冷庫單片機控制系統

湖南省永州市畜禽水產(chǎn)開(kāi)發(fā)中心于1994年從河南紅宇機械廠(chǎng)引進(jìn)500噸中型冷庫一座，該冷庫的溫度控制系統為人工手動(dòng)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年對該系統進(jìn)行單片機控制的自動(dòng)化改造，使得控制系統自動(dòng)化程度大大提高，溫度控制精確，節約了能源，提高了庫存產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)多年的運行證明，系統穩定可靠，取得了良好的經(jīng)濟效益。

1　系統方案

1．1 系統設計技術(shù)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(shí)際5路控制。
（4）控制方式：降溫，快速降溫，恒溫，自然升溫。

1．2　系統結構

系統結構如圖1所示。

庫溫控制系統以MCS-51系列的8031單片機為核心，擴8 kb的EEPROM2864構成最小系統。溫度傳感器采用對－30～＋40℃線(xiàn)性良好的半導體集成溫度傳感器，將溫度轉換成電流，長(cháng)距離傳送到兩級運算放大器，8路模擬開(kāi)關(guān)4051，經(jīng)12位模數轉換器ADC7153轉換成數字信號供單片機處理控制?？刂葡到y采用4鍵鍵盤(pán)和6位LED數碼顯示器進(jìn)行輸入參數和顯示庫溫及狀態(tài)，6路中間繼電器作為控制制冷電磁閥的執行元件。

1．3　系統工作原理

控制系統為閉環(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)傳送轉化成電壓并放大、濾波，再經(jīng)A／D轉換、軟件濾波，得到與庫溫T相應的溫度數字信號。該溫度一方面送LED顯示供值班人員觀(guān)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根據比較結果對相應庫房發(fā)出制冷、強制冷、停電或停電，從而開(kāi)啟或關(guān)閉電磁閥，進(jìn)行制冷、強制冷、停止制冷等相關(guān)操作，并能根據所需功率調節壓縮機開(kāi)啟的臺數，既達到了庫溫精確控制的目的，又達到了節約能源的效果。由單片機的定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)鐘中斷，定時(shí)掃描5個(gè)通道，進(jìn)行分時(shí)控制使每個(gè)庫室工作于不同的工作狀態(tài)中。

2　電路特點(diǎn)

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(xiàn)性電流為 1μA／℃，用雙絞線(xiàn)經(jīng)長(cháng)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，調節R3，R4的比例可使輸出電壓值符合A／D轉化器的要求，W用于溫度調節校正。

2．2　模擬開(kāi)關(guān)

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

2．3　A／D轉換

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

2．4　人機對話(huà)系統

控制系統選用4鍵鍵盤(pán)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(dòng)，鍵盤(pán)輸入采用中斷方式進(jìn)行工作，節約 CPU的工作時(shí)間提高系統響應速度。6位LED數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。

2．5　制冷控制執行部件及壓縮機控制部件

由于本控制系統控制的是制冷劑的通斷和壓縮機的啟停，啟動(dòng)和關(guān)閉的頻率不高，故采用傳統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。為增加系統的可靠性，壓縮機采用自動(dòng)和人工強行控制2種模式。制冷有自動(dòng)和手動(dòng)控制2種方式且保留原系統的人工機械閘閥，從而增加系統的靈活性和可靠性。