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1、消毒柜 电 子 工 程 系专业课设报告课题名称: 消毒柜控制器的设计指导老师: 学 号: 04041234报 告 人: 日 期： 2007-08-29 消毒柜的设计摘要：随着现代科学技术的不断发展，微电脑控制技术开始逐步渗透到各个领域中，包括工业、农业以及家庭生活。温度的变化对人们的生产和生活有一定的影响，通过对环境的检测，分析，掌握其变化规律并合理利用，以改善人类的生活质量，更好的为人类服务。 消毒柜就是为了人们日常生活中的餐具消毒而设计的，采用微电脑控制技术，精确地控制消毒柜内的温度和加热时间，很大程度上改善了人们的饮食卫生，提高了人们的健康水平。 本设计采用电桥电路将PT-100电阻值的
2、变化转换成电压变化，再经运放TL084放大成05伏电压，整形滤波使得信号稳定后，送至ADC0809数模转换电路，转化成8位数字信号送8031单片机系统，8031单片机对采集的数据处理后送7279键盘显示电路，实时动态地显示当前的温度及倒计时时间。对温度的控制主要由单片机控制继电器动作来管理加热器的启动与停止，并且对温度的控制为精确的闭环控制。关键字: 单片机 数据处理 显示目录第一章 前言511 课题的背景和意义512 国内外研究概况及发展方向513本文主要的研究内容6第二章 系统的组成及工作原理721 系统设计要求722 系统组成框图723 系统工作原理7第三章 硬件电路设计831 方案论证
3、832 方案确定933单片机最小系统设计934 温度转换与放大电路10341 电桥电路11342 测量放大电路1435 数模转换电路1536 温度控制电路1837 显示模块19第四章系统软件设计2241 系统软件设计原理2242 主程序设计2243 中断服务程序设计2344 系统子程序设计24441 温度采样及滤波子程序25442 显示处理子程序26443 加热控制子程序27444 键盘处理子程序28第五章 调试与结果分析2951 硬件调试2952 软件调试2953 调试结果30第六章 总结3161 实现功能3162不足之处及改进意见3163 心得体会31致谢33参考文献34附录一 方案一电路
4、原理图35附录二 方案二电路原理图36附录三 7279键盘显示电路图37附录四 源程序38第一章 前言11 课题的背景和意义现代化工业生产、仓储管理、农科技术、尖端技术研究等，几乎都离不开“温度”这个物理量。因此对温度进行检测和控制尤为重要。在饮食业中，蔬菜储存、餐具管理等都要对温度进行检测和控制。而本次设计的消毒柜就是应用到对温度的采集，和控制这一技术以适应各种场合环境的应用。消毒柜主要通过加热到一指定温度，对餐具等卫生洁具进行高温消毒，消毒柜将高温控制在一指定的范围内，并保持一定时间，杀灭细菌，极大地增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的交叉传染，为提高人们的身体健康起了重要的作用。12
5、国内外研究概况及发展方向目前国内外市场销售的消毒柜共有三大类型：一类是远红外线高温型，这种消毒柜主要是根据物理原理，利用远红外线发热，在密闭的柜内产生120度高温进行杀菌消毒。这种消毒方式具有速度快、穿透力强的特点，日常生活中常用的餐具、茶具、食物都可放柜内进行高温消毒，将洗净的碗、筷、杯、盘放入其中加热、烘干，达到预定的时间之后便自动断电，由于它仿冰箱式的柜门较普通的碗柜密封性强，所以可以有效地阻止蚂蚁、蟑螂和其它昆虫的进入，从而避免了消毒之后的第二次污染；第二类型是臭氧低温型，其原理是利用高压无声放电装置产生臭氧分子，通过臭氧分子还原成氧分子所产生的强氧化作用来实现杀菌目的，这种消毒柜利用
6、臭氧功能进行杀菌消毒，属于低温消毒产品，可用于塑料、胶木等受高温易变形的物品消毒，也可用来对蔬菜、瓜果等进行杀菌和保鲜；第三类是远红外线臭氧型，这种消毒柜是双门的，上门是臭氧低温型，下门是远红外线高温型，兼具二者的功能。对于这三类消毒柜产品，臭氧、紫外线臭氧属于超低温消毒，消毒温度一般在60以下，适合各类餐具，特别适合于不耐高温的塑料、玻璃制品。而红外线高温、超温蒸汽、紫外臭氧加高温属于热消毒或多重组合消毒方式，消毒温度一般在100以上，消毒效果好，适合于陶瓷、不锈钢等耐高温制品的消毒。另有一些双门消毒柜上面一层属臭氧消毒，用于不耐高温的餐具消毒；下面一层是红外线高温消毒，用于给耐高温餐具消毒
7、。根据中国预防医学科学院消毒研究中心测试的数据表明：消毒柜内部的温度必须达到125，而且持续保持10分钟，才能把对人身体有害的牙孢菌及肝炎病菌杀死。出于这个原因，只有单一远红外线消毒功能的消毒柜中不宜存放塑料器皿，因为要想在柜内达到125，不论是采用石英管还是电热丝发热，发热元件附近的温度肯定会大大高于125，塑料容器在长时间的烘烤之下，很容易变形。纵观国内处市场中的消毒柜产品，其发展方向是系统采用微电脑控制，VFD动态显示当前系统工作情况及其他参数，同时采用数码控制定时开关、自动除臭，采用高新纳米磁性门封材料、排气孔特设防虫网，有效杜绝二次污染的美的消毒柜等。13本文主要的研究内容本文主要研
8、究基于单片机8051控制的消毒框系统，设计中前端温度采集电路采用铂热电阻PT-100为基础的电桥电路，再经过放大电路，将采集的数据送单片机处理并在7279模块中实时显示出来。本设计是最贴近老百姓的，良好的人机对话界面，简单的按键操作，动态可调的工作参数，都是十分人性化的。相对其他的那些消毒柜，本设计非常容易实现，成本低廉，一切按照工业设计的流程进行，符合工业规范，对于工业生产有很大的指导意义。本设计使用单片机智能控制，高效安全地实现温度的精确控制，相比起来具有更大的优势。而且本设计还提供了为了让系统稳定可靠的工作的外围电路，如上电复位与系统复位相结合等，为整个消毒柜系统的正常工作提供了强有力的
9、保证。第二章 系统的组成及工作原理21 系统设计要求1. 设置三个功能键：消毒、保温、停止；2. 按消毒键，接通加热继电器加热，当测到125度的时候，停止加热，其加热时间可通为键盘设定（以分为单位）3. 按保温键，在50度以下接通加热器，到70度关闭，一直持续工作，其加热时间可通为键盘设定（以分为单位）4. 按停止键，则停止工作5. 采用PT100铂热电阻测温，A/D转换采用ADC0809；6采用7279芯片管理键盘盘显示22 系统组成框图电桥电路电压放大A/D功能键盘单片机数码显示加热器继电器图2.1 系统组成框图23 系统工作原理本次课程设计采用铂热电阻PT100温度传感器实现从温度到电阻
10、值的转换，PT-100的温度每上升1，其阻值相应增大0.38欧姆；电桥将PT-100电阻值的变化转换成电压变化、再经集成运放TL084放大成0-5V的电压（一般情况下都不会超过5），然后经ADC0809转换成8位数字信号送8031单片机系统， 8031单片机对所采集的数据经滤波、变换等处理后送入7279显示模块进行显示，从而完成对温度的采集。8031再通过7279对键盘的扫描结果和即时温度值的处理，实现对温度的实时控制，系统设计了加热，保温，停止三个键，当按下加热功能键时，单片机控制继电器闭合，开始加热，当温度到达125度时停止加热，当按下保温键时，当温度低于50度时，继电器自动闭合，开始加热
11、，当温度高于70度，停止加热，当按下停止键时；继电器打开，一切动作停止。在此基础上，设置了一个校时键，当按下校时键时，无论加热器加热与否，都要到达设定的时间才会停止工作。如此则达到实验要求。第三章 硬件电路设计31 方案论证方案一：本方案采用新型的温度传感器LM35构成前端温度传感电路，LM35输出可以从0开始，该器件采用塑料封装TO992，工作电压430V。LM35前端电路直接与ADC0809温度采样电路相连。系统采用以51单片机为核心的微电脑控制，通过单片机启动ADC0809电路，对前端电路直接进行采样，得到采样的数字值后由单片机将其经过数学变换处理，转换成真正的摄式温度值。方案一电路图见
12、附录一。键盘控制则采用以HD7279为核心的键盘显示电路，由按键来控制消毒、保温、停止等功能，并且设置校时键，随时设置当前工作状态需要保持的时间。7279键盘显示电路同时还带有8个数码管，用来动态显示当前系统工作情况，如实时温度，倒计时时间等。加热器与单片机由继电器隔开，继电器智能控制消毒柜的加热。本方案的特点是前端温度电路直接采用LM35温度传感器，具有转换速度快，灵敏度高的特点，但是测量精度不够，抗干扰性能差的，受工作环境因素的影响较大。方案二： 在此次实验中也可以采用铂热电阻温度传感器PT-100，由含铂热电阻PT-100为桥臂的电桥，工作过程中其温度的变化将引起PT-100电阻值的改变
13、，最终转换成电压的变化，但电桥输出的电压最多只能是几十豪伏，所以必须经ICL7650放大后才输出0 5V的电压，达到实验要求的电压，再经ADC0809转换成8位数字信号送单片机开发系统。单片机开发系统对所采集的数据经滤波、变换等处理后送入7279进行显示，以实现对温度值的测量。测量出即时的温度值之后要进行的就是根据温度的值和7279对键盘的扫描结果进行相应的处理，如加热、保温、停止等，这些就要靠软件程序来辅助完成，通过继电器来进行相应的操作，从而完成此次设计的基本要求。继电器由单片机控制，安全管理加热器的启动与停止，继电器将单片机核心系统与加热器隔离，防止加热器的高温对系统造成损害，起到了以小
14、电流控制大电流的安全控制的作用。32 方案确定由于设计要求最高的温度达到了125，而且LM35系列传感器达不到要求的这个温度，而且价格也偏高。故不采用这一方案。而在电子测量实验课上已经采用方案二，并且成功的测量出了温度值，因此对用PT100测温的性能及参数都十分的了解，做起来也是非常的得心应手，对整个电路如何调试，分析，工作原理都十分的熟悉，就算是出现了什么问题也能很快，很好的得到解决，故最终决定采用方案二。33单片机最小系统设计主控机系统采用了Atmel 公司生产的89C51 单片机，它含有128 字节数据存储器，内置4K 的电可擦除FLASH ROM，可重复编程，大小满足主控机软件系统设计
15、，所以不必再扩展程序存储器。复位电路和晶振电路是89C52 工作所需的最简外围电路。单片机最小系统电路图如图3.1所示。89C52 的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效，而系统中的时钟接口和CAN 总线接口的复位信号都是低电平有效。在复位电路中，按一下复位开关就使在RS端出现一段时间的高电平，经过74LS14 的一次反相整形，提供给单片机复位端。再经过一次反相整形，通过I/ORST 端提供给外部接口电路。外接12M 晶振和两个20P 电容组成系统的内部时钟电路。图3.1 单片机最小系统电路图34 温度转换与放大电路温度转换与放大电路模块如图3.2所示，主要由电桥电路和放大电路构成图3.2温度转换与放大电路
