基于AT89C52的大型冷库控制系统 精品Word文档格式.docx

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TitleLargecoldstoragecontrolsystembasedonAT89C52

Abstract

Withthedevelopmentofindustry,largerefrigeratoralsograduallyrealizeautomationintelligentcontrol,strongsupportofcoldstoragetransformationofShijiazhuangvegetablemarket.ThecontrolsystemoflargecoldstoragethemainMCUAT89C52asthecorecontrolunit,temperaturemeasurementwithdigitaltemperaturesensorDS18B20asthemaincomponent,bysettingtheSCMprogram,accordingtothecoldtemperaturecontrolofrefrigerationequipmentoperation,realizestheautomaticcontroloftemperature,degreeofautomationcontrolsystemisgreatlyimproved,accuratetemperaturecontrol,energysaving.Systemapplicationismadeofthestructuralmodule,inordertorealizethereal-timecontrolofeachcoldstorage.Thesysteminpracticaluse,notonlycanplayanimportantroleinenergy-saving,butalsosolvethefreezertemperaturereal-timemeasurementandcontrolitbyhumanisdifficulttocompletethetask,improvethestoragequality.

KeyWordsColdstorageTemperatureControlModularization

目录

1引言……………………………………………………………………………………1

1.1课题研究的意义和目的……………………………………………………………1

1.2课题国内外发展状况………………………………………………………………1

1.3冷库的发展趋势……………………………………………………………………4

2系统的硬件设计………………………………………………………………………5

2.1系统原理图…………………………………………………………………………5

2.2单片机AT89C52的介绍……………………………………………………………5

2.3复位电路介绍………………………………………………………………………8

2.4时钟电路介绍………………………………………………………………………8

2.5温度传感器的介绍…………………………………………………………………9

2.6LCD显示电路介绍………………………………………………………………12

2.7控制电路的设计…………………………………………………………………14

2.8键盘电路设计……………………………………………………………………15

3系统的软件设计……………………………………………………………………17

3.1软件的组成…………………………………………………………………………17

3.2单片机的开发语言和开发环境……………………………………………………18

3.3主程序模块设计…………………………………………………………………18

3.4LCD显示模块设计………………………………………………………………20

3.5温度采集模块设计…………………………………………………………………21

结论…………………………………………………………………………………22

致谢…………………………………………………………………………………23

参考文献………………………………………………………………………………24

附录程序清单…………………………………………………………………………25

附图主电路原理图……………………………………………………………………42

1引言

石家庄蔬菜市场引进的大型冷库，该冷库的温度控制系统为人工手动控制，值班人员工作强度大，库温控制精确度差，易出错，影响库存产品质量。

现在对该系统进行单片机控制的自动化改造，使得控制系统自动化程度大大提高，温度控制精确，节约了能源，提高了库存产品质量。

1.1课题研究的意义和目的

人类的生活和工作与温度密切相关，温度在人类生活环境中扮演着非常重要的角色，温度作为工业生产重要的工艺参数之一，无论在钢铁、冶金、水泥、石化、玻璃、医药等等行业，几乎各种工业部门都必须要考虑着温度的因素的影响，都需要对温度进行处理。

冷库（coldstorage），利用降温设施创造适宜的湿度和低温条件的仓库，又称为冷藏库，用人工制冷的方法让固定的空间达到规定的温度便于贮藏物品的建筑物。

是贮存、加工产品的场所。

延长各种各样产品的贮存期限，可以摆脱气候的影响，还可以调节市场供应。

冷库可广泛应用于乳品厂、食品厂、化工厂、制药厂、禽蛋仓库、果蔬仓库、宾馆、酒店、超市、部队、试验室、医院、血站等。

　冷库主要用作对乳制品、食品、肉类、禽类、水产、果蔬、冷饮、茶叶、花卉、化工原料、药品、电子仪表仪器等的恒温贮藏。

由于我国食品专用冷库不足，食品冷藏链的不协调，以及食品管经营的各种因素，导致每年约万吨鲜水果、蔬菜、乳制品和其他易腐食品腐烂变质，失去价值，造成每年损失上亿元。

面对我国十三亿的人口大国，食品资源更加宝贵，我们应该尽快改观，这样中国的食品工业的水平将大幅度提升，而且不会再造成资源的大量浪费，使资源得到合理应用。

随着我国经济的不断增长，冷库人工控制已经不能满足正常的需求，需要对冷库进行温度的自动调节和控制，获得更精确温度参数，冷库制冷系统实现自动化，已经成为当今冷库生产管理所应必备功能。

1.2课题国内外发展状况

我国自1955年开始建造第一座贮藏肉制品冷库，1968年建成第一座贮藏水果冷库，1978年建成第一座气调库。

1995年首次引进组合式气调库先进工艺，气调冷库使国内用户亦取得了较好的经济效益。

经过了多个时期的快速发展后，冷库产业按照储存货物的温度不同及储藏方式的不同，目前我国冷库可分为超低温库、冷藏库、冷冻库、果蔬气调库等主要冷库类型。

在农副产品物价上涨、国家对冷库建设给与补贴政策等推动下，国内冷库建设在2010-2011两年曾有一个小高潮，当年行业增速达到35%，存在部分地区重复建设以及冷库建造技术水平低等问题。

导致目前中大城市低端冷库相对过剩、高水平冷库极度缺乏，中小城市冷库等设备奇缺。

据此我们估计2013-2015年将有约800万吨的冷库新增和升级需求，同时国内70%的冷库寿命已达30年以上，而冷库的寿命一般为20-40年。

以2013年冷库900万吨的存量、20年更新周期计算，未来10年冷库每年更新需求将达60万吨。

我们保守的估算2013-2015年冷库建设复合年均增速率达14%。

低温仓储业由于冷藏冷冻食品产业的快速发展取得重大进步。

据空调制冷大市场调查数据获悉可知，我国各类生鲜品年总产量约7亿吨，冷冻食品的年产量在2500万吨以上，总产值520亿元以上，年营业额在500万元（含500万）以上的食品冷冻、冷藏企业约2万家（包括加工企业内的冷库车间及冷藏库），就业人员250万人，全国冷库容量达900万吨左右。

相比改革开放初期，不仅冷库总容量增加了一倍半，冷库的建设技术也得到了明显进步。

土建冷库已经不能满足目前市场对冷库的需求，上海吴径冷库和锦江国际低温物流公司为代表的传统土建冷库，根据市场需要与物流的要求得到改造，冷藏的温度带得到拓宽、改建了封闭式低温站台。

以大连海洋渔业公司、中外运上海冷链物流公司、杭州肉联厂、山东银座圣洋、青岛港怡之航、宁波远东、烟台中鲁等企业为代表，按照冷链物流中心的要求建造了一大批新型的现代冷库，不仅温控幅度宽、最低库温已达零下55度，单体冷库容量已达3.5万吨以上，最大冷库群的容量达到10万吨以上，有的冷库的自动化程度已达到国际先进水平，封闭式站台、升降式装卸平台、低温理货区、形式多样的货架和托盘的配置已被这些现代冷库所普遍采用。

大连冰山和烟台冰轮是冷库行业的排头兵，具有相当高的知名度，冷库的承接量和技术水平都是其他冷库企业难以企及的。

因此在一些高端冷库市场占据垄断地位。

他们的冷库通常包含数十个库间，每个库间应用2～4个温控器不等。

一个冷库的温控器用量可能达到100个以上。

但现在也有一种趋势，不用温控器，用单片机开发的专用控制器或者PLC，加上热电阻来完成温度控制。

超低温库主要用来储藏保管温度需低于-20℃的货物，如部分冻肉、冻鱼、冻海产品、冷冻调理食品及冰激凌。

保证货物在超低温条件下质变速度最小，增长保存期限。

冷冻库主要用来储藏保管温度介于-2℃一20℃之间的货物，如部分冻畜肉、冻家禽肉、熏制品、奶油等。

保证货物在该温度范围内保持最佳鲜度、营养及食用品质。

冷藏库主要用来储藏保管温度介于2℃一10℃之间的货物，如鲜鱼、奶油、奶制品、酒类、蛋品、火腿等。

保持货物在该温度范围内口感、营养价值最佳。

气调库利用人工制冷制造低温环境和调节气体介质成分的方法，抑制果蔬生理活动，达到延长储存时间、保持果蔬新鲜程度和延长果蔬销售货架期的目的。

从冷库的现状与发展趋势来看，果品恒温气调库发展迅速，低温库比例有所增加，适合农户建造使用的微型冷库异军突起，装配式冷库及以氟里昂为制冷剂的分散式制冷系统推广力度正在加大，冷库设计更加趋于优化，自动化控制程度逐步提高，政府安全生产和质量监督等管理部门对冷库的监管力度大大加强。

国内冷库行业正朝着采用发泡聚氨酯或聚苯乙烯板隔热材料的轻便预制装配化、低温大型化、管理及进出库货物装卸自动化、果蔬冷库恒温气调化、冷风机代替排管和广泛使用氟里昂制冷剂的操作方便、灵活多样、高效安全、环保节能的方向发展。

长期以来，我国冷库的建设速度就和冷库的技术创新水平不成正比，很多新开建的冷库采用的仍然是几十年前的建造方式，这就导致我国冷库的发展仅表现在了数量和规模上，却没有体现到科技含量上。

专家认为，我国冷库建设在很大程度上存在盲目性，凸显出了重复集中建库，经营模式同质化等问题，而解决这一问题的关键就是专业化建库，细分市场。

并且我国完整独立的冷链系统尚未形成，市场化程度很低，冷冻冷藏企业有条件的可改造成连锁超市的配送中心，形成冷冻冷藏企业、超市和连锁经营企业联营经营模式。

建立食品冷藏供应链，将易腐、生鲜食品从产地收购、加工、贮藏、运输、销售，直到消费者的各个环节都处于标准的低温环境之中，以保证食品的质量，减少不必要的损耗，防止食品变质与污染。

不过相比发达国家的先进水平，无论是冷冻冷藏食品的生产，还是冷藏库的数量与技术水平及其运营方式，我国都还存在较大差距。

从人均占有冷藏库的容量看，美国是中国的10.3倍，日本是中国的15.73倍。

我国的肉类水产、果蔬等生鲜食品发展很快，肉的产量已是世界第一，但由于冷藏设施跟不上，在流通过程中的损失与损耗很大;

速冻食品已成为当今世界上发展最快的食品之一，发达国家人均年消费速冻食品一般在20公斤以上，我国人均还不到6公斤，美国、日本等国速冻食品的品种有几千种，我国不超过600种，其原因很多，冷藏设施的不足也是其中之一。

从冷库的质量及其运营方式看，我国冷库的80%以上是上世纪90年代以前的多层土建冷库，新型的装配式立体化冷库不到20%。

多层土建冷库技术含量低，温控区间小，相关设施不配套、有的已经陈旧老化，从体制与适用范围上分属于肉类、水产、果蔬企业，企业自运营冷库的效益不高，专业化社会化的第三方综合冷藏物流企业较少，不能适应我国生鲜与速冻食品发展的需要。

1.3冷库的发展趋势

按城市的物流发展规划调整现有冷藏库布局，构建各地区新的食品冷链物流配送体系。

今后都将离开市中心城区建造冷链物流配送中心，并按城市的物流发展规划和道路网络，建立在有便利、快捷的运输设施（公路、铁路、水运）的地区。

大部分新建的冷藏库其功能将从“低温仓储”型向“冷链物流配送”型发展，故其设施应按低温配送中心的要求进行建造。

库房温度要将较宽，以适应多品种商品的储存。

一般应拓宽至-25~+20℃。

建设封闭式站台、并设有电动滑升式冷藏门、防撞柔性密封口、站台高度调节装置（升降平台），以实现“门对门”式装卸作业。

设置有温度要求的理货间（区）。

配置符合环保、节能要求的制冷装置，并有完善的库温自动检测、记录和控制装置。

建立完善的计算机网络系统，使低温物流配送管理科学化[18]。

冷藏库建设更注重环保和节能。

我国经济要走可持续发展道路，必须注重两大问题：

环境保护和能源效率。

就冷冻冷藏行业来说，要采取切实措施在制冷系统中淘汰CFCS、限制HCFCS和改用HFCS及扩大使用氨、CO2等作为制冷工质。

冷藏库的节能措施，近年来颇有成效的有：

（1）围护结构采用节能型隔热层厚度；

（2）减少通过冷藏门洞口的热湿空气浸入；

（3）采用COP高的制冷压缩机、高效率的水泵和风机；

（4）更广泛采用蒸发式冷凝器；

（5）冷冻机能量的合理调节；

（6）蒸发器采用合理的融霜方法并及时融霜；

（7）制冷设备的合理操作——如提高谷电使用率。

实施冷链物流规范管理、确保食品安全。

食品安全已成为我国食品冷链物流发展必须遵循的重要原则，为了确保食品质量，现在强调从食品生产者到消费者之间流通的所有环节，即从原料产地、生产加工、低温贮藏、冷藏运输到零售的各个环节，都需要考虑保持适度的低温状态。

2系统硬件设计

2.1系统原理图

考虑到尽量降低成本和避免复杂的电路，此系统所用到的元器件均为常用的电子器件。

主控器采用单片机AT89C52；

温度传感器采用DS18B20；

采用控制端74HC595驱动继电器，即可实现对继电器的开关控制，单片机所需要的+5V工作电源是通过220V交流电压通过变压、整流、稳压、滤波得到。

实时控制的显示器、键盘通过单片机来完成键盘扫描与输出动态显示。

下面对硬件电路作具体的设计。

2.2单片机AT89C52的介绍

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kb的可反复擦写的只读程序存储器（ROM）和256b的随机存取数据存储器（RAM），片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，3个16位定时/计数器，32个I/O口线，一个6向量两级中断结构，2个串行中断，2个读写中断口线，2个外部中断源，共8个中断源，一个全双工串行通讯口，时钟频率0-24MHz，片内振荡器及时钟电路。

器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统及8052产品的引脚兼容，因此，功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂的控制应用场合[1]。

单片机AT89C52芯片及引脚如图2.1所示。

图2.1AT89C52单片机及其引脚图

AT89C52引脚功能详细介绍[2]。

1.电源引脚。

电源引脚接入单片机的工作电源。

（1）Vcc（40引脚）：

接+5V电源。

（2）GND（20引脚）：

接地。

2.时钟引脚。

2个时钟引脚XTAL1，XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个振荡器，他为单片机提供了时钟控制信号。

2个时钟引脚也可以外接独立的晶体震荡器。

（1）XTAL1（19引脚）：

接外部晶体的一个引脚。

该引脚内部是1个反相放大器的输入端。

这个反相放大器构成了片内振荡器。

如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应该接地。

（2）XTAL2（18引脚）：

接外部晶体的另一侧，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。

若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。

3.编程控制引脚。

（1）RST（9引脚）：

单片机的复位端，是复位信号的输入端，当输入连续两个机械周期以上高电平时有效，用来完成单片机复位初始化操作。

（2）ALE/

（30引脚）：

地址锁存允许信号端。

在单片机扩展外部RAM时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。

当单片机访问外部存储器时，ALE引脚输出的信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号；

不访问外部锁存器时，ALE端仍有1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以作为外部时钟，或外部固定脉冲使用。

PROG为本引脚第二功能，它为编程脉冲的输入端。

（3）

（29引脚）：

程序存储器允许输出控制端。

单片机在读取外部程序存储器时，此引脚低电平有效，以实现外部存储器单元的读取操作。

当单片机与外部存储器连接时，此引脚接外部程序存储器的输出允许端，可以驱动8个LS型TTL负载。

如果要检查一个单片机应用系统上电后，单片机能否正常访问读取外部程序存储器的指令码，可以用示波器检测此端口有无脉冲输出。

（4）

/Vpp（31引脚）：

外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。

当EA引脚为高电平时候，单片机读取内部存储器程序，当扩展有外部ROM时候，读取完内部程序存储器后自动转向读取外部程序存储器的程序；

当此引脚接低电平时候，单片机直接读取外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。

Vpp为本引脚的第二功能。

在对单片机编程时加在此端口的编程电压为+12V或者+5V。

4.I/O口引脚

（1）P0口（39引脚-32引脚）：

双向8位漏极开路三态I/O口，每个口可独立控制，此口为地址总线及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。

（2）P1口（1引脚-8引脚）：

8位准双向I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。

（3）P2口（21引脚-28引脚）：

准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，可与地址总线高8位复用，可驱动4个LS型TTL负载。

（4）P3口（10引脚-17引脚）：

8位准双向I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。

P3口还具有第二功能，其功能如表2.1所示。

表2.1P3口的第二功能表

引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT1（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0外部中断）

P3.5

T1（定时器1外部中断）

P3.6

WR（外部存储器写选通）

P3.7

RD（外部存储器读写通）

2.3复位电路介绍

复位是单片机的初始化操作，可以初始化系统，摆脱由于程序运行出错和操作失误造成的系统死锁状态。

AT89C52单片机是通过外部复位电路实行复位功能的，复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

最简单的复位电路为上电复位电路，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。

当电源通过时只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位[3]。

上电复位电路原理图如图2.2所示。

图2.2上电复位电路原理图

2.4时钟电路介绍

时钟电路用于产生单片机工作时所需的时钟控制信号，AT89C52单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准的，有条不紊的一拍一拍的工作，时钟信号直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也可以直接影响单片机的系统稳定性。

[4]时钟电路原理图如图2.3所示。

常用的时钟信号电路设计两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式，本设计从简化电路方面考虑，采用内部时钟方式。

AT89C52单片机内有一个用于构成振荡器的高增益的反相放大器，该高增益反相放大器的输人端为芯片引脚（XTAL1），输出端为芯片引脚（XTAL2），这两个引脚接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。

电路中电容C1和C2通常选择30pF左右，电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。

晶体振荡器的频率范围通常是在1.2MHz——12MHz之间，晶振频率越高，则系统的时钟频率就越高，单片机也就运行更快。

图2.3时钟电路原理图

2.5温度传感器的介绍

温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早期使用的是模拟温度传感器，比如热敏电阻，随着环境温度的变化，它的阻值也发生线性变化，用处理器采集电阻两端的电压，然后根据某个公式就可计算当前环境温度，再通过A/D转换传入单片机处理。

这样的设计方法往往需要的硬件电路较为复杂，并随着系统精确度要求的不断提高，其设计成本也随之增加。

随着科技的进步，半导体技术不断的进步，现代的温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在实践的各个领域，为我们的生活提供便利。

随着现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。

其中最典型的就是DS18B20数字温度传感器[5]。

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的采用1-Wire总线技术的典型数字化温度传感器产品，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无须任何外部元件，直接将温度转化成为数字信号，以数字码形式串行输出，具有成本低、微型化、低功耗、高性能、节省I/O口、抗干扰能力强、易配微处理器、便于总线扩展和维护等特点。

温度传感器如图2.4所示。

图2.4DS18B20温度传感器

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如螺纹式，管道式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样。

耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

主要根据应用场合的不同而改变其外观以适应工作需求。

封装后的DS18B20可用于高炉水循环测温，锅炉测温，电缆沟测温，机房测温，洁净室测温，农业大棚测温，弹药库测温和冷库系统测温等各种非极限温度场合[7]。

DS18B20主要有以下几个特性：

（1）适应电压范围宽，电压范