藥品冷藏箱自動控制系統(tǒng)設計說明書樣本

1緒論1.1背景生物貯存設備是生命科學等領域必備重要基本設備。醫(yī)用藥物冷藏箱是一種用于醫(yī)療行業(yè)冷藏血液，也可用于冷藏藥物、試劑、疫苗、生物制品重要設備。血液專用藥物冷藏箱是各類醫(yī)院設備，它決定了人們所需要血液、疫苗等生物藥劑品質(zhì)，血液質(zhì)量直接關系到病人生命安全，因而這種醫(yī)用藥物冷藏箱溫控器規(guī)定具備高控制精度、高可靠性，并應具備必要報警、抗干擾辦法和實時記錄溫度辦法。當前，越來越多醫(yī)院血庫藥物冷藏箱溫度控制系統(tǒng)采用計算機進行溫度檢測，實行溫度控制與管理，這樣不但提高醫(yī)療水平，更加速了醫(yī)用設備智能化，穩(wěn)定性。杭州翔泰電器有限公司依照以上背景，獨立研發(fā)出來藥物冷藏箱自動控制系統(tǒng)具備高性能，安全，快捷系統(tǒng)。1.3實現(xiàn)功能“藥物冷藏箱自動控制系統(tǒng)”是杭州翔泰電器有限公司采用AT89C51單片機開發(fā)板模仿藥物冷藏箱工作環(huán)境，并模仿設定藥物冷藏箱各項參數(shù)，以研究藥物冷藏箱溫控器工作原理及設計。研究內(nèi)容重要涉及如下方面：（1）液晶顯示工作原理，并通過液晶將各項數(shù)據(jù)顯示在藥物冷藏箱外；（2）溫度控制器原理，制冷原理，自動控制藥物冷藏箱工作使其通過制冷達到所設定溫度；（3）智能檢測藥物冷藏箱工作電壓與否正常，避免壓縮機燒壞；（4）繼電器工作原理，模仿對壓縮機通/斷電操作；（5）單片機C程序編程語言。它所實現(xiàn)功能和規(guī)定為：（1）系統(tǒng)采用單片機控制，控制對象為法國泰康公司SZ1340D型壓縮機，功率115W，啟動繞組16.5Ω，運營繞組16.5Ω；（2）分別對冷凍室，冷藏室作不同溫度調(diào)節(jié)；（3）能實現(xiàn)參數(shù)顯示和在線參數(shù)修改；（4）系統(tǒng)故障時能進行聲光報警和顯示；（5）各種抗干擾辦法保證溫度穩(wěn)定性。

2系統(tǒng)總體設計2.1系統(tǒng)技術指標通過液晶顯示所設定溫度，溫度能隨意調(diào)節(jié)，能自動控制藥物冷藏箱工作，使其通過制冷達到所設定溫度。冷凍室溫度可以在-15℃～-3℃范疇內(nèi)對各種點進行精度為0.5℃溫度測試量，冷藏室溫度可以在4℃～6℃范疇內(nèi)對各種點進行精度為0.1℃溫度測量。2.2系統(tǒng)總體設計基于AT89C51單片機醫(yī)用特種藥物冷藏箱溫度控制系統(tǒng)具備如下功能：可以以便設立血液、疫苗等生物藥劑所需溫度；箱內(nèi)溫度顯示；藥物冷藏箱有自動復位功能；溫度數(shù)據(jù)存儲功能；制冷控制功能；報警提示功能；抗干擾辦法和實時記錄溫度辦法；電源。依照以上分析，此單片機溫度控制系統(tǒng)可以分解為如下八個模塊：溫度采樣信號輸人模塊；溫度顯示和鍵盤設立模塊；溫度過限報警模塊；溫度打印模塊；復位電路模塊；看門狗抗干擾保護模塊以及制冷控制模塊；電源提供模塊。基于AT89C51單片機醫(yī)用特種藥物冷藏箱溫度控制系統(tǒng)原理框圖如圖所示。圖2-1藥物冷藏箱自動控制系統(tǒng)工作原理：藥物冷藏箱重要問題就是恒定保持所需低溫和溫度測量，以及溫度反饋后調(diào)節(jié)控制。任何控制系統(tǒng)都很難做到真正恒溫保持，溫度總是環(huán)繞預設值不斷震蕩。咱們要做就是努力減小震蕩幅度，在測量精準，控制簡樸基本上再減少功耗，提高制冷。最基本辦法是多次采樣箱內(nèi)溫度，將采樣溫度與顧客設立溫度進行比較，得到偏差；偏差超過限定范疇上限或采樣溫度高于預設上限值就加強或打開制冷，反之就削弱或關閉制冷。由于制冷器件物理慣性，箱內(nèi)溫度每次等于預設溫度后，都會發(fā)生較大過沖。從控制領域考慮，這是由于反饋信息只有被控量當前值，不能反映被控量變化趨勢。咱們采用了PID控制辦法，用被控量當前值和一階導數(shù)作反饋信息，運用單片機軟件實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制。若溫度超過限定范疇，報警電路會報警，系統(tǒng)會自行啟動制冷，看門狗負責保護整個系統(tǒng)，超過限定工作周期或監(jiān)測到低電壓，將使系統(tǒng)自動復位，直到恢復到正常工作狀態(tài)。醫(yī)用藥物冷藏箱規(guī)定溫度穩(wěn)定性較高，普通生物貯存溫度控制在4℃～6℃。冷凍室，溫度可以在-15℃～-3℃范疇內(nèi)對各種點進行精度為0.5℃溫度測量，冷藏室溫度可以在4℃～6℃范疇內(nèi)對各種點進行精度為0.1℃

3系統(tǒng)硬件設計3.1主控器選取為了充分考慮性價比，選用價格低、穩(wěn)定元器件，咱們選取了AT89C51作為咱們主控器。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes可重復擦寫只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM)，器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，可兼容原則MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央解決器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大，AT89C51單片機可應用于許多高性價比應用場合，可靈活應用于各種控制領域[1-3]。圖3-1AT89C51引腳圖重要性能參數(shù)：（1）與MCS--51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；（2）4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；（3）1000次擦寫周期；（4）全靜態(tài)操作：0Hz~24MHz；（5）三級加密程序存儲器；（6）128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；（7）32個可編程I/O口線；（8）2個16位定期/計數(shù)器；（9）6個中斷源；（10）可編程串行UART通道；（11）低功耗空閑和掉電模式。AT89C51提供如下原則功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定期/計數(shù)器，一種5向量兩級中斷構造，一種全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同步，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU工作，但容許RAM，定期/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一種硬件復位。AT89C51內(nèi)部構造如圖3-2所示。圖3-2AT89C51內(nèi)部構造圖引腳功能闡明：VCC：電源電壓；GND：地；P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸取電流方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”Pl口：P1是一種帶內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口，Pl輸出緩沖級可驅(qū)動（吸取或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”P2口：P2是一種帶有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口，P2輸出緩沖級可驅(qū)動（吸取或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，由于內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一種電流（I）。在訪問外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@R指令）時，P2口線上內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR)區(qū)中R2寄存器內(nèi)容），在整個訪問期間不變化。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸取或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口還接受某些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳浮現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/ROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存容許）輸出脈沖用于鎖存地址低8位字節(jié)。雖然不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率1/6輸出固定正脈沖信號，因而它可對外輸出時鐘或用于定期目。要注意是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一種ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中8EH單元D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被薄弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設立ALE無效。PSEN：程序儲存容許（PSEN）輸出是外部程序存儲器讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效PSEN信號不浮現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問容許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H--FFFFH)，EA端必要保持低電平（接地）。需注意是：如果加密位LBI被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V編程容許電源VPP，固然這必要是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器輸出端。時鐘振蕩器：AT89C51中有一種用于構成內(nèi)部振蕩器高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格規(guī)定，但電容容量大小會輕微影響振蕩頻率高低、振蕩器工作穩(wěn)定性、起振難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF、10pF，而如使用陶瓷，由于外部時鐘信號是通過一種2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號，因此對外部時鐘信號占空比沒有特殊規(guī)定，但最小高電平持續(xù)時間和最大低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件規(guī)定。由于外部時鐘信號是通過一種2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號，因此對外部時鐘信號占空比沒有特殊規(guī)定，但最小高電平持續(xù)時間和最大低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件規(guī)定。AT89C51有兩種可用軟件編程省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即電源控制寄存器）中PD(PCON.l)和IDL(PCON.0)位來實現(xiàn)。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同步進入兩種工作模式，即PD和IDL同步為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何容許中斷祈求或硬件復位終結。終結空閑工作模式辦法有兩種：其一是任何一條被容許中斷事件被激活，IDL(PCON.0）被硬件清除，即刻終結空閑工作模式。程序會一方面響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行指令就是使單片機進入空閑模式那條指令背面一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終結。需要注意是：當由硬件復位來終結空閑工作模式時，CPU普通是從激活空閑模式那條指令下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序，要完畢內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種狀況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而容許訪問其他端口。為了避免也許對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式那條指令后一條指令不應是一條對端口或外部存儲器寫入指令。掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式指令是最后一條被執(zhí)行指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器內(nèi)容在終結掉電模式前被凍結。退出掉電模式唯一辦法是硬件復位，復位后將重新定義所有特殊功能寄存器但不變化RAM中內(nèi)容，在VCC恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必要保持一定期間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。Flash閃速存儲器編程：AT89C51單片機內(nèi)部有4k字節(jié)FlashEPROM，這個Flash存儲陣列出廠時己處在擦除狀態(tài)（即所有存儲單元內(nèi)容均為FFH)，顧客隨時可對其進行編程。編程接口可接受高電壓（+12V）或低電壓（VCC）容許編程信號。低電壓編程模式適合于顧客在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用EPROM編程器兼容。AT89C51單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式，顧客可從芯片上型號和讀取芯片內(nèi)簽名字節(jié)獲得該信息。AT89C51程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程，每次寫入一種字節(jié)，要對整個芯片內(nèi)PEROM程序存儲器寫入一種非空字節(jié)，必要使用片擦除方式將整個存儲器內(nèi)容清除。AT89C51編程辦法如下：（1）在地址線上加上要編程單元地址信號；（2）在數(shù)據(jù)線上加上要寫入數(shù)據(jù)字節(jié)；（3）激活相應控制信號；（4）在高電壓編程方式時，將EA/VPP端加上+12V編程電壓；（5）每對Flash存儲陣列寫入一種字節(jié)或每寫入一種程序加密位，加上一種ALE/PROG編程脈沖。變化編程單元地址和寫入數(shù)據(jù)，重復l~5環(huán)節(jié)，直到所有文獻編程結束。每個字節(jié)寫入周期是自身定期，普通約為15ms。3.2看門狗電路設計工控系統(tǒng)在運營時，普通都會遇到各種各樣現(xiàn)場干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能一種重要指標?？撮T狗(Watchdog)電路是嵌入式系統(tǒng)需要抗干擾辦法之一，是自行監(jiān)測系統(tǒng)運營重要保證，幾乎所有工控系統(tǒng)都包括看門狗電路[4-5]。看門狗復位電路采用是X25045，X25045是美國Xicor公司生產(chǎn)原則化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定期器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設計，提高了系統(tǒng)可靠性，減少了對印制電路板空間規(guī)定，減少了成本和系統(tǒng)功耗，是一種抱負單片機外圍芯片。X25045引腳如圖3-3所示。1 82 71 82 73 64 5S0RESETWPSCKVSSSI圖3-3X2504引腳圖其引腳功能如下：CS：片選取輸入；SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045；SCK：串行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；WP：寫保護輸入。當它低電平時，寫操作被禁止；VSS：地；VCC：電源電壓；RESET：復位輸出。X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表3-1所示。表3-1X25045指令及其含義指令名指令格式操作WREN00000110復位寫使能鎖存器（容許寫操作）WRDI00000100復位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RDSR00000101讀狀態(tài)存儲器WRSR00000001寫狀態(tài)存儲器READ0000A8011把開始于所選地址存儲器中數(shù)據(jù)讀出WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址存儲器看門狗有三種功能：看門狗定期器、電壓監(jiān)控和EEPROM功能。在系統(tǒng)浮現(xiàn)故障或上電/掉電期間，X25045能給CPU提供一種復位信號，以保證系統(tǒng)對的操作?？撮T狗定期器為微控制器提供一種獨立保護。當系統(tǒng)浮現(xiàn)故障時，由于失去對的操作，CPU1.6秒內(nèi)沒有觸發(fā)SDA，看門狗定期器將溢出，X25045產(chǎn)生一種復位信號給CPU。而I2C串行CMOSE2PROM可以存儲單片機系統(tǒng)重要參數(shù)。本系統(tǒng)用它來保存顧客設定冷藏室溫度值、冷凍室溫度值和速凍狀態(tài)、速凍時間等參數(shù)，以保證數(shù)據(jù)正常使用和不會由于掉電而丟失。圖3-5示出了X25045與AT89C51單片機硬件連接電路。X25045芯片RESET端接單片機復位引腳，SO、SCK和SI端接P1.2、P1.1和P1.0三根引腳。圖3-4X25045與單片機連接圖3.3晶振電路設計晶振是為電路提供頻率基準元器件，普通分為有源晶振和無源晶振兩大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振信號電壓依照起振電路而定，容許不同電壓，但無源晶振普通信號質(zhì)量和精度較差，需要精準匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需要更換晶振時間要同步更換外圍電路[6-8]。因價格因素，并且達到了相應精度，咱們采用是無源晶振，單片機復位電路就是在RST端輸入端浮現(xiàn)，本設計采用上電復位復位電路。圖3-5晶振電路只要在RST復位輸入引腳上接一電容至VCC端，下接一種電阻到地即可。上電復位過程是在加電時，復位電路通過電容加給RST端一種短暫高電平信號，此高電平信號隨著VCC對電容充電過程而逐漸回落，即RST端高電平持續(xù)時間取決于電容充電時間。為了保證系統(tǒng)可以可靠復位，RST端高電平信號必要維持足夠長時間。上電時，VCC上升時間約為10ms，而振蕩器起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHZ，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHZ，起振時間為10ms。圖中所示復位電路，當VCC掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V如下，但是，由于內(nèi)部電路限制作用，這個負電壓降不會對器件產(chǎn)生損害。此外，在復位期間，斷口引腳處在隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全1狀態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效復位，則在程序計數(shù)器PC中就得不到一種適當時值，因而CPU有也許會從一種未被定義位置開始程序。晶振電路選用了1個6MHz晶振和2個小電容，總體設計如圖3-5所示。3.4數(shù)據(jù)采集電路設計藥物冷藏箱數(shù)據(jù)采集電路重要是完畢溫度采樣，作為電路輸入通道重要某些，在整個系統(tǒng)中是至關重要。溫度控制系統(tǒng)目是控制藥物冷藏箱內(nèi)溫度恒定為設立溫度，其前提是要懂得藥物冷藏箱內(nèi)實際溫度。鑒于冷藏室蒸發(fā)器溫度，冷凍室蒸發(fā)器溫度，環(huán)境溫度直接影響箱內(nèi)溫度，設計冷藏室，冷凍室，環(huán)境再加霜厚采樣，四路傳感器多次采樣箱內(nèi)溫度。傳感器均設立在蒸發(fā)器周邊，本設計溫度控制系統(tǒng)溫度范疇-15℃-6℃3.4.1傳感器選取為了達到設計規(guī)定，咱們選定DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器，其測溫范疇為-55℃-+125℃，測量辨別率為0.06，可以滿足醫(yī)用藥物冷藏箱溫控器規(guī)定具備高控制精度，是當前最新測溫器件，微型，抗干擾，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具備單總線構造，數(shù)字量輸出，直接與微機接口等長處。可以解決A/D轉(zhuǎn)換速度慢，電路復雜等缺陷。并且它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機解決，并且每片均有唯一產(chǎn)品號并可存入其ROM中，以便在構成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意各種DS18B20芯片[9-12]。(1)DS18B20簡介DS18B20是美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術。所有傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管集成電路內(nèi)。圖3-6DS18B20實物圖圖3-7DS18B20管腳排列(2)DS18B20外形和內(nèi)部構造DS18B20外形及管腳排列見圖3-6DS18B20內(nèi)部構造重要由四某些構成：64位光刻ROM；溫度傳感器；非揮發(fā)溫度報警觸發(fā)器TH和TL；配備寄存器。(3)DS18B20引腳定義：1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；2）GND為電源地；3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地，見圖3-7）。(4)DS18B20工作原理溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以內(nèi)任何地方，輸出腳I/O直接與單片機P0.1相連，R為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。AT89C51是整個裝置控制核心，AT89C51內(nèi)帶1k字節(jié)FLASHROM，顧客程序可以存儲在這里。并且既可用它構成單路溫度測量裝置，也可用它構成多路溫度測量裝置，切此單路溫度測量裝置已研制成產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)測試在-10℃-70℃間測得誤差為0.25℃，80℃≤T≤105℃時誤差為0.5℃，當T>105℃誤差為增大到1℃左右。用單總線溫度傳感器和單片機構成測溫裝置具備使用和推廣價值。并且DS18B20單線數(shù)字溫度計是以串行傳播方式提供溫度讀數(shù)（擴展補碼方式）溫度測量器件。其測量范疇從+10℃到-125℃，增量為0.5表3-2DS18B20溫度數(shù)字相應關系表溫度℃輸出二進制碼相應十六進制碼+125101000FAH+2500100032H+0.500010001H000000000H﹣0.51111FFFFH﹣251110FFCEH﹣550010FF92H（5）DS18B20特點與其他溫度傳感器相比，DS1820具備如下特性：1）獨特單線接口方式，DS18B20在與微解決器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微解決器與DS18B20雙向通訊；2）測溫范疇﹣55℃～+125℃，固有測溫辨別率0.5℃；3）支持多點組網(wǎng)功能，各種DS18B20可以并聯(lián)在唯一三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而導致信號傳播不穩(wěn)定；4）工作電源：3~5V/DC；5）在使用中不需要任何外圍元件；6）測量成果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送；7）不銹鋼保護管直徑Φ6；8）耐磨耐碰，體積小，使用以便，封裝形式多樣，合用于DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設備測溫；9）接線以便，封裝成后可應用于各種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號各種各樣，有LTM8877，LTM8874等等。原則安裝螺紋M10X1，M12X1.5，G1/2任選；10）PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其他電器設備連接。（6）DS18B20使用中注意事項DS1820雖然具備測溫系統(tǒng)簡樸、測溫精度高、連接以便、占用口線少等長處，但在實際應用中也應注意如下幾方面問題：1）較小硬件開銷需要相對復雜軟件進行補償，由于DS18B20與微解決器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因而，在對DS18B20進行讀寫編程時，必要嚴格保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫成果。在使用PL/M、C等高檔語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS18B20操作某些最佳采用匯編語言實現(xiàn)。2）在DS18B20關于資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤以為可以掛任意各種DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微解決器總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。3）連接DS18B20總線電纜是有長度限制。實驗中，當采用普通信號電纜傳播長度超過50m時，讀取測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種狀況重要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變導致。因而，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。4）在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計時也要予以一定注重。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。3.4.2溫度采集電路實現(xiàn)咱們藥物冷藏箱由于要測量冷凍室溫度、冷藏室溫度、環(huán)境溫度和作為化霜傳感器所測量溫度這四個溫度，因此咱們采用外部電源多點測溫方式，設計溫度采集電路如圖所示：圖3-8DS18B20溫度傳感器接線圖3.5人機接口電路設計此模塊屬于人機交互，重要涉及顯示和按鍵電路。人機接口電路涉及鍵盤和LED顯示電路，以往電路設計中，為實現(xiàn)單片機系統(tǒng)鍵盤、LED顯示，普通采用兩種辦法：一時用8155、8255并行擴展口構成顯示、鍵盤電路。這時應采用P0、P2總線口單片機，以便擴展并行口。這種電路選用期間打，引腳多，對小型系統(tǒng)資源有些揮霍。二是用串行口配上移位寄存器74LS164構成硬件譯碼靜態(tài)譯碼靜態(tài)顯示、鍵盤接口電路。這種電路大大減少I/O口線，但是用芯片較多，一塊74LS164芯片相應一位LED數(shù)碼管，電路復雜，耗電較大。為了充分運用資源，使設計出系統(tǒng)最小、最優(yōu)，咱們選用MC14499譯碼器與AT89C51構成串行口硬件譯碼顯示、鍵盤接口，既簡化電路又使單片機引腳得到充分運用[13-15]。3.5.1顯示某些對于顯示界面，可以采用數(shù)碼管，液晶模塊及其她顯示形式。從當前發(fā)展趨勢來看，類似智能系統(tǒng)采用字符型或圖形液晶顯示模塊比較常用。本設計顯示屏用來顯示箱內(nèi)溫度。當使用按鍵變化溫度預設值時，LED會閃爍地顯示當前預設值，并隨顧客調(diào)節(jié)而變化。當顧客調(diào)節(jié)完預設溫度后5秒，閃爍自動停止。顧客設定好值存在flash存儲器里，不會隨掉電而丟失。每次藥物冷藏箱重新啟動時，顯示內(nèi)容為實際箱內(nèi)溫度，溫控目的為上次斷電前設立值；設立溫度是在需要時進行，而平時LED顯示屏顯示采樣溫度。四路采樣通道，冷凍室，冷藏室，環(huán)境三路溫度均需顯示，其依次用字母A、F、C代表，因此必要設立一種置換鍵，用來置換A、F、C。因而第一位LED被用來顯示A、F、C?；谒幬锢洳叵鋬?nèi)溫度有正有負，第二位LED被用于顯示“+”，“-”。第三位，第四位LED則用于顯示詳細溫度值?；谝陨弦蛩兀驹O計選用四位一體LED顯示屏，共陰或共陽均可以，選用共陰。在單片機應用系統(tǒng)中，顯示屏顯示慣用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一種顯示屏都要占用單獨具備鎖存功能I/O接口用于筆劃段字形代碼。N位靜態(tài)顯示屏規(guī)定有N*8根I/O口線，占用I/O資源較多。為了簡化電路，減少成本，選用動態(tài)顯示方式。這種顯示方式是將所有數(shù)碼管各字段電極相應連在一起，由一種8位I/O控制。這個I/O口送出信號用來控制顯示字形，稱為段碼或字選碼。而每個數(shù)碼管共陰極或共陽極由另一種I/O口線控制。這個I/O口送出信號用來選取第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。相比之下，采用動態(tài)顯示方式進行LED顯示較適合四位一體LED顯示屏。顯示驅(qū)動芯片選?。褐T多鍵盤顯示系統(tǒng)中采用并行口數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)傳播，其中具備代表性接口芯片是8279。由于是并行數(shù)據(jù)傳播，不可避免地導致地址空間揮霍，鍵盤顯示系統(tǒng)電路也較為復雜。此外，8279沒有數(shù)碼管驅(qū)動能力，要對數(shù)碼管進行驅(qū)動還需外加驅(qū)動電路，這提高了系統(tǒng)成本，并進1步增長了電路復雜性。為了節(jié)約微解決器系統(tǒng)地址空間，許多廠商開發(fā)了串行數(shù)據(jù)傳播數(shù)碼顯示驅(qū)動芯片。串行數(shù)據(jù)傳播數(shù)碼顯示驅(qū)動芯片有MAX7219和MC14499選慣用MC14499作顯示驅(qū)動芯片。用MC14499構成單片機顯示電路，具備占用單片機軟件資源小，不再外加電路即可與單片機協(xié)調(diào)工作，使用靈活以便，電路簡樸可靠等特點。MC14499是由MOTOROLA公司開發(fā)高集成度LED顯示驅(qū)動器，采用動態(tài)掃描方式顯示驅(qū)動4個LED數(shù)碼管。它集鎖存、譯碼、驅(qū)動、掃描、時鐘于一體。所需輔助電路簡樸，MC14499與單片機數(shù)據(jù)傳送采用串行同步方式。MC14499是一種CMOSLED譯碼驅(qū)動器，片內(nèi)重要涉及一種20位移位寄存器、一種鎖存器、一種多路輸出器，由多路輸出器輸出BCD碼經(jīng)段譯碼器譯碼后，換成點七段碼送至片驅(qū)動器輸出(a、b、c、d、e、f、g)和小數(shù)點DP。此外，由片內(nèi)振蕩器通過四分頻信號，經(jīng)位譯碼后提供4個位控信號，經(jīng)位驅(qū)動器至四位控制線(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。由于MC14499片內(nèi)具備BCD譯碼器和串行接口，因此它幾乎可以與任何單片機接口相連。MC14499芯片重要控制信號為：串行數(shù)據(jù)輸入端；a、b、c、d、e、f、g七段顯示輸出；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ字位選取端，用來產(chǎn)生LED選通信號；OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生200～800Hz掃描信號以防LED顯示屏閃爍；CLK：時鐘輸入端，用以提供串行接受控制時鐘，原則時鐘頻率為250kHz；EN：使能端，為0時，MC14499容許接受串行數(shù)據(jù)輸入，為1時，片內(nèi)移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。MC14499輸出端A、B、C、D、E、F、G、DP8個腳分別接在4位一體LED段碼輸入端(a、b、c、d、e、f、g)上。字位選取端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ經(jīng)反向器驅(qū)動后，分別接在4個數(shù)碼管公共端。由內(nèi)部時序分時選通4個數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示掃描。為了使串行口數(shù)據(jù)輸出速率與MC14499接受速率相匹配，單片機工作頻率應為3MHz。基于以上分析，MC14499與單片機相應接口應選取串行口。AT89C51串行口工作方式0為移位寄存器方式。RXD提供串行輸出BCD碼顯示數(shù)據(jù)，TXD提供串行移位脈沖。P2.0控制使能端EN。MC14499能接受20位數(shù)據(jù)串行輸入，16位用作四位LED顯示，4位用作小數(shù)點顯示。輸入時序是先發(fā)送四位小數(shù)點碼，輸入時序如表3-3所示。表3-3輸入時序位號移入2019181716151413121110987654321LSBMSBLSBMSBLSBMSBLSBMSBLSBMSB第四位第三位第二位第一位小數(shù)位當EN由高變底時，MC14499寄存器開始接受串行數(shù)據(jù)。如下是MC1499譯碼方式：0000顯示0，0001顯示1，0010顯示2，0011顯示3，0100顯示4，0101顯示5，0110顯示6，0111顯示7，1000顯示8，1001顯示9等。圖3-9LED顯示電路3.5.2鍵盤某些隨著儀器儀表微型化，一鍵多功能也是當前鍵盤設計一種趨勢?；谝陨戏治觯I盤所需設計功能有：①鍵：為顧客設定鍵，顧客可以設定冷凍室和冷藏室控制溫度。②切換鍵：功能為對數(shù)碼管顯示溫度進行切換，詳細是字母A、F、C切換。字母“A”：代表冷藏室溫度設定鍵，按一次切換鍵，LED第一位顯示A，顧客可以在4-6℃間調(diào)節(jié)冷藏室溫度控制。字母“F”：代表冷凍室溫度設定鍵，按兩次切換鍵，LED第一位顯示F，顧客可以在-3---15℃間調(diào)節(jié)冷藏室溫度控制。字母“C”：代表環(huán)境溫度鍵，按三次切換鍵，LED第一位顯示C，LED后三位直接顯示環(huán)境傳感器采樣環(huán)境溫度。③AUTO鍵：AUTO自動鍵，按下此鍵藥物冷藏箱進入自動制冷模式。圖3-10鍵盤界面參照資料，鍵盤可采用專用鍵盤或PC鍵盤等通用鍵盤。此處選用1x4行列式鍵盤。采用通用鍵盤好處是整體性價比較高，并且便于操作，維護也比較以便。若有鍵按下，當且僅當鍵盤陣列相應列為低電平時，則該鍵相應行線將變?yōu)榈碗娖?，通過程序?qū)︽I盤陣列行線讀取，可唯一地擬定所按下鍵值。也就是說，在某一時刻鍵盤陣列列信號為：11111110、11111101、…、01111111(這些碼咱們稱為鍵盤掃描碼)等8種形式之一，可通過程序?qū)υ摃r刻輸出鍵盤掃描碼和讀入行信號擬定所按下鍵值。表3-474LS164功能表輸入輸出清零時鐘ABQABQHLXXXLLLHLXXQAOQBOQHOH↑HHHQANQGNH↑LXLQANQGNH↑XLLQANQGN參照資料，理解到鍵盤使用串入并出移位寄存器74LS164經(jīng)串行口擴展并行I/O口實現(xiàn)。其硬件花銷小，占用資源少，且性能穩(wěn)定，在系統(tǒng)資源問題突出時，不失為一種好解決方案。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中DSA、DSB腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一種輸入信號時可并接。CP為時鐘輸入端，可連接到串行口TXD端。每一種時鐘信號上升沿加到CP端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進制數(shù)所有移入74LS164中。本接口只擴了4個鍵，如不夠，還可串接。鍵盤工作過程：列線是掃描信號輸出口，74LS164移位寄存器4位輸出端；行線為信號接受口，選用單片機P0.3口。列線上加上信號，依照行線狀態(tài)，便可得知與否有鍵按下，如果在列線上逐行加上一種掃描信號，就可以判斷按鍵位置，讀出鍵值。鍵盤/顯示共用串行口實現(xiàn)，其工作原理：AT89C51系列單片機片上有UART(通用異步接受P發(fā)送)用于串行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)由TXD端送出，接受時數(shù)據(jù)由RXD端接受。有2個緩沖區(qū)SBUF，一種作發(fā)送緩沖區(qū)，另一種為接受緩沖區(qū)。它是可編程全雙工串行口。單片機串行通信都是經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖器SBUF發(fā)送和接受。實際在SBUF中有兩個獨立寄存器：一種是發(fā)送緩沖器，另一種是接受緩沖器。當數(shù)據(jù)被寫入SBUF時，就被發(fā)送到發(fā)送緩沖器中準備發(fā)送；而從SBUF讀出數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)一定是從接受緩沖器中送來。因此顯示，鍵盤輸入均通過AT89C51串行口實現(xiàn)。顯示，鍵盤輸入均通過AT89C51串行口。顯示輸出通道與鍵盤輸入通道選取由口線P0.2和與門完畢。當P2.0為“0”時，MC14499使能端起作用，AT89C51TXD端輸出同步脈沖發(fā)送到移位寄存器MC14499移位脈沖輸入端，這樣AT89C51預顯示數(shù)據(jù)，由RDX端輸出，移為讀入到顯示屏通道。當P.02為“1”時，AT89C51RDX數(shù)據(jù)僅能被移位讀入到鍵盤掃描用移位寄存器中。由于顯示通道采用LED數(shù)碼管并用MC14499作為驅(qū)動器，因此簡化了線路，構造簡樸，顯示字位擴充以便，驅(qū)動程序設計容易。鍵盤工作原理也很簡樸，AT89C51通過RDX向鍵盤掃描移位寄存器74LS164逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0”，每次發(fā)送后即從P2.3端讀入鍵盤信號，若讀得0表達有鍵按下，轉(zhuǎn)入解決鍵功能程序。該系統(tǒng)人機交互界面非常以便。四路LED顯示溫度值，4位鍵盤手動設立溫度，顧客可以用安裝在藥物冷藏箱上行列式鍵盤以便設立所規(guī)定藥物冷藏箱內(nèi)溫度，最小間隔為1度。此模塊是運用單片機TDX，RDX管腳串聯(lián)方式輸出實現(xiàn)。這種鍵盤顯示枝術節(jié)約了來統(tǒng)資源，經(jīng)濟實用，穩(wěn)定性。鍵盤電路如圖3-11所示。圖3-11獨立按鍵電路3.6制冷電路設計（1）一方面明確藥物冷藏箱制冷原理制冷原理是依照蒸發(fā)器溫度控制壓縮機啟、停，使藥物冷藏箱內(nèi)溫度保持在設定溫度范疇內(nèi)。普通當蒸發(fā)器溫度高至5～7℃時啟動壓縮機制冷，當溫度低于-10～-15℃時停止制冷，壓縮機停止運營。采用單片機控制，可以使控制更精確、靈活。制冷電路圖如圖3-12所示[15-18]各某些功能學習：①壓縮機將蒸發(fā)器內(nèi)吸取了制冷劑吸入壓縮機內(nèi)，壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器。②冷凝器由壓縮機輸送來高溫高壓氣態(tài)制冷劑在冷凝器中散熱冷卻，使氣態(tài)制冷劑液化。③毛細管來自冷凝器液態(tài)制冷劑通過毛細管被節(jié)流，然后進入蒸發(fā)器膨脹蒸發(fā)。由于毛細管節(jié)流作用，使冷凝器保持一定高壓（冷凝壓力），蒸發(fā)器保持一定抵壓（蒸發(fā)壓力）。④蒸發(fā)器當高壓液態(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器時，由于壓力驟減而引起強烈沸騰蒸發(fā)，同步吸取被冷卻物品熱量。⑤制冷劑在管道內(nèi)循環(huán)過程來自冷凝器常溫高壓制冷劑液體，通過干燥過濾器，再通過毛細管減少壓力，溫度也隨著減少，然后進入蒸發(fā)器吸熱沸騰，變?yōu)榈蜏氐蛪簹怏w，最后被壓縮機吸入，并壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器散熱，成為常溫高壓制冷劑液體，在流經(jīng)干燥過濾器，形成制冷循環(huán)。圖3-12制冷系統(tǒng)原理圖（2）另一方面理解藥物冷藏箱制冷系統(tǒng)構成圖3-12為采用AT89C51單片機溫度控制系統(tǒng)醫(yī)用特種藥物冷藏箱制冷系統(tǒng)原理圖。制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、過濾器、電磁閥、毛細管、蒸發(fā)器及控制器等構成，各某些以管道連接成一種封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)注入制冷劑。管路系統(tǒng)中，在可以反映制冷劑狀態(tài)核心部位設立了溫度傳感器，用以檢測其溫度。本系統(tǒng)控制制冷電路采用雙路循環(huán)，也稱雙溫雙控系統(tǒng)。圖中所示系統(tǒng)為冷藏蒸發(fā)器與冷凍蒸發(fā)器并列制冷，互相間不受影響?；诓⒘兄评?，電磁閥必要選用可以控制制冷劑分派流向。兩位三通電磁閥即可滿足此需要。由于醫(yī)用藥物冷藏箱制冷系統(tǒng)為冷藏蒸發(fā)器與冷凍蒸發(fā)器并列制冷，互相間不受影響?？蓳?jù)冷藏室或冷凍室對制冷量不同需求，通過電磁閥控制分派流向冷藏室或冷凍室循環(huán)制冷劑，冷凍室和冷藏室溫度分別可以由溫度控制系統(tǒng)獨立控制。當冷藏室規(guī)定制冷時，三通電磁閥會接通冷藏室蒸發(fā)器，使制冷系統(tǒng)只對冷藏室制冷，當溫度達到規(guī)定后，會自動停止向冷藏室輸送制冷劑；當冷凍室規(guī)定制冷時，三通電磁閥會接通冷凍室蒸發(fā)器，制冷系統(tǒng)只對冷凍室制冷。由于兩室制冷過程互不關聯(lián)，因而兩室溫度也互相不影響，從而保證兩室溫度相對穩(wěn)定，也由于兩室制冷相對獨立，可以分別作不同溫度調(diào)節(jié)或停止制冷運轉(zhuǎn)，從而可以實現(xiàn)對各種使用環(huán)境和溫度環(huán)境適應規(guī)定。三通電磁閥分派制冷劑是由壓縮機送來。壓縮機選用全封閉式壓縮機。由于啟開式壓縮機最大缺陷是它傳動主軸密封裝置（即軸封）很難保證長期不漏氣，因而需要經(jīng)常檢查充氣。為了克服這種毛病，日后就浮現(xiàn)了將壓縮機與電動機直接連動，密封在一種金屬殼內(nèi)，即全封閉式壓縮機。這種壓縮機密封性能好，可持續(xù)使用十近年也不需要維修，因而現(xiàn)小型設備都用這種壓縮機。此種壓縮機內(nèi)部樣式諸多，我選用曲柄導管式，法國泰康公司SZ1340D型壓縮機，功率115W，啟動繞組16.5Ω，運營繞組16.5Ω。由于它構造簡樸，工藝性強，很適合大量流水作業(yè)，當前國內(nèi)外大量生產(chǎn)，這種機組特點是：沒有連桿，用一種活塞內(nèi)套和一種外套所構成活塞往復機構。（3）再次，明確制冷系統(tǒng)基本控制模式冷藏室和冷凍室溫度設定要根據(jù)環(huán)境傳感器所感受當前溫度。四路LED顯示分別顯示冷藏室、冷凍室溫度，環(huán)境溫度和當前箱內(nèi)溫度。工作時冷藏室優(yōu)先制冷，直到冷藏室達到關機點溫度（或冷藏室持續(xù)工作3小時不斷機而關冷藏室，或壓縮機持續(xù)工作5小時不斷機而關機）才取消冷藏室優(yōu)先制冷。冷藏室溫度傳感器降-3℃在制冷狀態(tài)下，冷藏室、冷凍室可任意啟動、關閉，調(diào)節(jié)進入速凍設立狀態(tài)。在速凍狀態(tài)下，壓縮機持續(xù)運轉(zhuǎn)，電磁閥以冷藏室，冷凍室工作狀態(tài)進行切換，速凍狀態(tài)為12小時。若要在速凍狀態(tài)下人為退出速凍功能，則按下速凍調(diào)節(jié)按鍵3秒，退出速凍狀態(tài)。在速凍狀態(tài)下，冷藏室溫度達到關機點時，若冷凍室規(guī)定開機，則壓縮機不斷機，電磁閥帶電，壓縮機繼續(xù)運營，給冷凍室制冷。退出速凍狀態(tài)后，冷藏溫度設立由退出速凍時環(huán)境溫度所相應溫度來決定，冷凍室溫度設立保持不變。速凍狀態(tài)下，若在電磁閥不帶電狀況下壓縮機持續(xù)運營5小時不斷機，則強制冷藏室關機5分鐘，待后背蒸發(fā)器感受溫度達到4℃每次壓縮機停機，并不退出速凍狀態(tài)。當冷藏蒸發(fā)器傳感器溫度高于開機點，壓縮機重新開始運轉(zhuǎn)，待達到了速凍設定期間后，才自動退出速凍狀態(tài)，進入正常溫度控制在速凍狀態(tài)下，補償加熱絲始終處在加熱狀態(tài)（但是當冷藏室蒸發(fā)器傳感器高于6℃時則停止加熱）。當環(huán)境溫度高于8℃時，冷藏室蒸發(fā)器傳感器停機點固定在-13℃，當環(huán)境溫度低于8℃（含（4）制冷壓縮機、電磁閥和除霜電熱絲啟、停控制電路一方面明確制冷電路是強電控制回路。基于以上分析，設計時制冷電路重要控制壓縮機、電磁閥與除霜加熱絲。三個被控對象，預測用AT89C51單片機三個I/O口P0.4、P0.5、P0.6輸出控制脈沖信號。制冷電路與其她模塊不同，僅僅接上電源是不能滿足工作規(guī)定，雖然輸入了脈沖信號，還必要連接相應驅(qū)動器才干工作。由于壓縮機，電磁閥，加熱絲等設備負載功率普通較大，直接用單片機I/O輸出來驅(qū)動是不行，必要采用專門驅(qū)動器，此類驅(qū)動器稱為外圍驅(qū)動器。參照資料，外圍驅(qū)動器CJ0451可用于直接驅(qū)動壓縮機，但當流過壓縮機電流發(fā)生變化時，壓縮機內(nèi)部會產(chǎn)生很大反電動勢，這個反電動勢有也許損壞驅(qū)動器中輸出晶體管。而MC1413反相驅(qū)動器每級最大電流為0.5A，它內(nèi)部二極管可以起到對壓縮機，電磁閥，加熱絲反電勢釋放作用，以保護全封閉式壓縮機和驅(qū)動器IC不受損壞。因而，MC1413比CJ0451適合此制冷電路，并且MC1413可在不增長硬件電路板面積基本上達到驅(qū)動功率。參閱諸多控制資料，為了較好完畢控制規(guī)定，用于被控對象控制信號常被鎖存在鎖存器中，這樣就可保證鎖存器輸出端輸出保持不變，直到下次有新數(shù)據(jù)被鎖存，保證制冷質(zhì)量。鎖存器輸出端信號用于驅(qū)動器輸入。鎖存器慣用有74LS373，74LS273等。74LS373被稱為數(shù)據(jù)輸出鎖存器，芯片有一種片選端，當片選端為所需電平時才轉(zhuǎn)換電路74LS373有兩個控制端，一種是1腳使能端（為低時使能器件輸出，為高時器件呈高阻態(tài)），另一種是11腳鎖存端（先高后低完畢數(shù)據(jù)鎖存），普通配合單片機用作地址鎖存，普通不做輸入，如作輸入輸出數(shù)據(jù)到總線時且不用鎖存時，11腳接高，使能為低，數(shù)據(jù)傳送到總線上，使能為高則對總線呈高阻態(tài)。但它多用于數(shù)字信號規(guī)定同步場合，不適合此處；74LS273-8D數(shù)據(jù)鎖存器。D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線，Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線，CLK：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，上升沿有效，將D端數(shù)據(jù)鎖存入芯片。74LS273慣用于擴展I/O口作為輸出口，在此設計中被選用于制冷電路中鎖存控制制冷信號。辦法是CP上升沿時將數(shù)據(jù)總線上值鎖存在273中，同步在273輸出端口輸出，當數(shù)據(jù)總線上值撤銷后來，由于273能鎖存信號，因此273輸出端保持不變，直到下次有新數(shù)據(jù)被鎖存，保證制冷質(zhì)量。將74LS273某輸出置1，則相應輸出端被置高。每次系統(tǒng)重新啟動或總清后，74LS273輸出為全0。通過編程控制各輸出端電平，就可以有效達到控制。制冷電路中用到74LS273，鎖存制冷控制信號。一方面增長輸出功率，另一方面也防止單片機復位時引起控制誤動作。預測AT89C51單片機P0.4、P0.5、P0.6口用于輸出控制此制冷電路脈沖信號.并在P0.7口控制下鎖存在鎖存器中，用于輸出給驅(qū)動器。3.6.1制冷電路工作原理AT89C51單片機經(jīng)P0.4、P0.5、P0.6口輸出控制此制冷電路脈沖信號，并在P0.7控制下鎖存在74LS273中，74LS273輸出分別相應連接到1413ICIN1、IN2、IN3，通過反相驅(qū)動，OUT1、OUT2、OUT3分別相應連接到壓縮機，電磁閥，加熱絲，實現(xiàn)驅(qū)動。信號經(jīng)達林頓驅(qū)動器MC1413后驅(qū)動固態(tài)繼電器SSR1，SSR2和SSR3。當MC1413OUT1端有高電平輸出時，SSR13，4引腳端接通，使壓縮機繞組接通電源而啟動，開始制冷。當MC1413OUT2端有高電平輸出時，SSR23，4引腳端接通，使三通兩用電磁閥接通電源而當MC1413OUT3端輸出高電平時，SSR23，4端接通，使加熱絲接通電源而除霜。鎖存器將數(shù)據(jù)總線上值鎖存在273中，同步在273輸出端口輸出，當數(shù)據(jù)總線上值撤銷后來，由于273能鎖存信號，因此273輸出端保持不變，直到下次有新數(shù)據(jù)被鎖存。制冷電路驅(qū)動裝置硬件原理圖如圖3-13所示。圖3-13制冷電路驅(qū)動裝置硬件原理圖3.6.2固態(tài)繼電器選取參照資料，已知制冷電路是強電控制回路，壓縮機啟停，電磁閥開關狀態(tài)，等等這些開關量必將會對單片機控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重干擾，以致單片機控制系統(tǒng)不能正常工作[19]。而單片機控制系統(tǒng)與強電控制回路共地是引起干擾重要因素。強電控制回路中電壓、電流往往很大，并會在強電使用電器和地之間形成強大脈動干擾。這個脈動干擾必然會通過接地不良電阻和電容耦合到單片機主機回路中。消除這些脈動干擾最有效辦法是使單片機強電某些與弱電某些隔離開，在電器連接上切斷它們彼此間耦合通路。因而隔離器件兩側必要使用獨立電源分開供電。電器隔離普通可分為繼電器隔離和光電隔離兩類。繼電器隔離合用于啟動負荷大動力設備，由于繼電器負載能力大，能直接驅(qū)動動力回路工作。查閱資料，固態(tài)繼電器（SSR）是近幾年發(fā)展起來一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用TTL，HTL，CMOS等集成電路或加簡樸輔助電路就可直接驅(qū)動，無觸點。與不同電磁式繼電器和磁力開關相比，具備無機械噪聲、無抖動和回跳、開關速度快，體積小，重量輕，壽命長，工作可靠等特點，并且耐沖擊，抗潮濕，抗腐蝕等長處。并且，固態(tài)繼電器按其負載類型可分為直流型和交流型。交流型SSR，輸入電壓為4-32V，開關時間不大于200μs，輸入電流不大于500mA，MC1413可以很容易對其直接驅(qū)動；輸出斷態(tài)電流普通不大于10mA；輸出工作電壓為交流，可用于380V，220V等慣用市電場和，適合本設計制冷控制電路。交流固態(tài)繼電器又分為隨機導通型AC-SSR；過零觸發(fā)型AC-SSR。本系統(tǒng)選用隨機導通型固態(tài)繼電器。隨機導通型固態(tài)繼電器：(1)1、2端為控制端；(2)3、4端為輸出端，它與被控制對象串聯(lián)聯(lián)接。其特點：（1）驅(qū)動電流小，僅幾毫安，與TTL、CMOS等數(shù)字電路兼容；（2）無觸點，無火花干擾，壽命長，耐腐蝕；（3）能承受浪涌電流大，普通為額定值6～12倍。在使用過程中，SSR輸出端必要加接電容等過壓吸取元件。3.6.3固態(tài)繼電器應用電路設計電路設計如下圖所示：圖3-14固態(tài)繼電器電路圖3.7報警電路設計系統(tǒng)報警電路，采用一塊555時基電路完畢延時和震蕩兩種功能，電路簡樸，實用.如圖3-15所示。運用555復位端4腳對地接電容器C5及繼電器觸點K1-1通斷，可實現(xiàn)延時功能。555和R2，R3，C4等構成一種延遲90秒音頻振蕩器.由于C4端電壓不能突變，5554腳呈低電平，使555強制復位，即555不工作.此后，隨著C4充電(經(jīng)555內(nèi)部電路)，兩分鐘后，C4上充電電壓達到1.4V時，555由復位轉(zhuǎn)成置位而起振，3腳輸出音頻脈沖勉勵揚聲器發(fā)出音響報警。555多諧振蕩器電容C4充電時間T1為90秒，充電時間計算公式為T1=（R2+R3）C4Ln2，取普通這兩個電阻在1K-3M之間取值，C不不大于500PF，R2/R3=1/3，選用R2=0.5，R3=1.5，T1=（R2+R3）C4Ln2，90=（0.5+1.5）C4.0.693，則C4=0.693。音頻震蕩頻率f為：f=1.44/(R2+2R3)C4。當采樣到溫度超過上下限幅時，軟件會向CPU申請中斷，CPU響應后，發(fā)報警信號，給外部中斷0一種低電平，音頻脈沖勉勵揚聲器發(fā)聲，提示操作人員，單片機則自動發(fā)出速冷信號，藥物冷藏箱制冷使溫度保持所需溫度。圖3-15報警電路3.8直流穩(wěn)壓電源設計在一種單片機實用系統(tǒng)設計中，電源設計是頭等重要，此單元設計與否合理，直接決定系統(tǒng)能否穩(wěn)定運營?；谟布娐吩O計，單片機，看門狗，LED顯示屏，等器件需用+5V電源供電，制冷電路驅(qū)動器MC1415需要+12V供電，因此需要設計2個直流穩(wěn)壓電源。（1）電源系統(tǒng)概述長期以來，單片機系統(tǒng)使用集成電路器件大多數(shù)都在5V電源工作。但在此設計中，由于系統(tǒng)既用5V電壓器件又用到12V器件，驅(qū)動器MC1413。這就需要多電源供電。在本次設計中，咱們采用電源通過市電電網(wǎng)交流電經(jīng)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓后得到系統(tǒng)所需+5V，+12V直流電源。因而，此系統(tǒng)電源涉及變壓電路，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。依照設計規(guī)定取最大電流為300mA。執(zhí)行機構電流為40mA，單片機電流為12mA。1）變壓電路此系統(tǒng)電源是由市電提供220V交流50HZ電壓，通過變壓器轉(zhuǎn)化，整流，濾波，穩(wěn)壓后得到，故在電源設計過程中，一方面應考慮變壓電路選取與設計。本系統(tǒng)應用多電源供電方案。2）整流電路它是運用品有單向?qū)щ娦阅苷髟ㄈ缇w二極管、真空二極管），將正弦，交流電壓U，變?yōu)閱蜗蛑绷?脈動)電壓。為提高整流效率，我采用單相全波橋式整流電路。使電網(wǎng)電壓和電流得以較好運用。單相全波橋式整流電路連接方式實現(xiàn)了在U2一種周期內(nèi)均有同一種方向電流流過負載，達到了全波整流目。在這個系統(tǒng)中，U2側整流電壓為：UO1=0.9U2=18V，URM1=21/2U2=28.28V。負載電流可依照三端穩(wěn)壓器電流計算出，IO1=500mA，ID=250mA。故選用型號為2CZ85E整流二極管，它最大整流電流為1A，反向工作電壓200V。3）濾波電路在電路中采用電源濾波為了抑制在電源線上傳導高頻干擾。單片機應用系統(tǒng)電源濾波不但能有效防止外界環(huán)境電磁干擾傳入系統(tǒng)，并且能有效抑制系統(tǒng)自身產(chǎn)生干擾向外界傳遞；同步，還能較好地克服電源自身產(chǎn)生干擾信號對系統(tǒng)工作影響。因而，咱們對單片機交流端和直流端都進行濾波。①交流端濾波任何電源線上傳導干擾信號，都可以用共模和差模干擾信號來表達，單片機應用系統(tǒng)電源交流端應簡樸可靠并能同步抑制兩種干擾信號。咱們采用電感電容構成低通濾波電路。由于通過電感線圈電流發(fā)生變化時候，線圈要產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流變化，因而使負載電流和負載電壓脈動大大減小，頻率越高，電感越大，濾波效果越好。電容大體估算為C1=C2=2uF，L1=L2=1mH。②直流端濾波直流端濾波重要為了抑制高頻干擾，普通采用電容濾波就足夠了。電容濾波電路普通用于規(guī)定輸出電壓較高，負載電流并且變化也較小場合。濾波電容普通在幾十微法到幾千微法，其耐壓值不不大于輸出電壓最大值，普通取1.5倍，并且普通選用極性電容，咱們采用極性鋁電解電容器。在此電路中，咱們選取CD110X型鋁電解電容器。電容取值2200Uf。4）穩(wěn)壓電路在這個系統(tǒng)中，咱們考慮到要給AT89C51，和報警電路等供應+5V直流電壓，而要給驅(qū)動器MC1413提供+12V直流電壓，故咱們選用7805和7812三端穩(wěn)壓器。W78XXX系列集成穩(wěn)壓器應用電路比較簡樸，外圍器件很少。只有輸入，輸出，和公共三個引出端。由于AT89C51等芯片最大電源電流為125mA，因而咱們選取7805，它輸出電流為100mA，最大功耗為500mW；而驅(qū)動器MC1413負載電流大概在100mA～300mA，故咱們在使用三端穩(wěn)壓器時應注意防止產(chǎn)生自激振蕩。三端穩(wěn)壓器內(nèi)部電路放大級數(shù)多，開環(huán)增益高，工作于閉環(huán)深度負反饋狀態(tài)，需要采用恰當補償移相辦法，防止產(chǎn)生高頻寄生振蕩。電容C1，C2就是為了防止自激振蕩而加防振電容。為改進紋波電壓和抑制輸入瞬時過電壓，輸入端加入C1普通取值0.33uF，同步輸出端接C2用以改進負載瞬態(tài)響應，容量取0.1uF。為了減小提高紋波電壓與提高輸出電壓穩(wěn)定度，分別在輸入輸出端加大電解電容。這樣一旦輸入端浮現(xiàn)短路，集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路中功率調(diào)節(jié)管可以及時泄放。此外，為了防止其損壞，在輸入與輸出間跨接一只二極管，為輸出端電容提供一條放電通路，從而起到保護芯片內(nèi)部調(diào)節(jié)功率管作用。以上就是本次系統(tǒng)電源各某些電路，總體電路圖如下圖所示。圖3-16直流穩(wěn)壓電源電路

4系統(tǒng)軟件設計4.1軟件設計辦法溫度控制程序設計應考慮如下幾種問題：（1）鍵盤掃描、鍵碼辨認和溫度顯示；（2）藥物冷藏箱內(nèi)溫采樣、數(shù)字濾波；（3）數(shù)據(jù)解決時把所有數(shù)按定點純小數(shù)補碼形式轉(zhuǎn)換，然后把8位溫度采樣值，Umin和Umax都變成16位參加運算，運算成果取8位有效數(shù)；（4）越限報警和解決；（5）PID計算，溫度表度轉(zhuǎn)換。事實上，藥物冷藏箱在上電時間內(nèi)，真正需要CPU工作時間并不多，同步各項工作又有一定相對獨立性。因此在軟件設計中采用分立模塊式設計：所有工作分別在幾種中斷程序和子程序中完畢，且各程序模塊通過內(nèi)存單元通信。藥物冷藏箱控制程序重要有3大某些4小模塊。4.2程序設計藥物冷藏箱程序涉及：（1）主程序；（2）中斷服務程序；（3）溫度設立程序；（4）溫度采集程序；（5）PID控制模塊。4.2.1主程序設計主程序是整個藥物冷藏箱總控制程序，溫度控制系統(tǒng)軟件工作流程。如控制各單元初始化、控制中斷、定期、傳感器采樣溫度，溫度設立，PID計算，制冷電路驅(qū)動以及程序啟動與重復等。程序流程如圖4-1所示。在主程序中一方面設立堆棧，對各個芯片進行初始化，就是直接向相應I/O口寫初始化值.對作狀態(tài)標志用內(nèi)部RAM進行復位，設立定期器，串行口工作方式，并啟動定期器，開中斷，工作人員設立溫度與傳感器采樣溫度比較，若有偏差，則進行PID計算，發(fā)制冷信號，若偏差超過限定范疇，則先發(fā)報警信號，再發(fā)制冷信號。若無偏差，則證明箱內(nèi)恒溫保持為所需溫度。每隔半小時打印一次箱內(nèi)溫度。圖4-1主程序流程圖4.2.2子程序設計（1）中斷服務程序中斷服務程序工作于計數(shù)方式，通過計數(shù)達到延時3min目。中斷服務程序重要完畢3min定期及過欠壓、除霜、速凍等各種檢測，依照檢測成果，比較、分析以控制執(zhí)行元件工作。中斷解決過程中。T0始終處在計數(shù)狀態(tài)，傳感器多次采樣溫度，溫度緩沖區(qū)不斷刷新，送入最新溫度。程序流程如圖4-2所示。圖4-2T0中斷服務流程圖（2）溫度設立程序溫度設立即鍵盤響應。藥物冷藏箱重要問題就是恒定保持設立溫度。由P2.3端口出發(fā)實時外部中斷，變化LED顯示內(nèi)容。本設計有4個按鍵控制面板，如圖所示。第一種按鍵用于對數(shù)碼管溫度進行切換。例如：當顯示是冷藏室溫度，按如下切換鍵，即改為冷凍室溫度，再按則顯示環(huán)境溫度，再按又顯示冷藏室溫度，如此循環(huán)。第二個和第三個按鍵用于設定冷藏室和冷凍室目的溫度。當數(shù)碼管在顯示冷藏室或冷凍室溫度時，按一下第二，三個按鍵，則冷藏室或冷凍室目的溫度加一度，減一度。但當顯示環(huán)境溫度時這兩個按鍵不起任何作用。第四個按鍵稱為AUTO鍵，系統(tǒng)默以為手動設定目的溫度，若按一下此鍵，則系統(tǒng)改為自動設定目的溫度，此時第二個和第三個按鍵不起任何作用；再按一下，系統(tǒng)仍改為手動設定。如此循環(huán)。程序流程如圖4-3所示。圖4-3溫度設立流程圖（3）溫度采集CPU對DS18B20訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才干對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格工作時序和通信合同。如主機控制DS18B20完畢溫度轉(zhuǎn)換這一過程，依照DS18B20通訊合同，須經(jīng)三個環(huán)節(jié)：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM操作指令，解決數(shù)據(jù)，這樣才干對DS18B20進行預定操作。圖4-4溫度采集流程圖（4）PID控制模塊溫度控制算法慣用PID控制。PID控制即偏差控制法。偏差控制原理是先求出實測藥物冷藏箱內(nèi)溫度對所需溫度偏差值，然后對偏差值解決，進行比例，積分，微分運算而獲得控制信號去調(diào)節(jié)制冷電路制冷功率，以實現(xiàn)對藥物冷藏箱內(nèi)溫度控制[20]。PID控制是工業(yè)過程控制中應用最廣泛一種控制形式，普通都能收到令人滿意效果。醫(yī)用藥物冷藏箱特點在于它智能化，智能化產(chǎn)品普通規(guī)定能自動辨認某些數(shù)字量，并依照這些數(shù)字量自動進行決策，采用恰當控制方略。在單片機中由軟件實行PID控制就能較好實現(xiàn)這些智能化工作。圖4-5PID越限、報警流程圖4.3抗干擾技術抗干擾技術就是研究干擾產(chǎn)生根源、干擾傳播方式和避免被干擾辦法（對抗）等問題。機電一體化系統(tǒng)設計中，既要避免被外界干擾，也要考慮系統(tǒng)自身內(nèi)部互相干擾，同步還要防止對環(huán)境干擾污染。國標中規(guī)定了電子產(chǎn)品電磁輻射參數(shù)指標[21-23]。在機電一體化系統(tǒng)工作環(huán)境中，存在大量電磁信號，如電網(wǎng)波動、強電設備啟停、高壓設備和開關電磁輻射等，當它們在系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應和干擾沖擊時，往往就會擾亂系統(tǒng)正常運營，輕者導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，減少了系統(tǒng)精度；重者會引起控制系統(tǒng)死機或誤動作，導致設備損壞或人身傷亡。（1）形成干擾三個要素：干擾形成涉及三個要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。三個要素缺少任何一項干擾都不會產(chǎn)生。（2）電磁干擾種類：按干擾耦合模式分類，電磁干擾涉及下列類型。1)靜電干擾大量物體表面均有靜電電荷存在，特別是含電氣控制設備，靜電電荷會在系統(tǒng)中形成靜電電場。靜電電場會引起電路電位發(fā)生變化；會通過電容耦合產(chǎn)生干擾。靜電干擾還涉及電路周邊物件上積聚電荷對電路泄放，大載流導體（輸電線路）產(chǎn)生電場通過寄生電容對機電一體化裝置傳播耦合干擾等等。2)磁場耦合干擾大電流周邊磁場對機電一體化設備回路耦合形成干擾。動力線、電動機、發(fā)電機、電源變壓器和繼電器等都會產(chǎn)生這種磁場。產(chǎn)生磁場干擾設備往往同步隨著著電場干擾，因而又統(tǒng)一稱為電磁干擾。3)漏電耦合干擾絕緣電阻減少而由漏電流引起干擾。多發(fā)生于工作條件比較惡劣環(huán)境或器件性能退化、器件自身老化狀況下。4）共阻抗干擾共阻抗干擾是指電路各某些公共導線阻抗、地阻抗和電源內(nèi)阻壓降互相耦合形成干擾。這是機電一體化系統(tǒng)普遍存在一種干擾。5）電磁輻射干擾由各種大功率高頻、中頻發(fā)生裝置、各種電火花以及電臺電視臺等產(chǎn)生高頻電磁波，向周邊空間輻射，形成電磁輻射干擾。雷電和宇宙空間也會有電磁波干擾信號。（3）抗干擾辦法提高抗干擾辦法最抱負辦法是抑制干擾源，使其不向外產(chǎn)生干擾或?qū)⑵涓蓴_影響限制在容許范疇之內(nèi)。由于車間現(xiàn)場干擾源復雜性，要想對所有干擾源都作到使其不