消毒柜微电脑控制器设计.docx

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消毒柜微电脑控制器设计

摘要

在现实生活中，随着科技的进步，人们的健康观念逐渐增强，卫生意识越来越浓，对于食品的消毒要求有所提高。

本文介绍的AT89C51单片机消毒柜控制系统就是为了人们日常生活中的餐具消毒而设计的，采用微电脑控制技术，精确地控制消毒柜内的温度，很大程度上改善了人们的饮食卫生，提高了人们的生活水平。

本设计采用DS18B20温度传感器采集实时温度，通过DQ口送51单片机系统，实现模拟温度值的采集、转化、输出数字值，然后51单片机对采集的数据处理后送液晶显示电路，实时动态地显示当前的温度、最高加热温度、最低保温温度以及最高保温温度。

消毒柜主要通过加热到一个指定温度，对餐具等卫生洁具进行高温消毒，消毒柜将高温控制在一个指定的范围内，杀灭细菌，极大地增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的交叉传染，为提高人们的身体健康起了重要的作用。

关键词：

单片机温度传感器消毒柜饮食卫生

参考文献27

第一章概述

随着科技的进步、社会的发展，测温控温仪器的广泛应用，智能温控已经成为当今控制系统的主要方向，特别是近年来温度控制系统已经应用在人们生活的各个方面，与人们日常生活息息相关。

而本设计是设计一个消毒柜，其实就是设计一个智能的温度控制系统，消毒柜主要通过加热到一个指定温度，对卫生洁具进行高温消毒，消毒柜就是把高温控制在一个指定的范围内，杀灭细菌，极大的增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的传染，为提高人们的健康起了重要的作用。

本文主要研究基于51单片机控制的消毒框系统，设计中前端温度采集电路采用的是温度传感器18B20，用矩阵键盘控制系统加热最高温度、最低保温温度、最高保温温度的调节，以及消毒、保温、停止等功能的开启及关闭，由液晶屏1602显示当前温度及各调节温度的情况，同时有相应的指示灯及蜂鸣器指示当前工作状态。

本设计有良好的人机对话界面，有简单的按键操作，动态可调的工作参数，都是十分人性化的。

相对于其他的那些消毒柜，本设计很容易实现，成本低，一切按照工业设计的流程进行的，对于工业生产有很大的意义。

本设计使用的是单片机智能控制，高效并安全地实现温度的精确控制，相比起来有更大的优势。

第二章系统的组成及工作原理

2.1系统设计要求

A.设置三个功能键：

消毒、保温、停止；

B.按消毒键，接通加热继电器加热，当测到125℃时，停止加热；

C.按保温键，在50℃以下接通加热器，到70℃关闭，一直持续工作；

D.按停止键，则停止工作。

2.2系统组成框图和系统工作原理

图2.2-1系统组成框图

本次设计采用18b20温度传感器实时采集温度模拟信号，并通过内部转化，将温度模拟信号转化为数字信号送51单片机系统，51单片机对所采集的数据送入1602液晶显示模块中进行显示，从而完成对温度的采集。

51单片机再对矩阵键盘的扫描结果和即时温度值的处理，实现对温度的控制，系统设计了消毒，保温，停止三键，按下加热功能键时，单片机控制继电器启动加热器，开始进行加热，当温度到达125度时停止加热，按下保温键时，温度小于50度，加热器开始加热，温度超过70度，停止加热，当按下停止键时,一切程序停止运作。

在此基础上，设置了三个调节按键和十个数字键，当按下最高加热温度调节键时，调节最高消毒温度，使125度的最高消毒温度可调；当按下最低保温温度调节键时，调节最低保温温度，使50度的最低保温温度可调；当按下最高保温温度调节键时，调节最高保温温度，使70度的最高保温温度可调。

如此达到设计要求，完成设计。

第三章硬件电路方案设计

3.1方案比较与确定

方案一：

采用铂热电阻温度传感器PT-100，由含铂热电阻PT-100为桥臂的电桥，过程中其温度的变化将引起PT-100电阻值的改变，最终转变成电压的变化，但电桥输出的电压最多只能有几十毫伏，所以必须经ICL7650放大后才能输出0～5V的电压，达到实验所要求的电压，再经ADC0809转换成8位数字信号送至单片机。

单片机开发系统对所采集的数据经过滤波、变换等处理后送到7279进行显示，以实现对温度的测量。

测量出即时温度值之后要进行的就是根据温度的值和7279对键盘的扫描结果进行相应的处理，比如消毒、保温、停止等，这些就需要靠软件程序来辅助完成，还要通过加热装置来进行相应的操作，从而完成此次设计的要求。

加热器是由单片机通过继电器控制，安全管理加热器的启动与停止，加热装置将单片机核心系统与加热器隔离，防止加热器的高温对系统造成损伤，起到了以小电流控制大电流而安全控制的作用。

方案二：

采用数字温度传感器芯片DS18B20测量温度，输出信号为数字信号。

非常便于单片机处理及控制，较传统的测温方法而言，省去了很多电路设计，而且该传感器的物理稳定性非常高，温差小于1摄氏度，输出信号直接采用51单片机控制，并通过实时扫描矩阵键盘进行相应处理，同时可通过1602液晶屏显示当前系统设置情况，采用软件编程的自由度较大，通过编程可实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且整体电路体积小，硬件简单，安装方便。

通过分析以上两种方案，可以看出方案一的测温装置比较复杂，虽然可以检测出当前环境温度，但是误差较大。

方案二的测温装置电路比较简单、精确度较高、设计方便、软件编程也比较简单，故本次设计采用方案二。

3.2单片机最小系统设计

本设计采用了AT公司的89C51单片机，它包含有128字节数据存储器，内置2K的电可擦除FLASHROM，可以进行重复的编程，大小可以满足软件系统设计，故不必再扩展程序存储器。

复位电路和晶振电路是89C51工作所需的最简外围电路。

单片机最小系统电路图如图3.2-1所示。

89C51的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效，而系统中的时钟接口是低电平有效。

在复位电路中，按一下复位开关就使在RS端出现一段时间的高电平，提供给单片机复位端。

外接12M晶振和两个22P电容组成系统的内部时钟电路。

图3.2-1单片机最小系统电路图

3.3温度采集转换电路

温度采集转换电路模块如图3.3-1所示，本电路主要采用的是以DS18B20为核心的电路，完成对温度信号的采集和转换工作。

由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。

数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P3.7口，单片机接受温度并存储。

图3.3-1温度采集转换电路

3.3.1DS18B20温度传感器介绍

DS18B20是由DALLAS公司生产的一种新型的单线数字温度传感器。

，其体积小、适用于多种场合、并且适用电压较宽、更为经济。

数字化温度传感器DS18B20是世界上第一种支持“一线总线”接口的温度传感器。

其温度测量范围为-55～+125℃，可编程为9位～12位转换精度，测温分辨率可达0.0625℃。

其分辨率设定参数以及手动设定的恒定温度值和定时时间值存储在EEPROM中，掉电后仍然保存。

被测温度以符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可通过采用寄生电源方式产生。

多个DS18B20可以同时并联到3根或2根线上，CPU只需要一根端口线就能与诸多DS18B20进行通信，所占用的微处理器端口较少，可以节省大量的引线和设计电路。

因此用它来组成一个测温系统，线路简单，且在一根通信线上可以挂多个这样的数字温度计，使用十分方便。

3.3.2DS18B20温度传感器工作原理

每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中。

主机在进入操作程序前必须用读ROM（33H）命令将该DSl8B20的序列号读出。

程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。

DS18B20的测温原理如图3.3.3_1所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。

系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。

操作协议为：

初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

图3.3.2_1测温原理内部装置

3.3.3DS18B20温度传感器的功能特点

（1）.采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O线；

（2）.DS18B20具有一个独有不变的64位序列号，可以根据序列号访问相应的器件；

（3）.低压供电，供电电源范围为3~5V，可以直接从数据线上转接电源（即为寄生电源方式）；

（4）.测温范围为-55℃~+125℃,在-10℃~85℃范围内误差为±0.5℃；

（5）.可编程数据为9~12位，转换12位温度最大时间为750ms；

（6）.可以自行手动设定报警上下限温度；

（7）.报警搜索命令可识别是否温度超出预定值；

（8）.DS18B20的分辩率可以自行通过EEPROM设置为9~12位。

（9）.DS18B20可将测得的温度值直接转化为数字量，并可以通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。

3.3.4使用DS18B20的注意事项

使用DS18B20测温虽然有系统简单、精度高、连接方便、使用口线少等优点，但在应用中也应注意以下几方面的问题：

（1）.DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，在此期间必须确保有足够的时间，否则会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85；

（2）.在实际使用中发现，供电电源电压应保持在5V左右，如果供电电源电压过低，则会使所测得的温度精度降低；

（3）.在DS18B20测温程序设计中，当向DS18B20发出温度转换命令后，程序要等待DS18B20的返回信号，如果DS18B20接触不好或断线，当程序读DS18B20时，将没有返回信号，程序就会进入死循环，在进行DS18B20硬件和软件设计时也应当注意这一点。

3.3.5温度传感器DS18B20与单片机的接口电路

DS18B20采用电源供电，DS18B20的1脚接地，2脚作为输出信号线，直接连接单片机端口，3脚接电源。

3.41602液晶显示模块

显示模块是用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据的。

本系统设计中采用LCD1602液晶屏进行显示。

3.4.11602LCD液晶模块简介

LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3V就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时还可以显示大量信息。

除数字外，还可以显示文字、曲线等，相较传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。

在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。

LCD液晶显示的优点为：

（1）.显示质量高，由于LCD液晶显示器的每个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮