凌陽位單片機的冷庫溫度測控系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計開題分析方案

1、電信學院畢業(yè)設計開題報告姓名蘇國瀧專業(yè)電氣自動化班級三班學號03230326指導教師吳麗珍題目類型工程設計題目小型冷庫制冷控制系統(tǒng)的設計一、畢業(yè)設計的技術背景和設計依據(jù)：目前，國內(nèi)的不少冷庫制冷系統(tǒng)還是采用手動控制方式或者手主令控制方式。手動 控制勞動強度大，滯后性大，穩(wěn)定性、可靠性和安全性差，難以實現(xiàn)優(yōu)化控制。而手主 令控制雖然主令開關一般集中在控制室，但系統(tǒng)運行的合理性仍受人為因素的影響，操 作失誤的可能性依然存在。因此，制冷機組急需采用計算機進行檢測、實施控制與管 理，使機組的自動化提高到了一個新的水平。制冷系統(tǒng)的自動控制，可采用繼電器與其 他控制儀表組成的全自動控制器也可采用單片機和工

2、業(yè)控制計算機等。以上控制器各具 特點，各有優(yōu)缺點。與其他控制器相比，單片機具有結構簡單、使用方便、價格便宜等 優(yōu)點，故本系統(tǒng)采用單片機設計。二、畢業(yè)設計的主要內(nèi)容、功能及技術指標1、畢業(yè)設計的主要內(nèi)容設計一個以凌陽SPCE061單片機為核心的冷庫溫度測控系統(tǒng)，它包括：4間庫房3間 冷凍庫，溫度-18 C -2C, 1間速凍庫，溫度小于-25 C）,每間庫房至少3個測溫點， 即至少12個測溫點；數(shù)據(jù)采集處理模塊設計；4位動態(tài)顯示模塊設計；能量調(diào)節(jié)控制模塊 設計；各種報警模塊設計；串行通訊模塊 vRS-232打印機接口）設計。2、設計實現(xiàn)的主要功能1）人工智能，自動調(diào)溫：在人工智能狀態(tài)下，該冷庫能

3、隨環(huán)境溫度變化而自動調(diào)節(jié) 溫度設置，無需人為調(diào)節(jié)，便能達到最佳制冷效果，更省心、省力。2）LED顯示，數(shù)字溫控：采用LED技術，動態(tài)顯示冷庫的運行情況，冷凍室、速凍室 溫度以分別設置，分別顯示，一目了然，使您及時了解冷庫運行情況，使用起來更加方 便。3） 冷凍、速凍溫度調(diào)節(jié)：冷凍溫度可設置在 -18 C -21 C，速凍溫度可設置小于- 25C。4 ）速凍功能：運用細胞?；罴夹g，以超強制冷能力，是食品迅速通過最大冰晶生成 帶，不破壞細胞結構，保持細胞活力，營養(yǎng)成分不散失，冷藏效果好。5） 壓縮機能量的自動調(diào)節(jié)：本冷庫制冷系統(tǒng)，制冷裝置有4臺壓縮機，每臺壓縮機的吸氣管上均裝有一個溫度傳感器，用來

4、檢測吸氣溫度壓力）。1號壓縮機為基本能級，它受到冷庫庫房溫度的控制，只要有一個庫房溫度未達到指定溫度下限時，1號壓7機便運行，全部庫房溫度都達到指定溫度下限時，1號壓縮機才停車。1號壓縮機運行后，如果熱負荷增加，吸氣壓力 溫度）將逐漸上升，決定2#、3#、4#號壓縮機工作。6）報警功能：能夠對多種狀態(tài)下的溫度進行蜂鳴報警。3、主要技術指標1）通過本設計可以使冷庫溫度在-35 C-5 C范圍內(nèi)對多個點進行精度為 1C的 度測量，每間庫房的恒定溫度波動幅度為土 1.5 C以內(nèi)。2）各庫房溫度用戶可以通過鍵盤自由設定。3）當庫房溫度不在設定范圍內(nèi)是，報警裝置發(fā)出警報，單片機控制壓縮機運行， 使庫房溫

5、度恢復正常。4）多種抗干擾措施提高EMCW試指標。5）良好的生產(chǎn)工藝性。三、畢業(yè)設計的主要參考文獻和技術資料1薛均義，武自芳，微機控制系統(tǒng)及其應用M西安：西安交通大學出版社，20032 臧芝玉.單片機控制的溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng).遼寧師專學報(自然科學版,2005,(23 薛鈞義，張彥斌.凌陽十六位單片機原理及應用M.北京：北京航空航天大學出版 社,2003.4 劉和平,凌陽16位單片機實用軟件與接口技術一匯編語言及其應用M,北京：北京航空航天大學出版社,2002王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設計大全M.北京：北京航空航天大學出版社，1990280.6 方佩敏.新編傳感器原理、應用、電路詳解M.北京：電子

6、工業(yè)出版社,1994. 129.7 張永賢.基于凌陽SPCE061A勺電阻爐溫度控制系統(tǒng).華東交通大學學報,2005,(48 郭潤秋，解寶輝.基于Fuzzy-PID的MOCV溫度控制方法.西安電子科技大學學 報,2005,(49 羅亞非，凌陽16位單片機應用基礎.北京航空航天大學出版社，200310 M. Chindriv, RLC series inverter to supply induction heatingequipment(in Romanian, in: EEA-Electrotechnica,26(1998, Bucharest, no. 2, pp. 7C74.11 T.

7、Cologi, Procedure of local-iterative lin earizati on by state variablesin no rmal form for systems defi ned by non li neardiffere ntial equatio ns, Proc.8th In temat. Conf. on Con trol Systems and Computer Scie nee (Bucharest, 1999 185-189.12 http:/www.g ongkon 四、本設計主要解決的關鍵問題及方案選擇：冷庫制冷控制系統(tǒng)是為解決冷庫中各庫房

8、要求溫度恒定的問題而設計的，解決的關 鍵在于:I.對每個庫房若干側溫點的巡回檢測。乙對各庫房單位制冷壓縮機組的控制 3對整個庫房群進行集中監(jiān)視和管理。4。對于庫房溫度的報警系統(tǒng)設計。方案一:此方案采取傳統(tǒng)的機械式溫控系統(tǒng)。采用串聯(lián)系統(tǒng)，即冷凍室和速凍室蒸發(fā)器串聯(lián) 在一起，同時制冷。此方案技術含量低，實現(xiàn)比較簡單。然而在不同的使用條件下，冷 凍室和速凍室需要的制冷量是變化的，利用傳統(tǒng)的機械溫控方式，所有的冷凍、速凍都 是依據(jù)冷凍室溫度來控制壓縮機開停的。所以在冷凍室需要的制冷量較小的情況下，速 凍室則達不到設計溫度。當溫度下降到所定值時，壓縮機就會停止工作一段時間，停機 后冷凝器的高溫會隨著循環(huán)

9、系統(tǒng)進入蒸發(fā)器，使得冷凍、速凍室溫度升高，這樣必然加 大冷庫制冷能耗。因此傳統(tǒng)的機械式溫控系統(tǒng)不能進行精確的溫度控制，不能實現(xiàn)特殊 情況下迅速制冷的功能，并且能耗量很大，不符合系統(tǒng)設計要求。此方案采用89C51單片機實現(xiàn)，單片機軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種控制 算法和邏輯控制。但是 89C51需外接模數(shù)轉換器來滿足數(shù)據(jù)采樣。如果系統(tǒng)增加語音播放功能，還需外接語音芯片，對外圍電路來說，比較復雜，且軟件實現(xiàn)也較麻煩。另 外，51單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。冷庫溫度受諸多因素的影 響，如存入食品的初始溫度、散熱特性、熱容量的大小、庫內(nèi)物品的充滿率、開門的頻 繁程度、環(huán)境溫度的

10、高低等。在大多數(shù)情況下，冷庫內(nèi)的溫度場分布是極不均勻的 數(shù)學模型難以精確描述，因此，用傳統(tǒng)的控制方法難以達到預期的效果。采用溫度傳感器鉑電阻Ptioo。鉑熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，且此元件線性較好。在o100攝氏度時，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。鉑熱電阻與溫度關系是，Rt =R0（1+At+Bt*t。其中Rt是溫度為攝氏度時的電阻；R0是溫度為0攝氏度時的電阻；t為任意溫度值，A,B為溫度系數(shù)。 但當溫度變化范圍增大時，鉑電阻的非線性程度有所增加，加上測量方法產(chǎn)生的誤差， 將使檢測精度低于系統(tǒng)要求。此方案采用SPCE061單片機實現(xiàn)，此單片機內(nèi)置

11、 8路ADC,2路DAC且集成開發(fā)環(huán) 境中，配有很多語音播放函數(shù)，用 SPCE061AS現(xiàn)語音播放極為方便。另外，比較方便的 是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā) 與調(diào)試。采用單線智能溫度傳感器DS18B20 DS18B20是 DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度 傳感器，具有3引腳T4 92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55E+ 125C,可編程 為9位12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達 0.0625 C,被測溫度用符號擴展的16位 數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B2C可以并聯(lián)到3根或2根線上，

12、CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占 用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。通過PID算法的精確控制，在冷凍室（或速凍室 需要制冷時，開機運行,直到冷凍室 （或速凍室 溫度達目標溫度，然后立刻檢測冷凍室（或速凍室 ,如果冷凍室（或速凍室 接近開機溫度，則繼續(xù)為冷凍室（或速凍室 制冷,如果滿足預先設定的溫度值，可以保證 短時間之內(nèi)不會重新開機，就停止制冷。這樣，通過合理的程序控制，大大減少了壓縮機的 頻繁開機現(xiàn)象。通過合理調(diào)整設定的開機的臨界溫度 ，在不影響制冷精度條件下，對壓縮 機進行有效的控制，大大改善了運行穩(wěn)定性和效率。比較以上三個方案，方案三的結構要比方案一

13、和二簡單，且功能實現(xiàn)也要比方案一 和二簡單快捷，所以最終選擇方案三。五、系統(tǒng)設計原理系統(tǒng)設計原理框圖見圖1.1。圖1.1基于SPCE061A單片機的冷庫控制實現(xiàn)方案開機后系統(tǒng)先進行初始化，然后進行鍵盤掃描，檢測是否有沒有按鍵按下。如果有 按鍵操作，就會進行鍵碼分析，按照按鍵指令進行相應的操作。同時溫度檢測電路對冷 庫內(nèi)的溫度進行采樣，將溫度傳感器檢測到的信號轉換為數(shù)字信號后送入單片機內(nèi)。單 片機經(jīng)過處理，通過LED數(shù)碼管將檢測到的溫度值顯示出來，并將檢測到的數(shù)據(jù)通過串 行通訊電路上傳到上位PC機，利用PC的繪圖能力可以繪制出溫度曲線。同時單片機根 據(jù)檢測的溫度，通過PID算法計算所得的結果，采

14、取最佳控制方法，控制壓縮機啟動制 冷或停止。本系統(tǒng)可以通過鍵盤設定想要達到的溫度值。當溫度超過限定值或發(fā)生故障 時，報警電路就會發(fā)出語音報警，提醒操作人員進行相應的操作。六、系統(tǒng)硬件設計一）系統(tǒng)芯片控制電路本系統(tǒng)以凌陽十六位單片機 SPCE061A為核心控制單元。SPCE061A最小系統(tǒng)當中， 包括SPCE061A芯片外圍的基本模塊，有：晶振輸入模塊vOSC、鎖相環(huán)外圍電路PLL）、復位電路vRESET、指示燈LED等。最小系統(tǒng)在 OSC0 OSC1端接上晶振及諧 振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入 VCP端接上相應的電容電阻后即可工作。二）DS18B2C溫度傳感器檢測電路DS18B20采用

15、單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O 口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值 9位二進制數(shù)，含符號位），測溫 范圍為-55 C -+125 C,測量分辨率為 0.0625 C ,內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM適配各種單片機或系統(tǒng)機，用戶可分別設定各路溫度的上、下限，內(nèi)含寄生電源。 三）LED顯示電路顯示電路由四位8段數(shù)碼管組成，用來顯示冷庫內(nèi)的實際溫度、設置溫度或故障。MAX7219是一種串行接口的8位數(shù)碼管顯示驅動器。它與通用微處理器只有3根串行線相連，最多可驅動8個共陰數(shù)碼管或64個發(fā)光二極管。它內(nèi)部有可存儲顯示信息的 8） 8靜態(tài)RAM動態(tài)掃

16、描電路，以及段、位驅動器。由于本設計只要4位動態(tài)顯示，所以用一片7219足夠可以實現(xiàn)設計要求。四）報警電路系統(tǒng)報警電路，采用一塊555時基電路完成延時和震蕩兩種功能，電路簡單，實用。利555和R2,R1,C1等組成一個延 遲90秒的音頻振蕩器.由于C1的端電壓不能突變,555的4腳呈低電平,使555強制復用555的復位端4腳對地接電容器C2,可實現(xiàn)延時功能。位,即555不工作此后,隨著C1的充電（經(jīng)555內(nèi)部電路 ,兩分鐘后，C1上的充電電壓 達到1.4V時,555由復位轉成置位而起振,3腳輸出的音頻脈沖激勵揚聲器發(fā)出音響報 警。五）RS232接 口電路SPCE061A勺UART模塊提供了一個

17、全雙工標準接口，用于完成SPCE061AT外設之間的串行通訊。通訊接口采用標準的 232接口電平，采用HIN232芯片作為電平轉換器件， RS232接口電路可以提供串行通訊的傳輸距離。本控制系統(tǒng)能同PC聯(lián)機通信，以利用PC圖形處理能力打印顯示溫度曲線。由于 SPCE061肺行口為TTL電平，PC串行口為RS232 電平，使用一片 MAX232為電平轉換驅動。通信速率為 9600 次。七、系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)軟件主要由主流程、功能子程序、中斷服務程序組成 描、鍵碼分析、溫度采集、溫度顯示、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)保存、 模塊組成，LED的顯示在256Hz的中斷程序中完成語音報警。 實現(xiàn)對溫度的精確控制在程

18、序開始后系統(tǒng)時鐘將調(diào)到24.576M，程序中DS18B20需要嚴格的讀寫控制時許，其中軟件延時就是按照這個時鐘計算的。然后初始化IO端口，打開2Hz中斷，為了定時10分鐘做準備。初始化SIO與UART為使用SIO，UART做準備。然后進入循環(huán)， 檢測是不是有鍵按下，如果有鍵按下，則進行鍵碼分析，對系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)進行設定。 調(diào)用測溫函數(shù)測溫，調(diào)用顯示函數(shù)顯示，調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷是否是設定 的時間10分鐘），如果是調(diào)用存儲函數(shù)存儲數(shù)據(jù)，如果不是對傳感器測得的數(shù)據(jù)進行 PID計算，得出最優(yōu)控制量，然后對繼電器控制，從而對壓縮機進行控制，進行制冷， 然后繼續(xù)循環(huán)。溫度對象一般都可以看作是帶純滯后時間的一階慣性環(huán)節(jié)，用 對其進行很好的調(diào)節(jié)警。波特率。數(shù)據(jù)5秒傳輸子程序主要由鍵盤掃PID計算、繼電器控制等其中主要用PID控制算法PID控制算法就可以0u(k在本設計中利用凌陽壓縮算法中的SACM_A200（來放音，實現(xiàn)語音報警功能。SACM_A200該壓縮算法壓縮比較?。?:1所以具有高質量、高碼率的特點適用于高保真 音樂和語音。利用其方便的語音的播放功能很容易的實現(xiàn)語音報警服務。nSP?單片機的匯編指令針對C語言進行了優(yōu)化，所以其匯編的指令格式很多地 方直接類似于C語言。另外其開發(fā)仿真環(huán)境IDE也直接提供了 C語言的開發(fā)環(huán)境，C函 數(shù)和匯編函數(shù)可以方