冷库温度检测系统

1、 冷库温度检测系统 摘要:随着时代的发展以及人民生活水平的提高，人们对冷藏、冷冻食品质的要求也在不断提高，不仅要求食品经冷藏、冷冻后尽量减少营养成分的损失，而且还希望能保持原有的色泽。食品外观及营养成分的变化与冷藏、冷冻温度密切相关，并且不同种类的食品，其相应的最佳冷藏或冷冻温度也不同。根据市场、用户等方面的实际需要，对冷藏、冷冻食品的实际储存时间往往有不同的要求，而不同的保存时间则要求库房设置不同的保存温度。在允许的冷藏或冷冻温度范围内，以较高温度储存食品，对于节省电能、延长制冷设备的使用寿命均十分有利。在大型冷库系统中，往往库房个数多，保存的食品种类也多，每个库房有自己所要求的工作温度。本

2、课题设计针对目前冷库的冷气泄漏检测的现状及其存在的主要问题，通过对目前各种温度传感器的分析与研究，对温度传感器做出合理选择，达到优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统便于维护的目的。并通过对各种信号传输方式的分析和研究，在保证系统结构简洁、具有较高性价比的基础上，来进行对冷库的温度检测。关键词 单片机 温度检测 DS1820 显示电路 1 绪 论1.1 课题背景据统计，全国现有冷冻冷藏能力已达500多万吨，其中外资、合资和私营冷库约50万吨，国有冷库450多万吨，大都属于内贸、农业、外贸和轻工业系统，其中内贸系统冷库容量达300多万吨，占全国总量的60以上。国有企业从业人员达70多万人，日

3、冻结加工能力约9万吨，13制冰能力约7万吨，曰贮冰能力约16万吨。储存冷藏冷库食品的冷库比储藏冷冻食品的冷库管理更加困难和复杂。因为很小的温度变化就会引起微生物滋生的危险，造成很大的商业损失。由此可见，对于快速发展的食品冷藏行业，冷藏库的控制管理尤其是库内温度变化的控制显得非常重要。1.2 研究现状及内容对于冷库温度检测系统的研究，国内外研究的比较多的还是冷库内空气与货物温度分布的均匀性和稳定性。国内外的科研工作者对小型冷藏装置(如冰箱、冷柜等)的温度分布特性已进行了一定的研究工作。这一工作国外开始地较早，其中有的研究了环境温度及温控器设置对家用电冰箱性能的影响，还有的研究了影响双门电冰箱温度

4、分布和能耗的因素。随着冰箱和冷柜的普及以及数值计算方法的发展成熟及CAD技术的出现，我国对小型冷藏装置的温度分布特性进行了大量的研究工作，并成功地使数值计算与实验研究结合起来。虽然温度检测系统在冷库中的应用已相当普遍，但是，伴随着新器件的诞生、新技术的涌现，在新需求的推动下，温度检测系统的整体结构、器件选择、通信距离和操作界面等方面仍需不断研究和创新。本文将针对现有系统结构复杂、温度检测精度不高、数据传输距离短、主控机操作界面不直观这些个方面问题展开研究。通过对目前各种温度传感器的分析与研究，对温度传感器做出合理选择，达到优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统便于维护的目的。通过对各种信号

5、传输方式的分析和研究，在保证系统结构简洁、具有较高性价比的基础上，提出延长数据传输距离的新方案。本课题研究以期研制出一套简洁实用、精确稳定、使用直观、维修方便的多路温度巡检仪电路来进行冷库的温度检测。2 温度传感器选择及提高测温精度的方法2.1 温度传感器的选择研究和设计本系统首先遇到的问题就是选用什么样的温度传感器，这对于整个系统的性能、简繁程度以及施工成本等都有一定的影响，因此，我们对各种温度传感器进行了分析和研究。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发

6、了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。依据制作温度传感器采用材料的不同，常用的温度传感器有热电偶、热电阻、NTC热敏电阻、半导体温度传感器等。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。NTC热敏电阻即负温度系数热敏电阻。它由Mn-Co-Ni-Fe-Cu。等过渡金属氧化物的2-4种组分，采用陶瓷工艺烧结而成。测

7、温范围一般-55300。NTC热敏电阻阻值随温度的变化符合指数规律，其最大的缺点也在于它的非线性，一般需要经过线性化处理，使输出电压与温度之间基木上成线性关系。随着对检测温度精度要求越来越高，以及测量环境要求越来越苛刻，目前，人们正在研制高精度高可靠性的NTC热敏电阻。NTC热敏电阻的综合性能以日本的产品为最好。2.2不同信号输出方式的温度传感器根据温度传感器的输出信号方式，可以分为模拟温度传感器、逻辑温度传感器和数字温度传感器闭。（1) 模拟温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成

8、在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟温度传感器输出模拟信号(电压或电流)。模拟信号必须经过专门的接口电路，转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。 (2） 逻辑温度传感器逻辑温度传感器在有些文献中将其划分为模拟传感器，称为输出跳变信号的模拟温度传感器。在有的系统中，并不需要知道精确的温度值，而只需了解温度是否高于或低于某特定值即可。该信息可用来触发风扇、空调、加热器等环境控制单元。这种特殊的模迅猛发展，功能强大、精确、廉价的数字温度传感器已在不断推出。数字温度传感器目前有单线输出和多线输出等形式。(3） 数字温度传感器数字式温度传感器就是能把温度物理量通过温度敏感元件和相应电

9、路转换成方便计算机、PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器。数字温度传感器的应用方案特点：1.采用高性能温度变送器，准确度和稳定性能高。2.采用数字信号传输，布线方便，信号传输距离远。3.开放式通讯规约，系统扩展方便。4.组态软件界面，系统稳定性有保障。5.软件功能丰富、实用，方便维护及功能升级。上位机硬件要求Microsoft Windows 2000（中文版）或Windows XP操作系统（中文版），IBM PC及其兼容机，奔腾500MH以上CPU，64 以上内存，10G以上硬盘，200M以上自由硬盘空间，SVGA显卡PCI或AGP显卡，16M以上显存。由于半导体技术的测量

10、出的温度值必须转换成某种方式以方便进行输出。常见的输出方式有时间输出、频率输出及数值输出等。由微处理器将温度传感器输出的信号转换成真实温度值，再进行进一步的处理与控制。2.3信号传输模式温度传感器信号传输的模式，根据温度传感器的种类及其与数据采集器之间连接方式的不同，可以分为多线制和总线制。(1） 多线制对于使用模拟温度传感器的温度检测系统，为了解决温度传感器供电和信号传输问题，温度传感器与数据采集器之间采用多线方式连接，即每个温度传感器至少有两根线与数据采集器相连，这样按线的分配方式不同，常见的有2N线制、N+2线(C2根公共线)制和N+1线(C1根公共线)制等几种。多线制系统用线量大，安装

11、、调试和维护困难，点数多时将造成成本的大幅度提高。但由于原理简单、可靠性高，目前在小规模工程及工业领域仍然多有应用。(2） 总线制随着通信技术的进步，出现了总线制传输方式。总线制通常采用地址编码方一式将所有的传感器并联在2-4根总线上，每个温度传感器拥有自己独立的地址以区别其它温度传感器。目前应用较多的是2总线制和单总线制。2总线制中温度传感器与数据采集器之间需要两根数据线传送信息；单总线制中则只需一根数据线传递信息。对于多线制系统，信号传输的内容不包括地址信息，不同的温度传感器根据信号线的接口位置的不同进行区分;对于总线制系统，信号传输的内容必须包括地址信息，以此区分同一接口上的多个温度传感

12、器。2.4 温度传感器的确定研究了目前各种温度传感器的特性以及信号传输方式，我感到在冷库温度检测系统中选择单总线数字温度传感器DS1820比较合适。传统的温度检测系统以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差。如果采用模拟温度传感器，模拟信号在传输过程中遇到的干扰问题往往不能得到彻底解决，当传感器与数据采集器距离较远，信号线周围存在电磁干扰源时，该问题显得尤为突出。另外，模拟传感器特征参数的不一致性和放大器的零点漂移问题使系统调试变得十分困难。由于冷库温度巡检的速度并不要求太快，所以单总线速率较慢的问题不会对

13、系统造成明显的不良影响。 3 多路温度检测系统硬件与多点温度检测系统3.1多路温度检测系统硬件由DS1820构成8路冷库多路温度检测系统其设计的系统，系统采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，我们用一个上拉电阻和89C51的一个I/O口（P1.0）来完成对DS1820总线的上拉。当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10s。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们采用89C51的P1.1口作发送口、接收口。多点温度巡检系统的硬件电路，该硬

14、件电路包括温度检测模块、复位看门狗模块、高温报警模块和键盘显示模块，几大模块通过连接和软件控制构成一个有机的系统，实现了从温度检测到键盘控制显示温度，该电路结构简单，易于操作，实现了数字化。 3.2 多点温度检测系统 多路温度检测系统分为温度检测模块、键盘和显示模块，首先系统开始运行时，初始化DS1820，并启动温度检测单元，然后单片机将检测到的温度经过键盘有选择的控制使数码管显示不同点的温度，当温度超过预设上限时将报警。 此系统分别对DS1820和8279两个可编程器件做了详细分析，给出了软硬件配合的方法，通过单片机实现了多路温度巡检并显示的功能。4 总结 经过两星期的调查与与思考。查阅了大量的关于传感器、单片机及其应用的书籍、以及控制方面的理论。经过了一番特殊的体验后，经历了失败的痛苦，也尝到了成功的喜悦。第一次靠用所学的专业知识来解决问题。检查了自己的知识水平，使我对自己有一个全新的认识。通过这次设计，不仅锻炼自己分析问题、处理问题的能力。这些培养和锻炼对于我们这些即将走出大学校园的大学生来说，是很重要的。参考文献1 郁有文，常健.传感器原理及工程应用.（第一版）.西安：西安电子科技大学出版社，2001.4-102 杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用.（第一版）.西安：西安电子科大出版社，2002.56-703