新型冷库控制器设计知识

坐井说天阔

　　引言
! D2 S! N5 O3 ]8 J+ u　　城市乡镇都广泛使用中小型冷库,由于有些地方电源电压波动较大,且常有不定时停电,这给目前常用的冷库控制器可*运行带来困难。我们设计了一种新型全自动冷库控制器,对冷库的制冷和除霜过程进行全自动控制。硬件设计采用了89c51单片机、X5045多功能可编程CPU监控芯片、DS1820数字传感器和LED数码显示,构成全数字化冷库控制器。特别是采用了美国Xicor公司新研制生产的X5045监控芯片,它同时具有上电复位、电压监控、看门狗功能和512字节的EEPROM,解决了控制参数记忆问题,防止了电源通断瞬时及电源电压波动时造成的系统故障,避免了干扰造成的系统死机,可实现冷库无人执守全自动运行。
- ?, x2 k4 x- R7 Y/ b5 ~. N6 \　　监控电路
　　X5043/45监控电路集上电复位、看门狗定时器、电源电压监控、分块保护的EEPROM于一体,是解决单片机系统中抗干扰和数据长期可*保存等问题的首选器件,特别适合在单片机测控系统中应用。涡街流量计
　　X5043/45的功能框图如图1所示,其主要性能包括：
0 O, l# M0 Z# |3 R　　上电复位功能:在电源电压低于检测门限时,RESET引脚输出有效复位信号,当电源电压上升高于检测门限时,复位信号延时200ms后变为无效。
0 K5 R# Q6 t! g. Y　　电压监控功能:当电源电压低于检测门限时,使上电复位电路产生复位信号,复位信号至Vcc=1v有效。
8 M8 v8 \( s% V/ r& |& L9 [3 A　　复位门限电压：门限电压在出厂时设定为一标准值,对Vcc=5V±10%的芯片,门限为4.25V—4.5V。该值也可由用户自行设定,可编程范围为1.7V—5.0V。
2 ]2 g" G4 l' S7 I- m　　看门狗定时器:可编程为1.4s、600ms、200ms或禁止。在非禁止状态,若在定时周期内CS端没有出现由高至低电平变化,RESET端将输出200ms的有效复位信号,防止程序跑飞或进入死循环。
- b- A; i0 t& F1 u* B4 D　　可分段保护的CMOS串行EEPROM:512字节,每个字节可擦写10万次以上,内部数据可保存100年以上。
　　X5043/45内有一个8位指令寄存器,对该芯片的所有操作都需要通过对指令寄存器写命令来完成;一个状态寄存器,确定EEPROM的块保护地址范围及看门狗定时器的超时周期。
; o6 e4 f5 z" X+ {  N　　控制器电路设计
! P3 ^+ C1 }. p1 `! @( P4 M4 J　　控制器电路原理图如图2所示。控制器由单片机89C51、X5045监控电路、数字温度传感器DS1820、键盘、输出继电器、报警单元、显示电路组成。
　　X5045的WP(写保护输入)接Vcc,RESET端接89C51的RESET,CS(片选)、SO(串行输出)、SI(串行输入)、SCK(串行时钟输入)与89C51的P2口相连。由89C51控制其工作状态和数据传输。利用X5045的EEPROM记忆功能保存设定的参数;X5045的上电复位功能、电压监控功能,消除电源通断瞬时及电源电压波动时造成的系统死机、数据误写及误动作等故障;X5045的看门狗能消除现场应用中干扰造成的死机。
- u3 X' e3 `# a5 y　　采用DS1820数字温度传感器检测冷库温度,与89C51串行通信,电路结构简单,不用校正传感器,其温度测定范围为-55℃-125℃。键盘S1-S6可设定或修改冷库的各项控制参数：包括除霜周期、除霜时间、温度上限、温度下限。按S3-S6键,显示5秒对应的设定参数。在参数设定状态,可通过S3-S6及+键S1、-键S2,进行参数修改,修改后的参数存入X5045的EEPROM存储器。开关S7为状态选择,S7合向强制除霜,强制进入除霜状态,并停止制冷机工作;当开关合向参数设定,进入参数设定状态;S7在中间位置时,冷库正常运行。制冷除霜控制分别经继电器输出,控制压缩机制冷和加热器除霜。报警单元由软件控制,提供报警功能。89C51的串行输出经驱动电路74LS164(图中未画出)控制3位数码显示,正常工作时显示冷库温度;参数设定时,显示所设定的参数。三只发光管分别指示控制器的三种工作状态：制冷、除霜、设定。
　　软件设计
, ^* ?4 i  t/ I7 n, n% G　　控制器上电先运行初始化程序,单片机从X5045的EEPROM中读入设定的各项控制参数。检测并显示冷库温度。延时5分钟,以避免因短时断电造成的制冷机启动困难。
　　此后进行控制键S7检测,键盘检测,除霜周期检测,冷库温度调节,循环执行以上过程。
　　控制键S7检测：如果S7在强制除霜状态,停止制冷机工作,接通加热器强制除霜,除霜指示灯亮,检测并显示冷库温度;如果S7在参数设定状态,运行参数设定程序,设定指示灯亮;S7在中间位置时,控制器进入自动控制方式。
　　键盘检测：分别按除霜周期、除霜时间、温度上限、温度下限等四个键时,显示对应的设定参数5秒钟。
　　除霜周期检测：若除霜周期到,停止制冷机工作,根据除霜时间接通加热器除霜,除霜指示灯亮,检测并显示冷库温度。
　　冷库温度调节：根据设定的温度上限、温度下限控制制冷机启停,将冷库的温度控制在设定的范围内。若温度超过温度上限1度,或温度低于温度下限1度,则启动报警器。
- _' u! J6 Z4 }6 ?1 h9 d　　参数设定时,维持运行状态不变;通过S3-S6及+、-键,进行参数修改,修改后的参数存入X5045的EEPROM存储器。
　　X5045除记忆设定的各项控制参数外,还肩负着上电复位、电压监控、看门狗功能,在系统中起着重要作用。下面简介对X5045的编程。
　　对X5045编程应注意以下几点：(1)所有指令、地址、数据传送均是最高位在先。(2)写存贮器一次最多16个字节,且在一页内。(3)一条写指令传送完毕,CS变为高电平后应延时10ms以上,以保证X5043/45完成内部写操作。(4) SCK上升沿锁存输入,SCK下降沿使数据输出有效。(5)WRDI指令、上电、存贮器写、状态字写之后,会自动禁止以后的写操作(包括状态字),在写状态寄存器或存贮器之前应先发送WREN命令。
4 P; ~7 e* y" I　　下面是单片机对X5045的基本输入输出程序。
& ]6 _: f, \7 `' F+ h- i! B$ P0 c　　(1)串行输出子程序
　　OUTB: MOVR0,#08H
7 q) ^- J9 g( y! G* V/ h. z　　OUTB1: CLRP2.1;SCK低电平
　　RLCA
　　MOVP2.4,C;输出数据
0 i, I" b+ p' n& M% O/ w　　到SI端
4 j8 q& x: t8 z" ?* c+ g4 v　　SETBP2.1;SCK高电
+ S& i$ z9 |9 j& U# F1 S　　平(锁存数据)
, _2 R. N# @' S　　DJNZR0,OUTB1
& i* N! I0 S4 g　　RET
! @' L2 ]+ W* t. t+ m' G) ~3 E" F2 d2 N　　(2)串行输入子程序
5 Z  i" T/ _7 }( K5 |; U　　INB: MOVR0,#08H
% B4 f$ b3 `: e" B/ n　　INB1:CLRP2.1;SCK低电平(输出数据)
& o7 E" |: K- u5 h　　MOVC,P2.3;读SO端数据
8 R* N1 r5 P+ t+ B　　RLCA
& p' D8 r4 q: x7 m　　SETBP2.1;SCK高电平
" b& J* E% A. w* o: p. U　　DJNZR0,INB1
0 A/ r" X# E% m　　RET
　　(3)读X5043/45单元内容子程序
　　READ_B:MOV DPTR,#0010H
; o  V, M) M0 {( r# A　　CLR P2.2;CS有效
8 F* K" H( n& d7 h% V5 x/ Y　　MOVA,#03H;READ指令
　　MOVB,DPH
/ K2 C0 X' C. J' X　　MOVC,B.0
0 ?2 S$ z1 \$ K, d; z, d　　MOVACC.3,C;A8地址位
8 D/ m: z; ?/ j　　LCALLOUTB
　　MOV A,DPL;低8位地址
　　LCALLOUTB
　　LCALLINB
　　SETBP2.2;CS无效
  I( o; O' c! Z# K' {　　RET
2 V4 E4 M" H) z1 `4 c  Q　　结语
; R* e. E' w9 O7 g* d: `　　该控制器结构简单、价格便宜、调试和运行中无需校正传感器;能对冷库的制冷和除霜过程进行全自动控制,保证冷库温度在设定的范围内,同时还具有参数记忆、来电延时、故障报警等多项功能,经实际应用证明工作可*、功能完善。该控制器可用于各种中小型冷库。将X5045电路用在冷库控制器中,解决了参数记忆问题,消除了电源通断瞬时及电源电压波动时造成的系统故障,避免了干扰造成的死机,可实现冷库无人执守全自动运行。
* f  G+ N& h' x/ Y8 z' @文章关键词： 控制器