湖南省永州市畜禽水產(chǎn)開發(fā)中心于1994年從河南紅宇機械廠引進500噸中型冷庫一座，該冷庫的溫度控制系統(tǒng)為人工手動控制，值班人員工作強度大，庫溫控制精確度差，易出錯，影響庫存產(chǎn)品質(zhì)量。于1997年對該系統(tǒng)進行單片機控制的自動化改造，使得控制系統(tǒng)自動化程度大大提高，溫度控制精確，節(jié)約了能源，提高了庫存產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)多年的運行證明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，取得了良好的經(jīng)濟效益。

1　系統(tǒng)方案

1．1 系統(tǒng)設計技術指標
    （1）溫度控制范圍：冷藏間：5±0．5℃；
                    　          冷凍間：－18±0．5℃。
    （2）溫度顯示精度：±0．2℃。
    （3）控制能力：8通道制冷控制，實際5路控制。
    （4）控制方式：降溫，快速降溫，恒溫，自然升溫。

1．2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

庫溫控制系統(tǒng)以MCS-51系列的8031單片機為核心，擴8 kb的EEPROM2864構(gòu)成最小系統(tǒng)。溫度傳感器采用對－30～＋40℃線性良好的半導體集成溫度傳感器，將溫度轉(zhuǎn)換成電流，長距離傳送到兩級運算放大器，8路模擬開關4051，經(jīng)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC7153轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供單片機處理控制。控制系統(tǒng)采用4鍵鍵盤和6位LED數(shù)碼顯示器進行輸入?yún)?shù)和顯示庫溫及狀態(tài)，6路中間繼電器作為控制制冷電磁閥的執(zhí)行元件。

1．3　系統(tǒng)工作原理

控制系統(tǒng)為閉環(huán)工作狀態(tài)。如圖2所示，庫溫T經(jīng)傳感器變成電流，經(jīng)傳送轉(zhuǎn)化成電壓并放大、濾波，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換、軟件濾波，得到與庫溫T相應的溫度數(shù)字信號。該溫度一方面送LED顯示供值班人員觀察和送溫度記錄儀打印，另一方面與設定溫度值比較運算，CPU根據(jù)比較結(jié)果對相應庫房發(fā)出制冷、強制冷、停電或停電，從而開啟或關閉電磁閥，進行制冷、強制冷、停止制冷等相關操作，并能根據(jù)所需功率調(diào)節(jié)壓縮機開啟的臺數(shù)，既達到了庫溫精確控制的目的，又達到了節(jié)約能源的效果。由單片機的定時器產(chǎn)生時鐘中斷，定時掃描5個通道，進行分時控制使每個庫室工作于不同的工作狀態(tài)中。

2　電路特點

2．1　信號放大與濾波

如圖3所示，傳感器為恒流源形式的高精度的半導體溫度傳感器，在其兩端上加上一定的工作電壓，則其輸出電流隨溫度變化而變化，其線性電流為 1μA／℃，用雙絞線經(jīng)長距離（50～150 m）傳送后不影響測量精度。隨溫度變化的電流經(jīng)高精度的運算放大器OP07變成電壓參量，調(diào)節(jié)R3，R4的比例可使輸出電壓值符合A／D轉(zhuǎn)化器的要求，W用于溫度調(diào)節(jié)校正。

2．2　模擬開關

用4051作8路輸入、1路輸出的模擬開關，實際只使用其中的5路即可，以便8031對5個庫室的溫度輪流采樣，分別控制。由于模擬開關有一定的內(nèi)阻，而溫度傳感器的溫度電壓非常小，如先經(jīng)過模擬開關再經(jīng)放大則使測量精度大大降低，故對信號先進行放大，增加電路的成本獲得更高的精度。

2．3　A／D轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)采樣雙積分型的A／D轉(zhuǎn)換芯片7153，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強。雖然其轉(zhuǎn)換速度慢，但由于冷庫庫室溫度變化是大慣性變化系統(tǒng)，時間常數(shù)很大，因此用該芯片能滿足系統(tǒng)要求。7135的輸出為14位二進制數(shù)，其分辨率為溫度量程的0．005％，為整個系統(tǒng)的高精度創(chuàng)造了條件，且價格較低。

2．4　人機對話系統(tǒng)

控制系統(tǒng)選用4鍵鍵盤和6位LED顯示器。4鍵分別是功能鍵、增加鍵、減少鍵和確認鍵。采用軟件消抖動，鍵盤輸入采用中斷方式進行工作，節(jié)約 CPU的工作時間提高系統(tǒng)響應速度。6位LED數(shù)碼顯示器的作用如下：第1位顯示庫房編號；第2位顯示通道工作狀態(tài)；第3位顯示溫度正負號；最后3位顯示額度值，其中1位小數(shù)。

2．5　制冷控制執(zhí)行部件及壓縮機控制部件

由于本控制系統(tǒng)控制的是制冷劑的通斷和壓縮機的啟停，啟動和關閉的頻率不高，故采用傳統(tǒng)的交流接觸器控制交流電磁閥的通斷和控制壓縮機的啟停運行。為增加系統(tǒng)的可靠性，壓縮機采用自動和人工強行控制2種模式。制冷有自動和手動控制2種方式且保留原系統(tǒng)的人工機械閘閥，從而增加系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

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3　系統(tǒng)軟件

（1）主程序

主程序包括定時器0、定時器1、多個標志位、溫度存儲器、設定值存儲器的初始化、顯示緩沖區(qū)清零、溫度狀態(tài)顯示、時鐘計數(shù)單元初值、鍵盤狀態(tài)值初始化、設定堆棧指針內(nèi)容。流程圖如圖4所示。

（2）定時器T0中斷服務程序

T0中斷服務程序是溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A／D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、溫度差值運算、繼電器控制及通道和壓縮機開關控制、顯示定時器的增1及時間判斷，如圖5所示。

在T0中斷服務程序中要用到一系列子程序，如溫度采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、標度轉(zhuǎn)換子程序、功率判斷子程序等。每個通道的狀態(tài)參數(shù)寄存器組：工作方式寄存器、工作狀態(tài)寄存器、庫溫寄存器、溫度上限寄存器、溫度下限寄存器。

（3）鍵盤識別中斷服務程序

本系統(tǒng)采用4鍵鍵盤結(jié)構(gòu)，即功能鍵、增鍵、減鍵和確認鍵便可完成系統(tǒng)參數(shù)的設定、開關機等操作，實現(xiàn)人機對話功能。鍵盤操作過程如下：

    通道號：1，2，3，4，5，6，7，8（1～5為庫房通道號，6～8為壓縮機通道號）。
    狀態(tài)值：0為手動停止，1為手動開啟，2為自動停止，3為自動開啟，4為設定溫度上限，5為設定溫度下限。
    符　號：－，（＋）正號不顯示。
    溫　度：測量值，設定值。

（4）顯示子程序

6位LED數(shù)碼管，其中第1位顯示制冷的庫房號或通道號，第2位顯示通道的工作狀態(tài)，第3位顯示溫度的正負值，最后3位顯示溫度值和設定值，其中1位小數(shù)。顯示子程序由3個模塊組成：顯示內(nèi)容更新模塊、字形碼查表轉(zhuǎn)換模塊、字形碼送串口顯示模塊。顯示方式有2種：自動輪流顯示各通道工作狀態(tài)溫度方式和功能設定狀態(tài)顯示方式。

參考文獻
［1］　胡漢才．單片機原理與接口技術［M］．北京：清華大學出版社，1996．
［2］　楊憲．單片機多通道精密溫控儀［J］．無線電，1995（1）．
［3］　張立紅．單片微型計算機原理與應用［M］．北京：中國勞動出版社，1999．