D 转换器，其接口电路简单且容易实现。（2）A/D 转换器类型的选择 用不同原理实现的 A/D 转换器其转换速率是不30 吨装配式冷库电控系统13同的，一般来说，积分型、电荷平衡型和跟踪比较型 A/D 转换器的转换速度较快，其转换时间从几毫秒到几十毫秒，适用于对温度、压力、流量等的检测和控制系统以及一些数字化仪器。除上述两个

43、因素外，选择 A/D 转换器还应考虑使用 A/D 芯片的环境参数，如工作温度、功耗等；输入信号的类型，如单路还是多路、单极性还是双极性、最大幅值等；输出数据的形式，是并行还是串行、二进制还是 BCD 码；价格性能比；货源是否丰富可靠等。本系统采用的 A/D 转换器要用在 80S51 单片机控制电路 中 ， 要 求具 有 四 个 转 换 通 道 。 根 据 以 上 考 虑 因 素 ， 选 用 逐 次 逼 近 式 A/D 转 换 器ADC0809。4 典型元器件功能及应用分析4.1 AT89S51 单片机AT89S51 是 美 国 ATMEL 公 司 生 产 的 低 电 压 ， 高 性 能 CMO

44、S8 位 单 片 机 ，片 内 含 4kbytes 的 可 反 复 擦 写 的 只 读 程 序 存 储 器 （ PEROM） 和 128bytes 的 随 机存 取 数 据 存 储 器 （ RAM)， 器 件 采 用 ATMEL 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技 术生 产 ， 片 内 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器 （ CPU） 和 Flash 存 储 单 元 ， 功 能 强 大 ，AT89S51 单 片 机 可 提 供 许 多 高 性 价 比 的 应 用 场 合 ， 可 灵 活 应 用 于 各 种 控 制 领 域 。4.1.1 AT89S51 的特点AT89S5

45、1 具 有 以 下 特 点 ：（ 1） 与 MCS-51 兼 容 。 该 芯 片 具 有 MCS-51 系 列 单 片 机 的 所 有 特 性 ， 与工 业 标 准 的 MCS-51 指 令 集 和 输 出 管 脚 相 兼 容 。（ 2） CMOS 制 造 工 艺 ， 功 耗 低 ， 成 本 低 廉 。 全 静 态 工 作 时 0Hz-24Hz， 正常 运 行 电 压 5V， 速 度 可 达 33MHZ。 片 内 有 4K 字 节 可 编 程 闪 烁 存 储 器 ， 128 字节 的 RAM 存 储 器 和 4 字 节 的 EPROM 存 储 器 ， 不 扩 展 存 储 器 可 满 足 系 统

46、 需 要 ，采 用 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 可 降 低 成 本 且 提 高 系 统 抗 干 扰 能 力 。（ 3） 可 靠 性 高 。 芯 片 本 身 按 工 业 测 控 环 境 要 求 设 计 ， 抗 噪 声 干 扰 强 ； 运 行温 度 范 围 宽 (-40 -60 )； 允 许 电 源 波 动 范 围 大 (5V20%)， 芯 片 内 有 振 荡 器 和时 钟 电 路 。30 吨装配式冷库电控系统14（ 4） 扩 展 性 能 好 。 具 有 4 个 8 位 I/O 口 ， 通 过 芯 片 外 引 脚 构 成 三 总 线 结 构（ 地 址 总 线 AB、 数 据 总 线

47、 DB、 控 制 总 线 CB） 。 RAM 可 扩 展 到 64K 字 节 ， 另外 具 有 片 内 FLASH 程 序 存 储 器 ， 同 时 含 有 2 个 外 部 中 断 口 ， 2 个 16 位 可 编 程定 时 计 数 器 ， 2 个 全 双 工 串 行 通 信 口 ， 5 个 中 断 源 。 AT89S51 可 以 按 照 常 规 方法 进 行 编 程 ， 也 可 以 在 线 编 程 。（ 5） 稳 定 性 好 。 寿 命 可 达 1000 写 /擦 循 环 ， 数 据 保 留 时 间 可 达 10 年 。AT89S51 提 供 以 下 标 准 功 能 ： 4k 字 节 Flas

48、h 闪 速 存 储 器 ， 128 字 节 内 部RAM， 32 个 I/O 口 线 ， 两 个 16 位 定 时 /计 数 器 ， 一 个 5 向 量 两 级 中 断 结 构 ， 一个 全 双 工 串 行 通 信 口 ， 片 内 振 荡 器 及 时 钟 电 路 。 同 时 ， AT89S51 可 降 至 0Hz 的静 态 逻 辑 操 作 ， 并 支 持 两 种 软 件 可 选 的 节 电 工 作 模 式 。 空 闲 方 式 停 止 CPU 的工 作 ， 但 允 许 RAM， 定 时 计 /数 器 ， 串 行 通 信 口 及 中 断 系 统 继 续 工 作 。 掉 电 方 式保 存 RAM 中

49、 的 内 容 ， 但 振 荡 器 停 止 工 作 并 禁 止 其 它 所 有 部 件 工 作 直 到 下 一 个 硬件 复 位 。4.1.2 AT89S51 单片机的内部结构AT89S51 单片机的结构框图如图 4.10 所示。（1）中央处理单元（8 位）：包含对 BCD 数据的处理，还具有对 RAM 或 I/O的某位进行测试、置位或复位的功能，即位操作功能。（2）只读存储器；用于永久性地存储应用程序。目前，单片机中大量采用的时掩模式只读存储器 ROM 和可改写只读存储器 EPROM。随着电子技术的发展，己开始采用电可读写只读存储器 EEPROM。AT89S51 单片机中采用的是掩模式只读存储器 ROM。30 吨装配式冷库电控系统15图 4.1 AT89S51 单片机的结构框图（3）随机存取存储器：用于在程序运行时存储工作变量和数据。AT89S51 单片机中具有 256 字节的随机有取存储器空间，其中分为两个区：OOH-7FH 单元组成的低 128 字节的 RAM 块和 80-OFFH 单元组成的 128 字节的 SFR 块（只用了其中的21 个单元） 。（4）并行输入/输出口（32 条）：每根口线可灵活地选