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1、 第一章 绪论第一节 冬枣保鲜库恒温控制系统概述本毕业设计的冬枣保鲜库恒温控制系统，是面向冬枣果农的小型保鲜库。它以单片机为核心，利用其他温度检测元件和执行机构及时、自动地对保鲜库进行温度控制，从而提高保鲜能力，延长保鲜时间，带来更大的经济效益。该系统有键盘可以进行很方便地控制，实现以下功能：被控温度设定，控制精度设定，对温度采样点的查询，并能显示数据。由于是面向普通果农的，考虑果农的实际的可投资额，尽量在不降低系统性能的前提下，采用价格低的元器件，降低了整个系统的造价，节省投资。该系统采用8031单片机，下面对此做详细介绍。第二节 单片机的特点所谓单片机，就是把中央处理器CPU（Centra
2、l Processing Unit）、随机存取存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器（Read Only Memory）、定时器计数器以及I/O（Input/Output）接口电路等主要计算机部件，集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系统的含义。单片机的主要功能在于实现计算机控制，现在单片机的应用日益广泛深入，诸如在仪器仪表，家用电器和专用装备的智能化，在过程控制方面单片机也扮演着越来越重要的角色。单片机是微型机的一个分类，它的应用系统也包括硬件系统和软件系统。硬件系统和微型机一样。软件系统只有监控程序和
3、目标码的应用程序。概括地说，单片机具有以下五个主要特点：1. 受集成度限制，片内存储器容量较小。一般ROM小于8K字节，RAM小于256字节，但可在外部进行扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K字节或128K字节。2. 可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗干扰优于一般的通用的CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易被损坏；许多信号通道均在同一个芯片内，故可靠性高。3. 易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。4. 控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机指令系统中均有
4、极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作及位处理功能。一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。5. 一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用程序。第三节单片机在冬枣保鲜库恒温控制系统中的应用单片机具有功能强、体积小、结构紧凑、性能/价格比高等优点，因此很适合用于智能控制系统。在冬枣保鲜库恒温控制系统中，单片机的应用主要有以下几点：1. 系统控制与管理该系统的控制和管理由单片机进行，在测量过程中能够自动启动信号采样，数据处理完毕后，发出信号驱动执行机构动作，并对键盘的命令及时响应、识别和处理。2. 数据处理数据处理是计算机的独特功能，是其它
5、各种仪器设备无法实现的。在测量过程中，单片机承担了全部的计数、计时和数据处理任务，并存储重要的设定值和精度值。第二章方案构思与选择方案构思与选择是本设计中十分重要的一环，是影响性能/价格的主要因素。在进行方案构思与选择时，应考虑到如下几个方面的问题：1.采用新颖测量方法。首先必须选择最合适的测量原理，以充分利用微机的运算和控制功能，从而简化其他硬件电路，提高测量精度和仪器性能2.操作性要好。操作性好，包括两个方面含义，即使用方便和维护容易。3.可靠性高。可靠性高是对系统设计最重要的一个基本要求。4.价格要便宜。在满足精度、速度等同等条件下，尽可能采用价格低的元器件，以降低整个系统的费用。第一节
6、设计目的冬枣的保鲜期短，常温下仅能保鲜6-7天，超期则变软，失去经济价值，为了提高市场竞争能力，需要延长保鲜期，故一个合适的保鲜库是很重要的。既要满足保鲜的要求而且果农能负担得起投资，并有较高的效益。有资料显示，保鲜库温度控制16以下，冬枣可贮存1个月；用0.03mmPVE塑料袋包装，温度控制在0-1，可贮存2个月。因此，在计算机技术广泛应用的现在，我们不难设计一个以微处理器为核心的数字式恒温控制系统，以对温度进行测量，这样不但测量结果精确，而且可靠性高，控制及时，价格便宜，使用起来灵活方便，降低人工强度。由于此测量装置是以单片计算机8031为处理器，具有工业上稳定和可靠的优点，因此具有适合恶
7、劣的工作环境的特点。第二节设计要求在进行设计时把要实现的任务与功能合理的分配给硬件和软件。这其中既要考虑到满足精确性、可靠性、实时性的要求，又要做到硬件软件合理，尽可能地提高性能/价格比。硬件的设计主要采用大规模集成电路，软件的设计主要采用MCS51汇编语言。第三节硬件的选择根据设计要求，本系统所要求的控制精度不是很高，所以在选择硬件时选用了一些价格低廉性能基本符合要求的元器件。选用8031单片机、2764ROM、A/D转换器ADC0809、LED显示电路和热敏电阻及声光报警器等元器件达到设计要求。该系统的适时数据处理量不大，所以没有选用外部RAM，A/D转换器也只是8位转换。在此控制系统中，
8、应用8031最小系统对各采样点、设定值、精度值的温度及时、准确的储存和数据处理控制。通常的单片机应用系统中，使用的显示器主要有LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器）。由于只是对温度值进行显示，所以选择LED显示器进行数字显示即可。对最主要的控制对象温度，采用四个热敏电阻分布式采样，用A/D转换器ADC0809进行模数转换。当系统发现被控温度异常时，声光报警器及时发出信号。由于本次设计是理论设计，故对热敏电阻、声光报警器等没有具体指明是何种器件。第四节软件的设计由于温度对象是比较难控制的，滞后很大，而且保鲜库现场的环境封闭性较高，因此在对温度的检测和控制上结合实际情况以方便编程为主，对
9、可能发生的环境温度进行测量和显示，并在温度异常时报警。以负反馈控制理论为指导，当库内的温度与设定值的偏差在经过控制算法计算后超过控制精度二倍的时候，发出控制信号，采取相应的升温或降温手段，单片机不断地对四路采样信号进行采样和计算，在库温与设定值还存在较小偏差时，停止升温或降温动作，防止调节过度。软件设计的具体程序图和详细说明请参照第四章：冬枣保鲜库恒温控制系统软件设计。第三章冬枣保鲜库恒温控制系统硬件电路介绍冬枣保鲜库恒温控制系统硬件电路大体上可分为四个部分，即8031最小系统、热敏电阻温度传感部分、LED显示器、A/D转换器。下面分别介绍这几部分的结构原理。第一节 8031最小系统一、803
10、1最小应用系统的构成8031是片内无程序存储器的供应状态芯片，因此其最小应用系统必须在片外扩展EPROM。图3-1为外接程序存储器的最小应用系统。Vcc P0.07RST/VPD 8031Vss ALE XTAL1 P2.04 XTAL2 PSEN74LS373GA7A0O7O02764EPROMA12A8OER2R1+5VCO1CO2图3.1 8031最小应用系统片外8K字节单元地址要求地址线13根（A0A12），它由P0口和P2.0P2.4组成。地址锁存信号为ALE。程序存储器的选取信号为PSEN，由于程序存储器只有一片，故其片选信号直接接地。8031芯片本身的连接除EA必须接地，表明选择
11、外部存储器外，还必须有复位和时钟电路。二、 8031单片机的基本组成ROMRAM时钟电路CPU定时器/计数器并行接口P0 P1P2 P3串行接口TxD RxD中断系统INT0 INT1T0 T1图3-2 8031单片机的结构框图8031单片机的基本组成见图3-2。 各部分介绍如下：1. 中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。8031的CPU能处理8位的二进制数或代码。2. 内部程序存储器（内部RAM）8031芯片内部共有256个RAM单元，但其中后128个单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128个单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存
12、储器是指前128单元，简称内部RAM。3. 内部程序存储器（内部ROM）8031内部没有专用的程序存储器，必须依靠外部芯片来扩展其程序存储器。4. 定时器/计数器8031共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计时结果对计算机进行控制。5. 并行I/O口8031共有四个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入输出。6. 串行口8031单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。1 402 393 384 375 366 357 348 33875
13、18051803112 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 217. 中断控制系统8031单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8031共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共二个优先级别。8. 时钟电路8031芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的最高晶振频率为12MHz。从上述内容可以看出，8031虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此实际上它已是一个简单的微型计算机了。三、8031的信号引脚8031是标准的4
14、0引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请见图3-3。 1 402 393 384 375 366 357 348 3387518051803121 2922 2823 2724 2625 2526 2427 2328 2229 21P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0Vss图3-31. 信号引脚介绍P0.0P0.7 P0口8位双向口线P1.0P1.7 P1口8位双向口线P2.0P2.7 P2口8位双向口线P3
