基于单片机的自动消毒柜控制器设计.doc

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长春工业大学毕业论文

摘要

近年来，多种传染性疾病的传播促使一种全新的便携式消毒设备的出现。

为了满足家用和医用要求，本文设计一种由单片机89C51控制的便携式多功能消毒系统。

设计选用了高温消毒，紫外消毒，和臭氧消毒的方法，可根据不同的要求自行设计消毒参数。

高温消毒部分采用了可控加热和温度检测电路。

温度检测电路选用DS18B20传感器，它不需要外部电源，因为它可以自身供电（“寄生电源”）。

DS18B20只有一根口线（单线制），可以与微处理器直接相连（或接地）即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，在使用中不需要任何外围元件。

测温范围是-55℃~125℃。

臭氧浓度测量系统采用数字滤波核技术去除气路切换造成的测量粗差，提高和确保了系统测量精度与准确性，该系统能够与数控型臭氧发生器电源供电系统通讯，实现臭氧生产的闭环控制。

控制方面采用了PID调解，使系统更稳定，操作更方便。

关键词：

DS18B20臭氧紫外吸收温度控制

Title:

Portablemulti-purposedecontaminationsystem

Abstract

Inrecentyears,avarietyofinfectiousdiseasespromptedtheemergenceofnewportabledisinfectionequipment.Toenoughthedomesticandmedicalrequirementsofthis,designaportablemultifunctionalsystemofdisinfectioncontrolledbysinglechip-Microcomputer89C51.Wecanchoosethemethodofahightemperaturedisinfection,ultravioletdisinfectionandozonedisinfectionandmaybebasedondifferentrequirementsdesigndisinfectionparameters.Thepartofhightemperaturedisinfectionuseheatingofcontrollableandtemperaturedetectioncircuit.CircuitoftemperaturedetectionchoosesDS18B20sensors.TheDS18B20doesnotneedanexternalpowersupplybecauseitderivespowerdirectlyformthedataline（“parasitepower”）.TheDS18B20communicatesovera1-Wirebus,whichbydefinitionrequiresonlyonedataline（andground）forcommunicationwithacentralmicro-processor.Ithasanoperatingtemperaturerangeof-55℃to+125℃andaccurateto0.5℃.Thedigitalfiltertechnologyofozoneconcentrationmeasurementsystemsisusedtoeliminatethemeasuringerrorwhichhappensinthecourseofvalveswitching.Sothemeasuringprecisionandveracityareimprovedandinsured.Thissystemcanachievetheclosedloopcontrolintheozoneproductionthroughcommunicatingwiththepowersupplysystemofdigitalcontroltypeozone-producingdevice.PIDcontrolusedmediation,withaviewtomakingthesystemmorestableandmoreconvenientoperation.

Keywords:

DS18B20ozoneultravioletabsorbingtemperaturecontrol

目录

第一章绪论 1

1.1选题背境 1

1.2消毒技术规范 1

1.3设计特点 3

1.3.1高温消毒原理 3

1.3.2臭氧消毒原理 3

1.3.3紫外消毒原理 6

第二章系统的硬件设计 7

2.1单片机的选择 7

2.2　温度检测电路的设计 7

2.2.1温度检测电器元件的特性 8

2.2.2温度检测电路元件的内部结构 8

2.2.3温度检测元件DS18B20的测温原理 11

2.2.4温度检测电路与89C51的接口设计 12

2.3臭氧浓度检测电路设计 13

2.3.1臭氧浓度传感变换器 13

2.3.2臭氧浓度信号采集与A/D转换 14

2.4光控双向可控硅控制加热电路 15

2.5继电器控制的臭氧发生电路 16

2.6LED显示器接口电路和键盘电路 18

2.6.1LED显示器结构 18

2.6.2LED显示器的工作原理 19

2.6.3LED显示器与89C51的接口电路 20

2.7电源电路的设计 21

第三章总体电路和设计 22

3.1单片机的最小系统 22

3.1.1时钟电路 22

3.1.2复位电路 23

3.2总体电路实现 25

第四章控制算法 26

4.1PID调节的简介 26

4.2数字PID的调节器参数的整定方法 27

4.2.1采样周期的确定 27

4.2.2试凑法确定PID调节参数 28

第五章软件设计 29

5.1ROM命令和存储器命令 29

5.2DS18B20的工作时序 29

5.3程序设计 31

结论 40

致谢 41

参考文献 42

附录 44

58

第一章绪论

1.1选题背境

近年来，人类生存的健康问题多次成为世界的焦点问题。

欧洲的疯牛病、中国的非典和之后出现的禽流感，人们的生活日益受到新的细菌病毒的威胁，而人类原本能够控制的病毒也在随着各种药物的不合理使用变得更加难以对付。

人们对生活水平的更高要求，促使一种全新的便携式消毒设备的出现。

如今在不少地区对一些餐饮单位（主要是面馆、火锅店及其他摊点）实行的是集中式餐具消毒，由集中式餐具消毒公司提供。

所谓餐具集中消毒，就是把公共餐具由一家一户简陋的作坊式清洗消毒，转为用现代化清洗设备进行专业清洗消毒。

集中消毒需经餐具回收、浸泡、粗洗、精洗、风干、消毒、独立封装等多道工序，并在380摄氏度高温下经红外线杀菌，能将餐具上残留的细菌杀死。

餐馆不用购买碗筷、餐巾纸等餐具，而由集中消毒中心提供清洁卫生的合格餐具，并提供上门接送服务。

这样不仅能较好地解决市容环境、饮食卫生安全问题，还会带来明显的社会效益和经济效益。

这也对消毒设备提出多种功能上的要求。

在消毒柜的功能中，臭氧、紫外线臭氧属于超低温消毒，消毒温度一般在60℃以下，适合各类餐具，特别适合于不耐高温的塑料、玻璃制品。

而红外线高温、超温蒸汽、紫外臭氧加高温属于热消毒或多重组合消毒方式，消毒温度一般在100℃以上，消毒效果好，适合于陶瓷、不锈钢等耐高温制品的消毒。

从功能上看，消毒柜主要分为单一功能和复合功能的两种：

单功能消毒柜通常采用高温或臭氧或紫外线等单一功能进行消毒；复合功能消毒柜多采用高温、臭氧、紫外线、蒸汽、纳米等不同组合方式来消毒，能够杀灭多种病毒、细菌；从结构上看，消毒柜设有上、下两个室，上消毒室为臭氧消毒、低温烘干餐具，下消毒室为高温消毒餐具。

电子消毒柜由臭氧发生器、高温部分和控制部分组成。

其中臭氧消毒电路和高温消毒电路合二为一。

1.2消毒技术规范

引用中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》—臭氧（2002年版）

臭氧又名三子氧，分子式为O3，分子量为48.00。

一、理化特性：

臭氧在常温下为带蓝色的爆炸性气体，有特臭，为已知最强的氧化剂，密度为1.658（空气=1）。

臭氧气体经冷处理后可呈液状，其液体密度为1.71，沸点为-112.3℃,在水中溶解度比氧高，但因分压较低，故在平时使用温度与压力下，只能得到每升数毫克的溶液，含臭氧的溶液，温热时会爆炸。

臭氧的稳定性极差，在常温下可自行分解为氧，在270℃高温下可立即转化为氧。

1%水溶液在常温大气中半衰期为16分钟，所以臭氧不能像其它工业气体一样可以用瓶贮存，一般为现场生产，立即使用。

二、杀菌作用

臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。

臭氧在水中杀菌迅速，较氯快。

三、影响杀菌作用的因素

（1）PH：

用臭氧水溶液消毒时，若PH增高，则所需浓度必须增加。

（2）湿度：

用臭氧熏蒸消毒时，相对湿度高则效果好，低则效果差，对干燥菌体几乎无杀菌作用。

（3）温度：

温度降低有利于臭氧的溶解，可增强其消毒作用，甚至在0℃亦能保持较好的杀菌效果，如水温为4－6℃时，臭氧杀菌用量为100，水温10－21℃时为160，水温36－38℃时则为320，有机物可降低其杀菌作用。

四、毒性

空气中臭氧浓度达0.01-0.02mg/L时即可嗅知：

浓度达到1mg/L时，可引起呼吸加速、变、胸闷等症状，在2.5-5mg/L时，可引起脉搏加速，疲倦、头痛，停留１小时可发生肺气肿，以至死亡，作业现场空气中容许的阀限值为0.2mg/m3。

五、腐蚀性

臭氧为强氧化剂,可损坏多种物品,浓度越高对物品损害越重,可使铜片出现绿色锈斑,特别是使橡胶老化,色变暗,弹性降低,以致变脆,断裂,使织物漂白褪色。

六、稳定性

臭氧稳定性极差，常温下即可自行分解为氧，停止发生后，通风30－60分钟后，其浓度与大气水平一样。

七、使用范围

在消毒方面，臭氧的用途主要有以下几种：

（1）液体消毒：

饮用水、工业生活污水和饮料水的净化消毒。

（2）物体表面消毒，饮食用具、理发工具、食品加工用具、衣物、钱币、票券等放密闭箱内消毒。

（3）防腐保存：

蔬菜、水果、蛋类、鱼肉类干鲜土特产，水产品加工，贮存和冷藏等。

八、使用方法

（1）液体消毒：

臭氧消毒饮用水时，其用量取决于水质，应由实验确定精确值，比较清洁的水，一般应加臭氧0.5