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基于单片机的自动消毒柜控制器设计-学位论文.doc
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基于单片机的自动消毒柜控制器设计-学位论文.doc
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长春工业大学毕业论文
I
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
长春工业大学毕业论文
II
Title: Portable multi-purpose decontamination system
Abstract
In recent years, a variety of infectious diseases prompted the emergence of new
portable disinfection equipment.To enough the domestic and medical requirements
of this, design a portable multifunctional system of disinfection controlled by single
chip-Microcomputer 89C51. We can choose the method of a high temperature
disinfection, ultraviolet disinfection and ozone disinfection and may be based on
different requirements design disinfection parameters. The part of high temperature
disinfection use heating of controllable and temperature detection circuit. Circuit of
temperature detection chooses DS18B20 sensors. The DS18B20 does not need an
external power supply because it derives power directly form the data line (“parasite
power”). The DS18B20 communicates over a 1-Wire bus , which by definition
requires only one data line (and ground ) for communication with a central
micro-processor. It has an operating temperature range of -55℃ to +125℃ and
accurate to 0.5℃. The digital filter technology of ozone concentration measurement
systems is used to eliminate the measuring error which happens in the course of
valve switching. So the measuring precision and veracity are improved and insured.
This system can achieve the closed loop control in the ozone production through
communicating with the power supply system of digital control type
ozone-producing device. PID control used mediation, with a view to making the
system more stable and more convenient operation.
Key words: DS18B20 ozone ultraviolet absorbing temperature control
长春工业大学毕业论文
III
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
2.6 LED 显示器接口电路和键盘电路 ............................18
2.6.1 LED 显示器结构 .....................................18
2.6.2 LED 显示器的工作原理 ..............................19
2.6.3 LED 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
4.1 PID 调节的简介.........................................26
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IV
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
5.1 ROM 命令和存储器命令 ...................................29
5.2 DS18B20 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
长春工业大学毕业论文
1
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 O
3
,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,
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