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1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 计算机控制技术课程设计院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间: 食物储藏温度控制系统设计课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目食物仓储温度控制系统设计课程设计（论文）任务设计任务及要求1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路；2、建立被控对象的数学模型；3、推导PID控制算式，设计PID算法的程序流程图或程序清单；4、仿真研究，验证设计结果。5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数温度控制
2、范围：-5+5 C误差小于5%低于下限或高于上限时报警进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、被控对象建模（1天）3、算法推导，程序设计（3天）4、撰写、打印设计说明书（2天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要本设计以单片机为核心的果蔬仓储温度控制系统设计，从硬件和软件的思路来分析其原理，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。系统主要功能是检测现场温度和温度越限报警功能，实现温度的自动测量和控制，并采用PID算法，将温度控制在规定的范围内，通过显示器显示当前温度。本设计单片机控制部分由2部分组成，第一部分是控制制冷机的制
3、冷量，通过单片机PID算法，输出模拟信号送到变频器，来控制压缩机来控制制冷量。第二部分是控制空调机来实现温度升高。从而达到将仓储温度控制在最佳温度范围内的控制目的。关键词：单片机；果蔬仓储；温度控制目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案22.1 概述22.2 系统组成总体结构2第3章 硬件设计43.1 单片机最小系统设计43.2 核心芯片的选择53.3 A/D转换器的选择63.4 模拟量传感器的选择83.5 变频器的选择93.6 LED显示与键盘电路93.7 系统总电路图9第4章 软件设计114.1 单片机软件设计114.2 系统设计流程图14第5章 课程设计总结20参考文献21III第1
4、章 绪论我国北方冬季寒冷而漫长，大力推广果蔬仓储来满足人们日常生活对水果蔬菜的需要，随着人们生活水平的日益增长，对果蔬的要求也较高，对果蔬储存的最重要的一个因素就是温度控制。冬季对果蔬储存是一个对温度要求较高的设计，当温度过高时，水果和蔬菜会发变质发烂：当温度过低时，对水果蔬菜会造成冷冻状态，失去原有的味道，所以对仓储的温度要求是非常高的。仓储温度采集系统主要应用在对果蔬的储藏，本系统由检测软件、A/D转换器、单片机、传感器组成。采集控制器可接传感器，控制器报警输出以一个采集控制器为一个采集单元，报警输出参考值可以是2采集点平均温或单点温度，平均温度报警输出更加合理，更加准确绝对避免温度突变误
5、报。采集器防水处理可以安装在-5+5 C的仓储温度范围内，可壁挂式安装或嵌入式安装。 温度控制系统主要适用于药品储藏、食品储藏、水果储藏、蔬菜储藏、疫苗储藏，血液储藏等，但本设计方案主要对于水果和蔬菜的储存温度进行控制设计。随着科学发展的进度和对水果蔬菜最适温度的研究，对仓储温度的要求也越来越高，为了让人类的生活更加完美，吃到的水果蔬菜既新鲜又美味，仓储温度的控制系统起着重要作用，为了使单片机控制温度更加精密，所以对系统的要求更高。第2章 课程设计的方案 概述本次设计主要是综合应用所学知识，对果蔬仓储温度系统进行设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课
6、程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 应用场合: 应用于蔬菜、水果仓储储存 ，冷库温度控制系统有一个脉冲温度传感器，通过脉冲计数可以显示冷库中的温度值。控制器由12V蓄电池供电。系统功能介绍: 利用传感器采集现场温度，并通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号送入单片机中，通过PID算法将温度控制在规定范围内，从而达到对仓储温度控制的目的。系统组成总体结构仓储储存在我国北方是比较常见的一种对水果和蔬菜的储存方法，其主要是检测仓储内部的温度，并将温度控制在规定范围内，保证水果蔬菜新鲜。本设计温度控制以单片机为核心，选用8052芯片作为控制器件。 果蔬仓储的电源采
7、用交流电，使用可控硅来控制温度功率，本设计采用单相220V交流电即可。该温度控制系统启动后，能够按实测温度和设定温度通过单片机的运算输出信号从而控制双相晶闸管的导通角，来控制果蔬仓储冷却功率，调节温度使温度保存在设定值。在单片机进行运算的同时会进行相应的报警判断，来决定是否输出报警信号等，采用PID控制算法，将温度控制在规定范围内，并在显示器上显示出当前温度值。该温度控制系统分为三个部分，温度采样、主机部分和实现部分，在设计单片机结构的同时要通过PID算法求出当前仓储的温度值，利用专业知识来进行编程设计，软硬件相结合来完成本次设计，熟练掌握PID计算方法来完成温度值的求得，选用适当的单片机芯片
8、，完成各接口的连接以及各部分的结构图和流程图，根据各部件要求及设计思路，可得系统结构框图如下所示：单片机模拟量传感器A/D转换器键盘按钮变频器空调机显示电路图2.1 系统总体框图第3章 硬件设计单片机最小系统设计本系统所需单片机最小系统如下图所示：图3.1 单片机最小系统图图3.1是温度控制系统的结构框图，系统主要由单片机，检测系统及变换电路、键盘、显示器、变频器、执行机构组成，采用了模块化的设计方案，组建方式灵活，具有良好的扩展性。 单片机驱动电路变频器控制对象输出温度检测及变换电路图3.2 温度控制系统结构框图该系统的性能特点：（1） 可靠性高，在系统设计中对系统可靠性作了充分的论证， 同
9、时采取了相应的解决措整个系统的可靠性高，使运行安全、可靠。（2） 控制精度高，由于对仓储温度分布进行了分析，找出最佳测量点，在设计方案上采用了开关量控制和模拟量控制以提高精确度，在硬件上采用了高精度的传感器和性能良好的集成芯片，使温度精度进一步提高满足用户对温度要求。（3） 可控点多，扩展性能良好，采用平均值算法客服了以往温控制能单点测量某一区的温度值。核心芯片的选择目前，市场上以MCS-51系列单片机应用最广，配合其生产的芯片业最多，而且51系列以能完成本系统所需要求，价格较低，所以本系统选用51系列单片机AT89C52作为核心芯片。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/
10、O）接口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计时器，2个双全工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。将其通用的微处理器和Flash存储器结和再一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效的降低开发成本。其引脚如图所示其主要功能特性如下：兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256*8bit内部RAM3个16位可编程定时/计时器中断时钟频率0-24MHZ2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源2个读写中断口线 A/D转换器的选择A/D转换器采用AD5240芯片，它是采用CMOS工艺制作的单片41/2位
11、A/D转换器，只要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容元件等。组成一个满量程为2V的数字电压表，其引脚功能及芯片图如下图所示。AD5240主要特点如下：1 在每次A/D转换前，内部电路都自行进行调零操作。2 具有自动极性转换功能。3 所以输出端与TTL电路相等。4 有过量程和欠量程标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号。5 输出为动态扫描BCD码。6 对外提供6个输入，输出控制信号，因此除用于数字电压表外，还能与异步接受/发送器，微处理器或其他控制电路连接使用。7 STATUS 当输出电压超出量程范围，STATUS将会变高，该信号在CLK信号结束时变高，在START阶段开始时变低。8
12、CLK：时钟输入端，工作于双极性情况下，最高时钟频率为125kHZ，这时转换次数为3次每秒左右。如果输入信号为单极性的，最高时钟频率为1kHZ，这时转换速度为25次每秒左右。9 DGND：数字地10 R/H；启动转换保持控制端，该端接高电平时，转换器自动连续转换。每隔40002个时钟完成一次A/D转换。该端为低电平时，A/D转换结束后保持转换结果，输入一个正脉冲后，重新启动转换器进行下一次转换。双积分A/D转换工作原理 电路先对未知的输入模拟电压进行固定的时间积分，然后转为对标准电压进行反向计分，直至计分输出返回起始值，则对标准电压积分的时间正比于模拟输入电压，输入电压大，则反向积分时间长，用
13、高频率标准时钟脉冲来测量时间，即可以得到相应模拟电压的数字量。 模拟量传感器的选择当将单片机用于做测控系统时，系统总要有被测量信号的输入通道，由计算机拾取必要的信息，对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的观察也是不可缺少的环节。对被测对象的状态的拾取，一半都离不开传感器，这是因为被测对象的状态参数往往是一种非电物理量，而计算机只是一个能识别和处理电信号的数字系统，因此利用传感器将非电物理量转换成电信号才能完成测量和控制功能。一般情况下，一切随温度变化而物体性质也发生变化的物质均可作为温度传感器，一般真正能作为实际中使用的传感器物体可具备如下特点：（1） 物体的特性随着温度的变化有较
14、大的变化，且变化量易于测量。（2） 对温度变化有较好的一一对应关系。（3） 性能误差及老化小，重复性好，尺寸小。（4） 有较强的耐机械、化学及热作用等特点。（5） 与被检测的温度范围和精度像适应。（6） 价格适宜，适合于批量生产。本系统采用的温度传感器是热电阻，热电阻是温度测量中最常用的传感器，其测温区宽，测量的准确度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内，有较高的精度，热电阻已经标准化，产品系列化，易于选用。 变频器的选择本系统采用的变频器是交流变频器，通过变频器的调速功能来改变执行机构的制冷机或空调机，从而来改变仓储内部的温度，该系统所选用的交流变频器的普通型变频器，其主要特点是变速快，结构简单易于维护，操作简单，可靠性高。交流变频器在该系统中主要作用是来改变执行机构对温度调节的速度快慢，本系统对调节时间要求并不高，所以选用交流变频器能够达到所期望的目的，市
