冷庫單片機控制系統

湖南省永州市畜禽水產開發中心于1994年從河南紅宇機械廠引進500噸中型冷庫一座，該冷庫的溫度控制系統為人工手動控制，值班人員工作強度大，庫溫控制精確度差，易出錯，影響庫存產品質量。于1997年對該系統進行單片機控制的自動化改造，使得控制系統自動化程度大大提高，溫度控制精確，節約了能源，提高了庫存產品質量。經多年的運行證明，系統穩定可靠，取得了良好的經濟效益。

1　系統方案

1．1 系統設計技術指標
（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℃線性良好的半導體集成溫度傳感器，將溫度轉換成電流，長距離傳送到兩級運算放大器，8路模擬開關4051，經12位模數轉換器ADC7153轉換成數字信號供單片機處理控制。控制系統采用4鍵鍵盤和6位LED數碼顯示器進行輸入參數和顯示庫溫及狀態，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

控制系統為閉環工作狀態。如圖2所示，庫溫T經傳感器變成電流，經傳送轉化成電壓并放大、濾波，再經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出制冷、強制冷、停電或停電，從而開啟或關閉電磁閥，進行制冷、強制冷、停止制冷等相關操作，并能根據所需功率調節壓縮機開啟的臺數，既達到了庫溫精確控制的目的，又達到了節約能源的效果。由單片機的定時器產生時鐘中斷，定時掃描5個通道，進行分時控制使每個庫室工作于不同的工作狀態中。

2　電路特點

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，其線性電流為 1μA／℃，用雙絞線經長距離（50～150 m）傳送后不影響測量精度。隨溫度變化的電流經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　模擬開關

用4051作8路輸入、1路輸出的模擬開關，實際只使用其中的5路即可，以便8031對5個庫室的溫度輪流采樣，分別控制。由于模擬開關有一定的內阻，而溫度傳感器的溫度電壓非常小，如先經過模擬開關再經放大則使測量精度大大降低，故對信號先進行放大，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，時間常數很大，因此用該芯片能滿足系統要求。7135的輸出為14位二進制數，其分辨率為溫度量程的0．005％，為整個系統的高精度創造了條件，且價格較低。

2．4　人機對話系統

控制系統選用4鍵鍵盤和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，鍵盤輸入采用中斷方式進行工作，節約 CPU的工作時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；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，啟動和關閉的頻率不高，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，壓縮機采用自動和人工強行控制2種模式。制冷有自動和手動控制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。