基于单片机的冷库温度监控系统设计与实现

第二部分按键和显示屏的温度数值显示和设定,通过按键控制冷库的运行，显示屏显示每一个冷库的运行状态和温度信息。
第三部分计算机上的冷库温度监控与管理,即上位机(监控的计算机)与下位机(底层硬件电路和嵌入式软件)的通讯交互,计算机信息管理软件的设计与主要功能。
最后,对本系统实现过程中的重点和难点进行了总结,创新之处和不足之处进行了说明,并进行了一些展望。
89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其引脚如图4-3
（二）
冷库是发展冷藏业的基础设施，冷藏业以食品保质保鲜为主，将速冻食品、易腐畜禽、果蔬、水产经过预冷、加工、贮存和冷藏运输等流程，有效地保证了食品的质量、营养成分，达到食品保质保鲜，减少营养成分缺失的目的，避免了在食品生产、储存、销售过程中经济损耗现象的发生。
国外冷库行业发展较快的国家主要有日本、美国、加拿大等国,其大型冷库温度实时监测管理的技术也相应发展很快。日本是亚洲最大的速冻食品生产国,大中型冷库数量非常多,其中-20℃以下的低温库在所有的冷库中占80%以上。冷库温度监测管理的技术也相应非常先进。在国外，70年代之前基本采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统,70年代末期逐渐采用了以R22为制冷剂的分散式制冷系统。80年代以来,分散式制冷系统在国外发展很快，不管制冷技术如何改变，冷库温度监测管理的技术的发展趋势不变，釆集冷库温度的精度越来越高，报警方式也由传统的报警灯和蜂鸣器报警,添加了无线报警方式。由于我国人口众多,对食品的要求数量庞大,食品保质保鲜、储存过程中减少营养成分缺失的要求越来越高,因此,我国拥有果蔬藏冷库面积就高达300多万平方米,仓储能力高达200多万吨,其中机械冷藏库超过100万吨,普通库也多达100万吨。而果品蔬菜的保质保鲜一般需釆用最低温度为-3℃的高温库,水产、肉食类的保质保鲜需釆用温度在-2℃以下的低温库,我国的藏冷库既有大量的高温冷库,又有数目庞大的低温冷库,从普通冷库过渡到多品种、多规格的气调冷库,对冷库温度监测管理的技术提出了越来越高的要求。目前,我国科特时控的冷库温度监控系统、冷库湿度监控系统、冷藏车温度监控、冷藏车远程监控系统等都取得了很好的运用。未来,冷库温度监测管理的研究将会越来越深入,冷库温度监测与信息管理系统的运用也将越来越广泛。
图3.3温度传感器
（二）
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系列已能完成本设计所需要求，价格较低，所以本设计选用51系列单片机AT89C52作为核心芯片。
兼容标准MCS-51指令系统的AT89C52单片机是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8K bytes的课反复擦写的制度程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的89C52单片机可为您提供许多高性低比的系统控制应用领域。
关键词：单片机；1602液晶；DS18B20;冷库温控；
一、
（一）
在当今社会下,经济快速发展、科技水平不断提升、人民生活水平逐步提高,但与此同时,食品安全事件频频发生,这些因素导致了人们对食品安全越来越关注、对食品质量的要求也越来越高,尤其是食品储存阶段,不但要求食品经过冷冻、冷藏处理后保质保鲜,而且还希望食品的色泽保持不变。而食品的保质保鲜与食品冷冻、冷藏时的温度密切相关,不同类别的食品,其最佳冷冻或冷藏温度也差异很大。在大型冷库系统中,冷库个数较多,储存食品的种类繁多,每一个冷库都根据储存的食品种类,都有自己必须的工作温度。针对每个冷库储存冷藏、冷冻食品类不同的实际情况,要求管理人员必须准确控制大型冷库系统中每个冷库的工作温度,而管理人员控制冷库温度必须能够精确地监测每个冷库的实时温度,并对冷库异常情况进行及时获取、分析、处理。因此,针对这类需求情况,发冷库温度监测与信息管理系统将具有广阔的应用前景。
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摘 要
本设计基于单片机的冷库温度监控系统设计与实现，主要应用51单片机作为控制核心，1602LCD显示、DS18B20作为温度传感器、继电器控制相结合的系统。实现了四个冷库的温度的独立监控系统充分发挥了单片机的性能。
通过对“基于单片机的冷库温度监控系统”的研究，完成基于单片机的冷库温度监控系统的设计。本设计着重研究内容主要包括：实用系统分析、控制方案确定、功能设计、线路设计与线路板制作、元件采购与焊接、系统总装与调试等。系统具有硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。
（三）
本设计系统主要对四个冷库温度监测并进行实时的处理,系统中包括监测装置的设计和实现、以及计算机信息管理软件部分的设计与实现两部分内容。设计中监测装置包括两部分:一部分是冷库温度釆集处理、一部分是显示屏显示温度数值等两部分内容。计算机信息管理软件就是在使用计算机对冷库温度监控与管理。
第一部分冷库温度采集处理,对冷库的选择、冷库温度的采集、冷库温度的处理、冷库温度的存储各个功能模块进行了阐述,是整个系统基本和起始的部分,为接下来各个部分的功能实现提供了基础。
其主要功能特性如下：
*兼容性MCS51指令系统
*8k可反复擦写（>1000次）Flash ROM
*32个双向I/O口
*256×8bit内部RAM
*3个16位可编程定时/计数器中断
*时钟频率0～24MHz
*2个串行中断
*可编程UART串行通道
*2个外部中断源
*共6个中断源
*2个读写中断口线
*3级加密位低功耗空闲和掉电模式
通过比较以上两种方案，决定采用方案二，方案二电路图设计简单，相对其它器件容易控制，性价比高。而且可以多点采集温度，更容易实现智能控制。
温度传感器特性和参数
图3.1 DS18B20封装图
下表为DS18B20的引脚定义及描述
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：
（一）
四个冷库分别进行温度采集和控制，采集温度通过温度传感器DS18B20，控制温采用继电器模拟控制八个个LED灯，每个冷库中有两种制冷模式，分别是普通制冷和快速制冷，分别用两个灯控制。
（二）
图 2.1 整体设计方案
每个冷库一个点测量由单片机进行滤波运算，并在现场显示即为其测量值，这样大大提高了其测量的准确度。单片机将采集回来的温度与设定值进行比较，控制冷库现场的温度，中间通过光电隔离，使信号不被后边的控制电路影响。
图3.6按键电平复位
按键式复位电路与上电复位电路的原理相同，但是它还可以通过按键实现复位，按下按键后，通过R1和R2形成回路，是RESET引脚产生高电平。按键时间决定了复位的时间。
图3.7按键脉冲复位
按键脉冲式复位电路是利用RC微分电路在RESET端产生正脉冲来实现复位的。
综合本设计的要求，最终方案选取的是按键脉冲复位电路。
本设计的人机接口部分包括按键输入、1602液晶显示、上位机的温度显示及报警提示。按键可控式四个冷库的运行状态，液晶显示现场的温度和运行状态。人们可以通过上位机端远程监控每一个冷库的运行状态和现场温度以及故障报警等。
（一）
市场上有多种传感器可供选择：
方案一：
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
另外，在我国，食品安全问题不断发生，造成了严重的社会影响，间接得影响着社会的稳定，越来越多得引起了政府和群众百姓的广泛关注。我国现已颁布《中华人民共和国食品安全法》对此问题进行了非常严格法律规制，进一步规范了食品安全生产、销售渠道。冷藏室对冷冻食品的保鲜、保质起到了核心和关键作用,无论是冷藏车还是冷库,抑或是超市的冰柜,实时监控温度都具有重要意义。冷库温度监测与信息管理系统使用以后,可以精确测量和显示冷库系统中每个冷库的实时温度,当冷库运行出现异常时,还能及时进行报警处理,通知管理人员,有效的满足了食品保质保鲜的实际要求,同时节省了大量的人力和电力,提高了冷库的运行效率。不仅如此,通过串口通讯,在计算机监控软件上读取的历史温度记录数据,经过对这些数据的分析,还可以对许多冷冻、冷藏食品的质量以及节能等有关的问题进行研究,为更进一步的挖掘和研究冷库食品保质保鲜的新方法提供理论依据。所以,冷库温度监测与信息管理系统的研究具有较高的使用价值。
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0—5.5V；
●零待机功耗；
●温度以9或12位数字；
●用户可定义报警设置；
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；
图3.5上电复位
这种上电复位功能是利用电容器充电来实现的，当加电时，电容C充电，电路中有电流流过，构成回路，在电阻R上产生压降，RESET引脚上为高电平；当电容C充满电后，电路相当于断开，RESET的电位与地相同，复位结束。可见复位的时间与充电的时间有关，充电时间越长复位的时间越长，增大电容或电阻都可以增加复位时间。
方案二：
选用DS18B20：DS18B20单总线数字温度计提供9位温度读数，指示器件的温度，信息经过单线接口送入DS18B20，中央处理器到DS18B20仅需连接一条线和地。读写和完成温度变换所需的电源可以有数据线本身提供，不需要外接电源。可以直接将温度传给处理器处理显示数据。且目前市场价10元左右。