1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 50吨组装式冷库电控系统 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 机 电 工 程 学 院 指导教师（职称） 完成时间 年 月 日 50吨组装式冷库电控系统目 录中文摘要 .I英文摘要 .II1 绪论 .11.1 课题研究背景 .11.2 冷库监控系统的研究现状 .11.3 目前存在的难点 .21.4 主要研究内容 .41.5 冷库控制系统的组成的组成 .41.6 设计任务书 .51.6.1 原始资料： .51.6.2 技术条件 .51.6.3 设计内容 .52 方案论证与监控系统的总体设计 .62.1 方案论证 .62.1.1 总控制系统方案论证 .6
2、2.1.2 除霜方法论证 .72.1.3 测温元件的选择 .92.2 监控系统的总体构架设计 .103 元器件的选择 .113.1 单片机 .113.2 外部地址锁存器 .123.3 ADC0809转换器 .1450吨组装式冷库电控系统3.3.1 主要特性： .153.3.2 内部结构 .153.3.3 外部特性（引脚功能） .163.4 74LS164.173.5 电加热器 .183.5.1 化霜加热器 .183.5.2 防冻加热器 .183.5.3 温度补偿加热器 .193.6 显示器 .203.7 电磁继电器 .203.8 电流互感器 .213.9 双向可控硅 .223.9.1 可控硅结
3、构 .223.9.2 可控硅的特性 .223.9.3 光电耦合器(可控硅触发电路) .234 监控终端的硬件设计 .244.1 系统的硬件构成 .244.2 各监控终段端的硬件设计 .254.2.1 直流电源电路 .254.2.2 复位电路 .264.2.3 时钟电路 .274.2.4电流检测电路 .284.2.5 状态显示电路 .294.2.6 除霜电路 .314.2.7 除霜测温电路和冷藏室测温电路 .344.2.8 蜂鸣器电路 .3550吨组装式冷库电控系统4.2.9 键盘和显示电路 .364.2.10 电源过、欠压检测电路 .404.2.11 压缩机、化霜、风机控制电路 .414.2.
4、12 硬件抗干扰的设计 .425 控终端的软件设计 .425.1 主函数的软件设计 .435.2 各功能子程序设计 .455.2.1 初始化模块的软件设计 .455.2.2 制冷子程序 .465.2.3 除霜子程序 .475.2.4 A/D转换子程序 .485.2.5 室内外风机速度控制 .495.2.6 复位子程序 .515.2.7 温度采集中断的软件设计 .515.2.8 控制模块的软件设计 .535.2.9 输入模块的软件设计 .535.2.10 显示模块的软件设计 .545.2.11 定时器T0中断服务程序 .555.2.12 定时器T1中断服务程序 .565.2.13 数据处理模块的
5、软件设计 .57结束语 .60致 谢 .61参考文献 .62附 录 .6350吨组装式冷库电控系统I摘 要控制系统是日常生活中随处可见的系统，控制系统在各个领域都有积极的意义。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的数据采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中的控制水平。本设计是基于AT89S53单片机对冷库进行检测并实现自动控制的系统。主要由电源、系统控制电路、检测电路、显示电路、执行电路、提示电路等组成,以AT89S53单片机为核心元件，利用模拟集成温度传感器检测当前冷库中的温度值，通过控制器及辅助电路进行计算输出并在控制面板上显示当前冷库的温度值；如果测
6、量到冷库中的温度值达到设定温度的上、下限值时，系统通过AT89S53发出控制信号完成提示功能，同时启动或停止执行电路，使温度快速达到设定的范围内。此冷库温度控制系统结构简单，控制效果良好。关键词 单片机/模拟集成温度传感器/控制电路/显示电路50吨组装式冷库电控系统IIThe Control System of 45 Tons Assembly Cold Storage ABSTRACTControl systems are ubiquitous systems in daily life,the control systems have positive meaning in various
7、 fields.With the rapid development and wide application of microcomputer measurement and control technology,The development and application of data acquisition and control system which used microcontroller as the core has greatly improved the control level of the production and life .This design is
8、based on AT89S53 microcontroller testing and realize the automatic control system of cold storage . It is mainly constituted by the power supply circuit ,the system control circuit,the detection circuit,the display circuit,the executive circuit,the tips circuit,etc.AT89S53 microcontroller is used as
9、 the core element,using analog integrated temperature sensor detecting the current temperature in the cold storage,through the controller and auxiliary circuits to calculate the output and display the current cold temperature value on the control panel;if the measured temperature in the cold storage
10、 temperature reaches the setting temperature of upper 、 lower limit,the system sents out control signal by AT89S53 and performs the warning functions, start or stop the execution circuit at the same time,makes the temperature quickly reaching the set range.The cold storage temperature control system
11、 is simple in structure and has a good control effect.Keywords microcontroller ,temperature sensor, control circuit ,display circuit50吨组装式冷库电控系统11 绪论1.1 课题研究背景众所周知，我国是世界上的农业大国，而农副产品保鲜是农产品产销链上的重要环节，目前在市场上已经几乎看不到没有冷藏处理过的农副产品 5。目前我国速冻食品厂2000多家，年产量超过1000万吨，并以每年20的幅度递增；冷饮业4000多家，年产量150多万吨，产量以每7左右的速度递增；冰冻
12、产品产量4400万吨，每年以4的速度递增等 8。总之，制冷技术在我国的工、农、医疗卫生等方面均有广泛的应用。然而，我国平均食物年产值约为3000亿美元，超过20的食物由于没有很好地冷藏，在运输过程中被浪费。仅水果、蔬菜等农产品在采摘、运输、储存等物流环节上损失率就达2530，每年有总值约92.5亿美元的农产品在运输中损失，腐烂损耗的果蔬可满足近2亿人口的基本营养需求，损耗量居世界首位，而发达国家的果蔬损失率则控制在5以下口 10。因此，我国急需冷藏技术的发展。然而传统的冷藏技术存在诸多问题，传统冷藏技术主要有手控方式和手主令控制方式。手控方式劳动强度大，控制精度低，可靠性、安全性差；而手主令控
13、制方式将主令开关集中置于控制室内，但人为因素仍然过高，且大量的数据电缆增加了实施的成本，同时也增加了安全隐患拍1。因此为了解决传统的冷藏技术存在诸多问题，必须使冷藏技术的载体冷库集智能化、规模化和控制复杂化于一身，对冷库系统实行在线监控。1.2 冷库监控系统的研究现状近几年来，国内外很多企业对冷库检测与控制系进行了研究，大部分都是基于PLC和单片机来实现。用PLC来构建冷库检测与控制系统的技术比较成熟，而且PLC的高可靠性和组建系统的模块化，使得其在大中型冷库检测和控制系统中被优先选用。如北京金日创科技有限公司推出的新型全自动冷库控制系统，该系统由上位机、施耐德电气MODICON系列PLC、现
14、场控制元件组成多级、开放、模块化、可扩展的冷库全自动控制解决方案。开封空分集团有限公司使用西门子公司的S750吨组装式冷库电控系统2系列PLC及Wincc组态软件及Profibus总线来设计冷库控制系统 15。单片机在现代的检测与控制系统中也有其自己的优势，成本低、体积小，而且还可以根据设计者的需求进行灵活设计。在现代化的各种冷库检测与控制系统中也有许多是以单片机为开发平台的。如论文冷库单片机控制系统中，利用单片机8031对中型冷库进行自动化改造，使得控制系统自动化程度大大提高，温度控制精度大大提升，节省了能源，提高了冷库产品的质量，节省了劳动力 19。总之，目前冷库温度控制均针对多点温度采用
15、分布的集散控制方案；但可以根据不同的应用场合采取不同的实施方案。对于安全性、模块化要求高的场合，通常采用PLC 为核心处理单元，PLC 是专门针对工业上逻辑控制的实施而开发的产品，因此无论从功能上还是处理能力上都是不错的选择。对于功能要求多而且复杂的场合，通常使用嵌入式处理器，再辅以嵌入式操作系统，可以实现极其复杂的功能。对于控制算法复杂的场合，通常采用DSP系统或者工控机，它们可以提供实现复杂算法所必须的高速浮点数运算和巨大的程序空间 1。1.3 目前存在的难点目前的冷库在线监控系统利用先进计算机技术、数据处理技术和数据传输技术，实时连续巡回监测各被监测量，对监测结果进行显示、存储、打印、远
16、传及越限报警，具有监测内容丰富，信息量大，处理速度快等优点，但对己实际投运的产品进行调查，其运行效果并不理想，根本没有取得预期的经济效益和社会效益，目前主要存在如下问题：(1) 在冷库的自动控制系统中，由于冷库的用途不同，需要控制的参数值也各有不同，但在这些参数中最重要的是冷库库房内的温度和湿度。而传统的模拟温度传感器和模拟湿度传感器需要经过信号调理电路和信号转换电路才能与微处理器相连时，因此存在测量信号的精度低、电路设置复杂、维护不方便、测量信号容易受干扰等缺点。随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器和湿度传感器开始由模拟式向着数字式、单总线式和双总线式方向发展，由于数字温度传感器本身具有
17、与各种微处理器接口，因而可以克服模拟传感器存在的种种缺50吨组装式冷库电控系统3点 8。(2) 在冷库系统控制方式上，目前的冷库自动控制系统主要采用集中式控制，控制器与现场设备之间靠大量的I/O接口，不仅增加成本，同时也增加了系统的不可靠性。冷库系统传送4.20mA的模拟量温度和湿度信号，并以此作为采集信号监控冷库系统，这样一来由于控制器获取信息量有限，一方面冷库内的设备在线故障诊断、报警、记录功能较弱；另一方面也很难完成冷库内设备的动态监控、远程参数设定、修改等功能。这样就造成了制冷控制系统的信息集成能力不强和可维护性较差，同时影响冷库的生产效率，并给生产管理带来诸多不便。当然比较先进的大型
18、自动化冷库也有采用分布式监控系统，下位机负责检测和控制现场温度与湿度，上位机负责管理和监控整个系统的运行，然而上下位机的通讯方式，基本采用RS232 或RS485 总线，这种信息交流方式效率低、靠性差、后期系统难维护、传输距离受限。随着现场总线技术在自动控制领域的广泛应用和发展，CAN总线作为一种全数字化的、串行、双向传输、多分支结构的总线，具有更强的抗干扰性能、更低的安装、运行和维护成本，因此若将其在冷库制冷监控系统中的应用，将大大减少布线工作量与电缆投资，避免信号干扰，使系统更可靠、操作更简便、监控更直观，因此建立现场CAN总线的冷库监控系统成为解决这二问题的有效途径。(3) 目前对于多个
19、冷库，存在需要多人管理，自动化控制程度低、管理低效落后、人力资源浪费等问题。但是，随着计算机技术、测量和控制技术的高速发展，虚拟仪器作为测控领域的一支新的技术力量正在迅速发展起来，用虚拟仪器设计一套冷库管理软件，实时显示温度和湿度状态、冷库内设备的运行情况等，将大大提高管理水平 15。(4) 对于像冷库这样的非线性、时变性、多参数间强烈耦合、较大的随机干扰、过程机制错综复杂的被控对象，采用传统的模拟PID控制，具有控制超调大，调节时间长，控制效果较差等缺点。模糊PID控制作为一种先进的控制技术，对解决此类问题有着独特的优势，采用模糊PID参数自整定技术，借助PID参数的50吨组装式冷库电控系统
20、4在线自整定，实时修改PID参数，确保系统在运行过程中始终处于优化状态，既满足系统技术性能指标要求，又能够最大限度地节约能源 19。(5) 目前冷库自动化系统大多是采用PLC作为主控制器而构建的，而要构建这样的一个冷库检测与控制系统需要大量的前期资金投入，虽然它也是有支持网络的PROFEBUS现场总线，但是成本昂贵，不容易得到大规模的推广 7。总之，目前的冷库在线监控系统还不是很理想，但近年来随着单片机技术、现场总线技术和虚拟仪器技术的飞速发展，高性能的单片机处理器(AVR、DSP、ARM等)的出现，为冷库监控系统的发展提供了广阔的前景。1.4 主要研究内容本设计将在以下三个方面对冷库控制系统
21、进行研究。（1）控制系统和温度传感器的选择如何选择合理的控制器和温度传感器是本设计的关键问题，在本设计中主要研究检测温度并传给控制器进行数据处理、并根据要求输出不同的控制信号，本课题设计能够实现。（2）冷库温度控制系统硬件电路的设计本设计中的温度控制系统要求有较高的稳定性才能满足基本要求，故拟选择数字式温度传感器DS18B20，其输出的信号为数字信号能够直接被单片机处理，省去了A/D和D/A转换电路以及调理电路，不仅简化了硬件电路，同时提高了稳定性。（3）冷库温度控制器软件的设计在本设计中选用了简单方便的C语言对单片机控制系统进行编程，其具有面向应用、运算符丰富、结构简洁等特点，能直观明了的设计出温度控制器所需要的要求，其良好的可移植性也大大的避免了软件编程中的一些不必要的麻烦。1.5 冷库控制系统的组成的组成（1）主控制器：它是温度控制的“大脑”，通过用户自编程序，下装到内存中，当有需要处理的信号产生时，它就会发出相应指令，指挥其他外围电路的工作，同时根据温度的变化对执行机制进行控制，并且处理一些数据。
