基于凌阳16位单片机的冷库温度测控系统的设计毕业设计开题报告

1、电信学院毕业设计开题报告姓 名 苏国泷专业电气自动化 班级三班学 号 03230326指导教师吴丽珍题目类型工程设计题 目小型冷库制冷控制系统的设计一、 毕业设计的技术背景和设计依据：目前，国内的不少冷库制冷系统还是采用手动控制方式或者手主令控制方式。手动控制劳动强度大，滞后性大，稳定性、可靠性和安全性差，难以实现优化控制。而手主令控制虽然主令开关一般集中在控制室，但系统运行的合理性仍受人为因素的影响，操作失误的可能性依然存在。因此，制冷机组急需采用计算机进行检测、实施控制与管理，使机组的自动化提高到了一个新的水平。制冷系统的自动控制，可采用继电器与其他控制仪表组成的全自动控制器也可采用单片机

2、和工业控制计算机等。以上控制器各具特点，各有优缺点。与其他控制器相比，单片机具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点，故本系统采用单片机设计。二、毕业设计的主要内容、功能及技术指标1、 毕业设计的主要内容设计一个以凌阳SPCE061A单片机为核心的冷库温度测控系统，它包括：4间库房（3间冷冻库，温度-18-21，1间速冻库，温度小于-25），每间库房至少3个测温点，即至少12个测温点；数据采集处理模块设计；4位动态显示模块设计；能量调节控制模块设计；各种报警模块设计；串行通讯模块（RS-232打印机接口）设计。2、 设计实现的主要功能1）人工智能，自动调温：在人工智能状态下，该冷库能随环境温度变

3、化而自动调节温度设置，无需人为调节，便能达到最佳制冷效果，更省心、省力。2）LED显示，数字温控：采用LED技术，动态显示冷库的运行情况，冷冻室、速冻室温度以分别设置，分别显示，一目了然，使您及时了解冷库运行情况，使用起来更加方便。3）冷冻、速冻温度调节：冷冻温度可设置在-18-21，速冻温度可设置小于-25。 4）速冻功能：运用细胞保活技术，以超强制冷能力，是食品迅速通过最大冰晶生成带，不破坏细胞结构，保持细胞活力，营养成分不散失，冷藏效果好。5）压缩机能量的自动调节：本冷库制冷系统，制冷装置有4台压缩机，每台压缩机的吸气管上均装有一个温度传感器，用来检测吸气温度（压力）。1号压缩机为基本能

4、级，它受到冷库库房温度的控制，只要有一个库房温度未达到指定温度下限时，1号压缩机便运行，全部库房温度都达到指定温度下限时，1号压缩机才停车。1号压缩机运行后，如果热负荷增加，吸气压力（温度）将逐渐上升，决定"2#、3# 、4#号压缩机工作。6）报警功能：能够对多种状态下的温度进行蜂鸣报警。3、 主要技术指标1）通过本设计可以使冷库温度在-35-5范围内对多个点进行精度为1的温度测量，每间库房的恒定温度波动幅度为±1.5以内。2）各库房温度用户可以通过键盘自由设定。3）当库房温度不在设定范围内是，报警装置发出警报，单片机控制压缩机运行，使库房温度恢复正常。4）多种抗干扰措施提

5、高EMC测试指标。5）良好的生产工艺性。三、毕业设计的主要参考文献和技术资料1薛均义，武自芳， 微机控制系统及其应用M西安：西安交通大学出版社，20032臧芝玉.单片机控制的温度自动调节系统.辽宁师专学报(自然科学版),2005,(2)3薛钧义,张彦斌. 凌阳十六位单片机原理及应用M . 北京:北京航空航天大学出版社,2003.4刘和平, 凌阳16位 单片机实用软件与接口技术汇编语言及其应用M，北京：北京航空航天大学出版社,20025王福瑞. 单片微机测控系统设计大全M . 北京:北京航空航天大学出版社,1990. 280.6方佩敏. 新编传感器原理、应用、电路详解M .北京:电子工业出版社,

6、1994. 129.7张永贤.基于凌阳SPCE061A的电阻炉温度控制系统.华东交通大学学报,2005,(4) 8郭润秋,解宝辉.基于Fuzzy-PID的MOCVD温度控制方法.西安电子科技大学学报,2005,(4)9罗亚非,凌阳16位单片机应用基础. 北京航空航天大学出版社，200310M. Chindriv, RLC series inverter to supply induction heating equipments (in Romanian), in: EEA-Electrotechnica, 26(1998), Bucharest, no. 2, pp. 70-74.11T.

7、Cologi, Procedure of local-iterative linearization by state variables in normal form for systems defined by nonlinear differential equations, Proc. 8th Intemat. Conf. on Control Systems and Computer Science (Bucharest, 1999) 185-189.12 四、本设计主要解决的关键问题及方案选择：冷库制冷控制系统是为解决冷库中各库房要求温度恒定的问题而设计的，解决的关键在于:I.对每

8、个库房若干侧温点的巡回检测;z.对各库房单位制冷压缩机组的控制:3.对整个库房群进行集中监视和管理。4。对于库房温度的报警系统设计。方案一： 此方案采取传统的机械式温控系统。采用串联系统，即冷冻室和速冻室蒸发器串联在一起，同时制冷。此方案技术含量低，实现比较简单。然而在不同的使用条件下，冷冻室和速冻室需要的制冷量是变化的，利用传统的机械温控方式，所有的冷冻、速冻都是依据冷冻室温度来控制压缩机开停的。所以在冷冻室需要的制冷量较小的情况下，速冻室则达不到设计温度。当温度下降到所定值时，压缩机就会停止工作一段时间，停机后冷凝器的高温会随着循环系统进入蒸发器，使得冷冻、速冻室温度升高，这样必然加大冷库

9、制冷能耗。因此传统的机械式温控系统不能进行精确的温度控制，不能实现特殊情况下迅速制冷的功能，并且能耗量很大，不符合系统设计要求。 方案二：此方案采用89C51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样。如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且软件实现也较麻烦。另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。冷库温度受诸多因素的影响, 如存入食品的初始温度、散热特性、热容量的大小、库内物品的充满率、开门的频繁程度、环境温度的高低等。在大多数情况下, 冷库内的温度场分布是极不均匀的,

10、用数学模型难以精确描述, 因此, 用传统的控制方法难以达到预期的效果。采用温度传感器铂电阻Pt100。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好。在0100摄氏度时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。铂热电阻与温度关系是，Rt =R0(1+At+Bt*t);其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻；R0是温度为0摄氏度时的电阻；t为任意温度值，A,B为温度系数。但当温度变化范围增大时，铂电阻的非线性程度有所增加，加上测量方法产生的误差，将使检测精度低于系统要求。方案三：此方案采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置8路ADC,2路DAC,且集成开发环境中

11、，配有很多语音播放函数，用SPCE061A实现语音播放极为方便。另外，比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试。采用单线智能温度传感器DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，

12、可节省大量的引线和逻辑电路。通过PID算法的精确控制，在冷冻室(或速冻室) 需要制冷时,开机运行,直到冷冻室(或速冻室) 温度达目标温度,然后立刻检测冷冻室(或速冻室) ,如果冷冻室(或速冻室) 接近开机温度,则继续为冷冻室(或速冻室) 制冷,如果满足预先设定的温度值,可以保证短时间之内不会重新开机,就停止制冷。这样,通过合理的程序控制,大大减少了压缩机的频繁开机现象。通过合理调整设定的开机的临界温度,在不影响制冷精度条件下,对压缩机进行有效的控制,大大改善了运行稳定性和效率。比较以上三个方案，方案三的结构要比方案一和二简单，且功能实现也要比方案一和二简单快捷，所以最终选择方案三。五、系统设计

13、原理系统设计原理框图见图1.1。图1.1 基于SPCE061A单片机的冷库控制实现方案 开机后系统先进行初始化，然后进行键盘扫描，检测是否有没有按键按下。如果有按键操作，就会进行键码分析，按照按键指令进行相应的操作。同时温度检测电路对冷库内的温度进行采样，将温度传感器检测到的信号转换为数字信号后送入单片机内。单片机经过处理，通过LED数码管将检测到的温度值显示出来，并将检测到的数据通过串行通讯电路上传到上位PC机，利用PC的绘图能力可以绘制出温度曲线。同时单片机根据检测的温度，通过PID算法计算所得的结果，采取最佳控制方法，控制压缩机启动制冷或停止。本系统可以通过键盘设定想要达到的温度值。当温

14、度超过限定值或发生故障时，报警电路就会发出语音报警，提醒操作人员进行相应的操作。六、系统硬件设计（一）系统芯片控制电路 本系统以凌阳十六位单片机SPCE061A为核心控制单元。SPCE061A最小系统当中，包括SPCE061A芯片外围的基本模块，有：晶振输入模块（OSC）、锁相环外围电路（PLL）、复位电路（RESET）、指示灯（LED）等。最小系统在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。（二）DS18B20温度传感器检测电路DS18B20采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换

15、电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位），测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625,内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。（三）LED显示电路显示电路由四位8段数码管组成，用来显示冷库内的实际温度、设置温度或故障。MAX7219是一种串行接口的8位数码管显示驱动器。它与通用微处理器只有3根串行线相连，最多可驱动8个共阴数码管或64个发光二极管。它内部有可存储显示信息的8×8静态RAM，动态扫描电路，以及段、位驱动器。由于本设计只要4位动态显示，所以用一片7219足够可以实现设计要求。（四

16、）报警电路系统报警电路,采用一块555时基电路完成延时和震荡两种功能,电路简单,实用。利用555的复位端4脚对地接电容器C2,可实现延时功能。555和R2,R1,C1等组成一个延迟90秒的音频振荡器.由于C1的端电压不能突变,555的4脚呈低电平,使555强制复位,即555不工作.此后,随着C1的充电(经555内部电路),两分钟后，C1上的充电电压达到1.4V时,555由复位转成置位而起振,3脚输出的音频脉冲激励扬声器发出音响报警。（五）RS232接口电路SPCE061A的UART模块提供了一个全双工标准接口，用于完成SPCE061A与外设之间的串行通讯。通讯接口采用标准的232接口电平，采用

17、HIN232芯片作为电平转换器件，RS232接口电路可以提供串行通讯的传输距离。本控制系统能同PC联机通信，以利用PC图形处理能力打印显示温度曲线。由于SPCE061A串行口为TTL电平，PC串行口为RS232电平，使用一片MAX232为电平转换驱动。通信速率为9600波特率。数据5秒传输一次。七、系统的软件设计本系统软件主要由主流程、功能子程序、中断服务程序组成。子程序主要由键盘扫描、键码分析、温度采集、温度显示、数据上传、数据保存、PID计算、继电器控制等模块组成，LED的显示在256Hz的中断程序中完成语音报警。其中主要用PID控制算法实现对温度的精确控制。在程序开始后系统时钟将调到24

18、.576M，程序中DS18B20需要严格的读写控制时许，其中软件延时就是按照这个时钟计算的。然后初始化IO端口，打开2Hz中断，为了定时10分钟做准备。初始化SIO与UART，为使用SIO，UART做准备。然后进入循环，检测是不是有键按下，如果有键按下，则进行键码分析，对系统所需的数据进行设定。调用测温函数测温，调用显示函数显示，调用发送数据函数发送数据，判断是否是设定的时间（10分钟），如果是调用存储函数存储数据，如果不是对传感器测得的数据进行PID计算，得出最优控制量，然后对继电器控制，从而对压缩机进行控制，进行制冷，然后继续循环。温度对象一般都可以看作是带纯滞后时间的一阶惯性环节，用PID控制算法就可以对其进行很好的调节。控制器被控对象 S(k) e(k) u(k) y(k)在本设计中利用凌阳压缩算法中的SACM_A2000来放音，实现语音报警功能。SACM_A2000 该压缩算法压缩比较小(8:1)所以具有高质量、高码率的特点适用于高保真音乐和语音。利用其方便的语音的播放功能很容易的实现语音报警服务。nSP单片机的汇编指令针对C语言进行了优化，所以其汇编的指令格式很多地方直接类似于C语言。另外其开发仿真环境IDE也直接提供了C语言的开发环境，C函数和汇编函数可以方便地进行相互 调用。其集成开发环境IDE集程序的编