1、 计算机控制技术课程设计 计算机控制技术课 程 设 计成绩评定表设计课题 ：基于单片机的冷藏库双重温度测控系统设计学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 指导教师意见：成绩:签名： 年 月 日计算机控制技术课程设计2计算机控制技术课程设计任务书学生姓名 专业班级 学号题 目 基于单片机的冷藏库双重温度测控系统设计课题性质 工程设计 课题来源 自拟指导教师主要内容（参数）初步探讨冷藏库的温度变化规律，找到最佳测控方案。也就是说通过对冷藏库进行多个点的温度测量，找到最佳测量点。然后由单片机为下位机对压缩机、冷凝器液体回路的电磁阀
2、双重控制，二者组成高可靠冷藏库温度测控系统，使得冷藏库温度分布均匀，提高产品冷藏的质量。为了便于观察测量的温度，该系统还利用 Pc 机作为上位机集中显示温度值和存储数据。任务要求（进度）第 1 天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。第 2 天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。第 3 - 4 天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第 5 天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于 6000 字。主要参考资料【1】齐
3、怀琴，高精度温度测量仪的研究电子测量与仪器学报，2001. 【2】李喜宏，微型节能保鲜冷库天津：科技文献出版社，2003 【33李波，基于CAN总线冷库温度测控系统电子测量技术，2002【4】李福良，基于模拟比较技术的高精度测温方法自动化与仪器仪表，5】李小波，多点、多分度号、远距离温度采集和记录系统自动化与仪表，2002.【6】朱华贵，分布式多路远程温度检测系统的设计与实现乐山师范学院学报，200412.审查意见 系（教研室）主任签字： 年 月 日 计算机控制技术课程设计3摘 要本文设计了一种基于单片机的冷藏库双重温度测控系统。该系统由单片机与 PC 机组成。此文首先分析了在冷藏货物时冷藏库
4、的温度分布，找出了测温探头的两个最佳放置位置。在此基础上，设计了单片机温度测控电路和相应的程序。本设计中单片机的控制部分有两部分构成。第一部分是控制压缩机的制冷量，第二部分是控制冷凝器回路液体流动与否第一部分是由单片机进行PID运算，输出模拟信号送到变频器，来控制压缩机改变其制冷量；第二部分是通过上下限控制电路驱动电磁阀来控制冷凝器回路的液体。二者联级实现了双重控制的功能。从而达到了冷藏库最佳温度控制的目的。为了进一步观察到冷藏库的温度，将现场单片机显示的温度值利用VB编程软件设计了通信程序，由RS-485通信接口送到远程计算机显示。该系统在实际使用中，不但可以起到节能作用而且解决了冷藏库温度
5、进行实时测控这项靠人力是难以完成的任务，提高了冷藏产品质量。尤其该设计是通过对冷藏库的温度分布分析找出了测温探头的两个最佳放置位置，并采用双重温度测控法，解决了以前冷藏库温度分布不均匀的问题。该系统设计目标是通过对冷藏库的温度分布分析找出了测温探头的两个最佳放置位置，并采用双重温度测控法，解决了以前冷藏库温度分布不均匀的问题。最终设计出一套基于单片机的冷藏库温度铡控系统的产品。关键词：冷藏库，单片机，温度控制计算机控制技术课程设计4目 录1 引言 .62 方案论证 .72.1 总体方案 .72.2 温度测控系统结构设计 .82.3 单片机温度测控系统硬件设计 .92.4 单片机的选择 .102
6、.5 传感器的选择 .112.6AD 转换器的选择 .132.7AD 转换电路模块 .143 单元电路的设计 .153.1 单片机扩展部分的设计 .153.2 信号测量功能模块 .163.3 信号放大电路模块 .183.4LED 显示器与键盘电路 .203.5 上下限控制电路 .213.6 串行通讯模块 .223.7 单片机组成下位机总图 .234 软件部分设计 .234.1 单片杌部分软件设计总体思想 .234.2PID 控制的算法 .244.3 常规 PID 控制算法 .244.4 测控系统程序流程图 .265 结论 .306 参考文献 .30附录 .31计算机控制技术课程设计51 引言当
7、前胶东半岛地区蔬菜、果品冷藏加工企业很多，这些企业的原料、半成品、成品都需用冷藏，冷库的运行状况直接影响冷藏产品的质量指标，因此需要对冷库参数如温度等进行实时测控。这项任务靠人力是难以完成，且很难满足过程控制要求，迫切需要引进计算机系统进行实时监测与控制。由于冷藏库容积较大，储藏技术的研究主要集中在库内空气参数对贮藏果蔬的影响及库内气流组织的分布，而对库体结构没有较多的研究。RobeftEPauH 和 AL6pez对温度和相对湿度对果蔬质量的影响进行了研究，认为在一定温度和相对湿度范围内，降低温度和升高库内相对湿度有利于库内储藏果蔬品质的提高。随着微型节能冷库在果蔬产地的大量推广应用，国内也对
8、其结构进行了优化设计和分析。本课题主要从温控方面研究以提高冷藏的质量。目前许多这类企业已经在生产中引进计算机系统，但绝大多数只能进行监测，不能用以控制，同时还存在下列问题：采用单片机系统，可扩充性，可修改性差，不能随时调整有关参数。精确度低，抗干扰性差。从许多企业安装的系统看，存在着抗干扰性差，工作不稳定，测量数据与实际相比大起大落问题较普遍且严重，这使的系统生产厂家和客户企业都大伤脑筋，同时也给客户企业造成一些不必要的经济损失。从总体看，由于经济和技术方面的原因(硬件较贵，通用、高可靠、使用方便的配套软件贫乏)计算机控制系统发展较慢，应用还不广，尤其是在中小企业更是如此。在国外，计算机监控系
9、统的应用已显示出其节能，节省人力和控制效果好等巨大优越性。目前，胶东半岛乡镇企业在这方面发展落后。虽有企业引进，但因可靠性很差，仍不能付诸使用，这就使得一些新企业望“自动控制”而却步。因此本课题的研究对推动企业的生产加工自动化，促进科技进步，提高生产效率，具有现实的经济意义计算机控制技术课程设计62 方案论证2.1 总体方案现场制冷状况：三个低温库(-18)分别为两个 l5 吨，一个 25 吨采用三洋低温并联压缩机组 DCR-BLD375 型制冷降温。该机组有三个 25KW 压缩机并联组成，也就是说每一个压缩机都能对这三个库制冷，而每一个库房的冷凝器均设有液体回路电磁阀。要达到有效控制温度，就
10、必须对压缩机、液体回路电磁阀进行合理控制。下位机是由多台单片机完成，现以三个库一个制冷机组说明其测控方法。每个库两个点测量由单片机进行运算取其平均值并在现场显示即为其测量值，这样大大提高了其测量的准确度。再由单片机进行 PID 运算输出模拟信号送到变频器的模拟量输入端子，由变频器根据模拟量输入大小该变电机的转速从而改变制冷机组的一个压缩机制冷量；同时由单片机上下限设定温度控制各自的冷凝器的液体回路电磁阀，避免了其它压缩杌的制冷量对该库房的冷凝器的液体回路的影响，实现了对压缩机、冷凝器的液体回路二者连级双重控制的功能，从而能达到库房最佳温度控制的目的。为了进一步观察到冷藏库的温度。将现场单片机显
11、示的温度值通过 RS-485通信送到上位计算机显示。总体框图如图 2-1 所示。计算机控制技术课程设计7单片机制冷机组变频器液体回路电磁阀两路传感器两路传感器单片机制冷机组变频器液体回路电磁阀两路传感器 R S - 4 8 5计算机。图 2-1 总体框图2.2 温度测控系统结构设计1. 温度测控系统的总体构成计算机控制技术课程设计8单片机电磁阀温度检测及变换电路控制对象变频器驱动电路图 2-2 温度测控系统结构框图图 2-2 为温度测控系统的结构框图，系统主要由单片机测控平台、温度检测及变换电路、键盘和显示器、变频器、电磁阀、通讯电路、测控制软件组成，采用了模块化的设计方法，组建方式灵活，具有
12、良好的扩展性。2性能特点(1)可靠性高 在系统设计中对系统可靠性作了充分的讨论，同时采取了相应的解决措施，接个系统的可靠性提高，使运行安全、可靠。(2)控制精度高由于通过对库房温度分布进行分析，找出最佳测量点，在电路设计方案上我们采用了开关量粗控和模拟量精控二者联级控制以提高精确度，在硬件上采用了高精度的温度传感器和性能良好的集成芯片。使温度精度进一步提高，足以满足用户对温度控制的要求。(3)可控点多，扩展性能良好采用两点取平均测量方法，克服了在以往温度控制中，只能单点测量某一区域的实际温度，出现偏差的现象，能够对库房的不同位置进行测量，了解整个设备的运行状态，准确实现对温度的测控，具有较强的
13、合理性，同时具有良好的扩展性能，可以很方便的扩展到多回路。2.3 单片机温度测控系统硬件设计图 2-3 为单片机温度测控系统的组成框图，它由传感器、多路选择开关、放大电路、AD 转换器、单片机、键盘控制、显示器等部分所组成。计算机控制技术课程设计9温度传感器单片机 A T 8 9 C 5 2A / D 转换及调整多路选择 C D4 0 5 1执行机构通讯电路显示器及键盘电路上下限控制电路图 2-3 单片机温度测控框图温度测控系统采用 8 位 AT89C52 单片机作为控制核心，两路温度传感器热电阻将温度信号转换为电压信号，经 8 通道模拟多路开关 CD4051 送入放大电路，8 路通道模拟开关
14、由单片机进行两个回路的选通，温度信号经集成运算放大器OP-07 与 CD4051 组成的放大电路进行放大，然后进入双积分电路 l4 位 AD 转换器 ICL7135 进行转换，单片机读取转换结果，将结果运算后送入显示区，显示其平均温度，通过 4 个按键输入设定温度并进行显示，在单片机内读取测量温度和设定温度，进行误差计算和 PID 运算，运算结果通过转换电路变换为模拟量，输入变频器实现控制，调节库房温度。同时单片机还根据上下限设定值输出信号给控制电路以驱动电磁阀，实现对冷凝器的液体回路通断控制，起到压缩机的制冷量并联运用和隔离作用。2.4 单片机的选择目前，市场上以 MCS-51 系列单片机应
15、用最广，配合其生产的芯片也最多。而且 51 系列已能完成本设计所需要求，价格较低，所以本设计选用 51 系列单片机 AT89C52 作为核心芯片。兼容标准 MCS-51 指令系统的 AT89C52 单片机是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和 256 bytes 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 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的89C52 单片机可为您提供许多高性低比的系统控制应用领域。其主要功能特性如下：计算机控制技术课程设计1
16、0兼容 MCS51 指令系统8k 可反复擦写(1000 次)Fkbh ROM32 个双向 I/O 口256X 8bit 内部 RAM3 个 l6 位可编程定时计数器中断钟频率 024MHz2 个串行中断可编程 UART 串行通道2 个外部中断源共 6 个中断源2 个读写中断口线3 级加密位低功耗空闲和掉电模式2.5 传感器的选择热敏电阻的传统优势 1、价格毫无疑问，在大多数情况下，就单个组件进行比较，热敏电阻的价格低于 IC 温度传感器。但为了将热敏电阻的阻值转换成电压值，需要一个精度为 1的上拉电阻，以便获得准确的读数。如果需要以数字方式读出热敏电阻的值，必须再加用带有不同接口(如 I2C
17、或 SPI)的模数转换器(ADC) 。对于模拟输出的 IC温度传感器，单独一颗芯片即可读出电压值，不需外加器件。而对于需要数字化的设计来说，我们能很容易的找到具备不同输出接口的单芯片数字 IC 温度传感器。以整体系统价格来说，IC 温度传感器并不一定较高。 另一方面，随着工艺的改进，美国国家半导体最近宣布了全球最低成本的模拟温度传感器 LM19，其价格可与热敏电阻相媲美。 2、各种各样的封装如果就传感器无法安装在电路板上的情况而论，热敏电阻具有优势，但仅限于这种情况。如果传感器需要安装在电路板上，则没有差别，甚至当采用具有良好导热性能的 LLP 封装的 IC 温度传感器，如 LM20 或 LM74 时，则能获得更准
