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冷库恒温控制系统的分析与设计 　　摘要：基于单片机的温度控制系统，包括硬件开发、软件编程与仿真调试等，采用积分分离ＰＩＤ技术以实现自动控制，主要研究了关于冷冻库的蔬菜水果恒温贮存问题，在过程控制中利用数字技术令温度控制系统实现自适应。制作样机均稳定运行，达到预定精度要求。 　　关键词：蔬果贮存；单片机；温度控制调节 　　中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８11419－4059-03 　　 　　The Analysis and Design of Cold Storage Temperature Control System 　　 　　ＣＨＥＮ Ｃｈａｏ－ｄａ 　　 　　 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ， ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， and so on， ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ＰＩＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ｉｎ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｄｅｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｏｎ ｐｒｏｔｏｔｙｐe. 　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｖｅｇｅｔａｂｌｅ and ｆｒｕｉｔ ｓｔｏｒａｇｅ； ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ； the adjustment of ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ 　　 　　冷库是利用降温设施创造适宜的湿度和低温条件的仓库［１］，研究冷库的恒温贮存问题关系到蔬果保鲜和能源节约，意义深远。基于单片机的温度控制系统的硬件组成、软件设计及相关的接口电路，并且充分考虑了系统的可靠性，采取了相应的措施予以保证。针对控制对象的特点，在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究，并在单片机系统中实现了控制算法。最后针对温控系统进行了试验，通过对试验数据的分析，表明所述的温度ＰＩＤ控制系统的设计的可行性和有效性。 　　１系统的工作原理及设计 　　１．１总体方案设计及基本原理 　　根据设计要求系统模块可以划分为：单片机、制冷机、显示器、测温单元、键盘单元。系统原理框图如图１所示。 　　根据方案设计，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理，根据环境温度控制冷库制冷与否，控制显示电路对温度值实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定，所以采用ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ作为系统控制器。单片机运算功能强，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。 　　一般冷库多由制冷机制冷，利用气化温度很低的液体作为冷却剂，使其在低压和机械控制的条件下蒸发，吸收贮藏库内的热量，从而达到冷却降温的目的。最常用的是压缩式冷藏机，主要由压缩机、冷凝器和蒸发管等组成。按照蒸发管装置的方式又可分直接冷却和间接冷却两种。直接冷却是将蒸发管安装在冷藏库房内，液态冷却剂经过低压蒸发管时，直接吸收库房内的热量而降温。间接冷却是由鼓风机将库房内的空气抽吸进空气冷却装置，空气被盘旋于冷却装置内的蒸发管吸热后，再送入库内而降温。直接空气冷却方式的优点是冷却迅速，库内温度较均匀，同时能将贮藏过程中产生的ＣＯ２等有害气体带出库外［２］。 　　１．２测温单元电路设计 　　系统采用半导体温度传感器作为敏感元件。传感器采用ＤＳ１８Ｂ２０单总线可编程温度传感器来实现对温度的采集和转换，测量输出信号为数字量，可以直接和单片机进行通讯，从而降低外围电路的复杂度。ＤＳ１８Ｂ２０应用广泛，性能可以满足冷库的恒温控制设计要求，测温电路如图２所示。 　　 　　 　　ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的Ｅ２ＲＡＭ，后者存放高温度和低温度触发器ＴＨ、ＴＬ和结构寄存器。暂存存储器包含了０～８共９个字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位，第三个和第四个字节是ＴＨ、ＴＬ的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字