专利名称：一种冷柜温度远程智能控制系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种用在家用或商用冷柜中的新型冷柜温度远程智能控制系统，本系统通过GSM、嵌入式等技术实现温度采集、温度控制、本地PC控制、远程监控功能，促进了冷柜温度控制系统的智能化。
背景技术：
在本发明做出之前，根据制冷控制系统的不同，冷柜控制可分为机械温控、电子温控两类。机械温控是指由机械方式调节冷柜制冷的一种 温控方式，这种方式应用较早，系统较为简单，能保证温度控制的基本要求食品不变质，但温度不稳定，不能全面满足保鲜需要。电子温控是指采用电子感温探头控制箱内温度的电子温控方式，其温度控制较为灵敏、稳定。以上控温方式虽然满足了冷柜的控制需求，但是都存在如下问题1)缺少故障自检测功能，当冷柜出现故障时不能够根据故障类型，实时显示报警信息。2)无远程操作功能，现有的冷柜控制系统需要在人为监督的情况下运行，不能进行远程控制。3)无温度数据的定时传送，目前有的温控器只能在有报警的情况下将报警信息远程传递给操作者，如专利(200420030089. 8)，只是通过GSM模块将报警信息传递给操作者，而未将所测量温度定时传送给操作者。4)无法通过本地PC机来实时的查询历史温度数据，更改控制策略。
发明内容
本系统主要针对上述存在的不足，提出了一种新型的冷柜温度远程智能控制系统方案，将无线通信和有线通信相结合，一方面通过GSM模块实现温度数据和报警信息的远程传输；另一方面，利用本地PC机与控制器进行有线通讯，读取控制器中存储的历史温度信息，同时可修改控制器的控制参数。本系统由五部分组成主控模块、温度检测模块、控制输出模块、通讯模块、显示及
声音报警模块。冷柜主控模块是整个冷柜控制系统的核心，主要完成温度采集数据的处理、制冷融霜的控制、报警信息处理、外部通讯等功能。冷柜主控模块由主控制器、门开关、按键、数据存储模块构成。主控制器采用Silicon Lab公司的C8051F410单片机，该单片机采用高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核(可达50MIPS)，有一个12位ADC和一个27通道的单端输入多路选择器，该ADC的最大转换速率是200ksps。主控制器内部集成了 32KB的FLASH和2304字节RAM，以及SMBUS/IIC和增强型UART，4个通用的16位定时器，具有24个I/O端口。主控制器负责控制其他各个模块的工作，实现数据处理和信息传输、为用户提供人机接口界面。数据存储模块采用24C64存储芯片，该芯片为64K串行电可擦写只读存储器，与主控器的IIC接口连接，实现数据存储功能。按键与主控器的I/O端口直接连接，实现控制参数输入功能。门开关采用接触开关，与主控器的I/O端口直接连接，实现冷柜门开合状态的自动检测。
温度检测模块包括温度采集、信号转换、信号放大、模数转换四部分，主要采集冷柜温度和融霜温度数据，并将采集的温度数据传递给主控制器。温度采集包含两路温度采集电路，分别采集冷柜温度和融霜温度，两路温度采集电路均相同。温度采集电路采用钼电阻PT100作为采集元件，当温度变化时PT100的阻值将发生变化。将PT100与一个2K的精密电阻串联，在串联电路两端连接一个基准电压电路，构成一个串联分压电路。在串联分压电路两端基准电压恒定的情况下，PT100电阻值的变化将转换为电压值变化输出。将PT100电压输出端与运算放大器相连，实现电压信号的放大。运算放大器的输出与主控制器的AD输入口相连。两路温度采集电路与主控制器的两个不同AD输入口相连，通过主控制器单片机片内ADC分时通道切换，实现不同通道温度数据的模数转换。本方案选用了美信公司的高精度电压基准芯片MAX6191，为ADC和PT100串联分压电路提供高精度低纹波的基准电压源。MAX6191初始精度2 mv，输出电压2. 048 V。控制输出模块主要实现对冷柜设备的控制，包括压缩机、蒸发风扇、加热丝、电磁阀四种设备。主控制器单片机的I/o 口利用继电器对以上冷柜设备分别进行控制，每路控制电路结构相同。主控制器单片机的控制I/o 口经电阻与三极管的基极相连，三极管的集 电极与12V电源相连，三极管的发射极与继电器线包的一个端口相连，线包另一端口接地。继电器的两个主接线端分别与工业电源和冷柜设备电源线相连。利用单片机I/O 口可控制三极管通断，从而控制继电器的通断，最终达到控制压缩机、蒸发风扇、加热丝、电磁阀的目的。其中控制压缩机和加热丝的继电器的工作电压为12V，开关容量为16A。控制蒸发风扇和电磁阀的继电器工作电压为12V，开关容量为IOA0通讯模块包括无线GSM通讯和有线通讯，主要用来传递温度数据、控制参数、报警信息。无线GSM通讯采用西门子公司的TC35作为通讯模块，与单片机的UART 口连接。该模块工作在EGSM900/GSM1800双频段，工作电压3. 8 5V。通讯模块通过ZIF接口与SM卡读卡器相连，再由SM卡读卡器与SM卡相连，完成SM卡数据的读写操作。通讯模块通过天线连接器与天线连接，完成无线电波信息的收发。通讯模块采用AT指令传输指令和数据，数据口设置为可选波特率300bps 115kbps或者自动波特率I. 2 115kbps。有线通讯使用单片机的UART 口，与MAX232芯片相连，实现TTL/232信号电平的转换，再与本地PC机串口相连。本地PC机上安装有冷柜温度控制程序，通过串口读取主控模块存储的七天温度数据和当前控制参数，并可在线重新设置控制参数。以上有线通讯和无线GSM均使用UART接口，UART与四位拨位开关相连，四位拨位开关再分别与有线通讯和GSM通讯电路相连，实现对UART接口的分时复用。显示及声音报警模块包括蜂鸣器、数码管显示和LED显示，主要用来发出报警信息，包括声音报警和光报警，显示当前冷柜的运行状况包括冷柜温度、融霜温度、压缩机和电磁阀等外设的运行状态。显示及声音报警模块由两片移位寄存器、四位八段数码管、八个LED灯、一个蜂鸣器组成。移位寄存器采用74HC595芯片，该芯片具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能，可以将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字。第一片移位寄存器实现显示内容的数据输出，第二片移位寄存器实现四位数码管、LED灯、蜂鸣器的选择。两片移位寄存器的移位时钟输入口、存储器时钟输入口分别与单片机的I/O口连接。第一片移位寄存器的数据输入口与单片机的I/O 口相连，八位并行数据输出端分别与数码管的八段码控制端相连，同时与八个LED的阳极相连，串行数据输出口与第二片移位寄存器的数据输入口相连，第二片移位寄存器的并行数据输出口与数码管位选引脚相连，同时与LED阴极及蜂鸣器负端相连。本发明可实现以下功能。I.冷柜温度智能控制(I)制冷控制，当柜温大于控制温度加温差时，压缩机启动；当柜温小于控制温度，压缩机停止。(2)融霜控制融霜启动包括自动融霜启动和手动融霜启动，融霜控制方案包括电加热融霜和热气融霜。2.温度值自动保存7天内具备自动温度记录，温度记录时间间隔为5分钟，可标出控制器断电时间和断电时温度，以方便操作人员检查。3.系统自诊断功能系统可实时检测故障情况，故障主要包括门开关报警，若开门时间超过10分钟则声光报警；超温报警，当冷柜温度超过设定温度范围时会发出声光报警；断电报警，断电时应能发出声光报警信号；传感器异常报警，若制冷和融霜传感器出现 异常，如短路、开路或超限，则发出声光报警。4.与本地PC有线通讯主控制器通过串口与本地PC进行通讯，在本地PC机上使用冷柜温度控制程序来获得控制器上存储的温度信息及控制参数，冷柜温度控制程序还可通过串口重新设定主控制器的控制参数。5.远程通讯当系统出现故障时，可通过无线GSM模块实时的将报警信息及报警时的温度数据以短信形式发送给远程操作者手机。在正常工作时，系统会间隔固定时间将温度数据以短信形式发送到操作者手机上，以方便操作人员随时监控系统运行状态。操作人员可通过手机远程设定控制器的控制参数。本发明的优点如下。I.远程无线通讯系统可通过GSM模块实现远程的数据传输，使得对冷柜的监控，由本地扩展到远程，方便了操作者对冷柜的监控。同时，在出现报警时，可通过远程传输报警信息提醒操作者采取相应的措施，提高了整个冷柜系统的安全性。2.冷柜温度控制方式多样化。(I)融霜启动方式多样化包括手动融霜和自动融霜控制；(2)融霜模式多样化包括电加热融霜与热汽化霜融霜模式(3)融霜结束条件多样化包括定时结束融霜和判断温度条件结束融霜。(4)蒸发风扇控制方式多样化包括蒸发器风扇的压缩机同步控制和蒸发风扇单独控制。3.自动温度记录及故障记录功能系统可自动记录7天内的温度信息，以便操作人员对冷柜温度变化情况进行跟踪查询；同时，出现故障时，系统可同时记录断电时间和对应的温度，为故障的发现和排除提供了数据参考。4.本地PC有线通讯通过本地PC机可读取控制器中存储的7天温度和故障记录，可在电脑上详细的分析温度数据，另外，可通过冷柜温度控制软件重新设置控制器参数，方便了控制参数的修改。
现结合附图作进一步描述。附图I是本发明冷柜温度远程智能控制系统示意图。当系统启动时，主控制器[7]按照预先设定的控制参数对冷柜进行控制，此时数码管[19]显示当前的冷柜温度，LED灯[18]显示冷柜运行状态。操作人员通过按键[10]对主控制器的参数进行设置，当退出设置后主控制器[7]自动保存控制参数，并在数码管[19]显示当前柜温，然后主控制器[7]根据新设定的参数对冷柜进行控制。当自动融霜时间到或者手动按下融霜键时，主控制器[7]控制冷柜进入融霜状态，主控制器[7]根据融霜控制的参数对控制输出模块[24]进行控制。当有报警事件发生时，主控制器[7]对报警事件进行分析，控制蜂鸣器[19]进行报警，并通过GSM通讯[12]模块发送报警信息。在系统正常运行时，主控制器[7]会间隔固定时间，通过GSM通讯[12]模块将温度数据发送到操作者手机[15]上。当操作者通过手机[15]发送控制参数时，主控制器[7]通过GSM通讯[12]模块接收控制参数信息，保存到数据存储[9]模块中，然后主控制器[7]根据新的参数对冷柜进行控制。当本地PC[16]对主控制器[7]发出读取指令时，主控制器[7]会将数据存储[9]模块中存储的温度信息和控制参数信息通过串口通讯[11]模块发送给本地PC机[16]。本地PC机[16]将数据处理后存入Excel表格中，供操作者查看使用。当本地PC[16]对主控
制器[7]发出写入指令时，主控制器[7]会将本地PC机[16]通过串口通讯[11]模块发出的控制参数存入数据存储[9]中，并根据新的控制参数对冷柜进行控制。
具体实施例方式I.本地控制主要包括本地参数设置、温度控制、融霜控制、报警处置。本地参数设置系统启动后，操作人员通过按键[10]，在本地设置主控制器[7]的控制参数，主要包括温度控制参数、融霜控制参数、报警参数。控制参数设置完成后，主控制器[7]自动保存参数到数据存储[9]模块中，然后按照新的控制参数对冷柜进行控制。温度控制系统启动后，操作者通过本地参数设置完成主控制器[7]温度控制参数的设定。主控制器[7]根据温度检测模块[21]的制冷探头[23]采集冷柜温度信息，与温度控制参数对比，对制冷相关的继电器进行控制。当冷柜温度满足温度控制启动条件时，主控制器[7]控制制冷继电器[4]打开制冷电磁阀[I]，及压缩机继电器[6]开始控温过程。当温度满足控温停止条件时，关闭制冷继电器[4]和压缩机继电器[6]，结束控温过程。融霜过程当自动融霜周期时间到,或者操作者通过按键[10]开启手动融霜,此时主控制器[7]进入融霜过程。主控制器[7]使用温度检测模块[21]中的融霜探头[22]采集融霜温度信息，并根据融霜控制参数，控制相应的继电器动作，其中，融霜继电器[5]控制融霜电磁阀[2]、压缩机继电器[6]控制冷柜压缩机[3]、蒸发风扇继电器[26]控制蒸发风扇[28]、加热丝继电器[25]控制加热丝[27]。报警处置在系统运行过程中，主控制器[7]会自动检测各部分运行情况，当出现报警时，主要包括门开关[8]报警、制冷探头[23]故障报警、融霜探头[22]故障报警、超温报警，主控制器[7]对报警内容进行分析，通过控制移位寄存器[20]，实现数码管[19]显示报警内容、LED灯[18]闪烁报警、蜂鸣器[17]发出声音报警。操作者根据数码管[19]显示的报警内容对故障原因进行排查。在报警过程中，操作者可通过按键[10]取消蜂鸣器[17]的声音报警。只有当故障排除时，主控制器[7]才会解除数码管[19]和LED灯[18]闪烁报警。2.本地PC控制主要包括PC参数设置、控制器历史数据查询。参数设置操作人员使用本地PC[16]通过串口通讯[11]模块发出参数设置指令，当主控制器[7]检测到参数设置指令后，通过串口通讯[11]模块接收本地PC[16]发出的控制参数，然后将其保存到数据存储[9]模块中。完成参数设置后，主控制器[7]根据新的控制参数对冷柜进行控制。控制器数据查询系统运行时，主控制器[7]每隔固定时间，会将温度数据保存到数据存储[9]模块中，当本地PC[16]通过串口通讯[11]模块发出读取数据指令时，主控制器[7]通过串口通讯[11]模块将数据存储[9]模块中保存的数据发送给本地PC[16]，然后本地PC[16]将数据保存到Excel中，供操作者随时查看。3.远程手机控制主要包括远程报警，远程温度数据传输，远程控制参数设置。远程报警当系统运行出现故障时(主要包括传感器故障、断电、温度超限)，主控制器[7]通过GSM通讯[12]模块以短信形式发出报警信息和温度信息，该信息经过基站和移动网子系统[13]处理后，再经过基站[14]以短信形式发送到操作者手机[15]上，完成远程报警。·
温度数据传输当系统正常运行时，主控制器[7]每隔固定时间，将此段时间的温度数据，通过GSM通讯[12]模块以短信形式发出。该信息经过基站[14]和移动网子系统处理后，再经过基站[14]以短信的形式发送到操作者手机[15]上，完成温度数据传输。控制参数设置在系统运行过程中，操作者通过手机[15]以短信形式发送相应的控制参数，该控制参数经过基站[14]和移动网子系统[13]处理后，再经过基站[14]以短信形式发送到与主控制器[7]相连的GSM通讯[12]模块。然后主控制器[7]对短信进行处理，将控制参数保存到数据存储[9]模块中。主控制器根据新的控制参数对冷柜进行控制。
权利要求
1.一种冷柜温度远程智能控制系统，包括主控制器[7]、串口通讯[11]、GSM通讯[12]、温度检测模块[21]、控制输出模块[24]、数码管[19]显示、LED灯[18]显示、蜂鸣器[17]声音报警，可实现温度采集、温度控制、本地PC控制、远程监控功能，其特征在于整个冷柜温度远程智能控制系统采用按键[10]、手机[15]和本地PC机[16]相结合的方式对冷柜温度进行控制，主控制器[7]通过GSM通讯模块[12]、基站[14]、移动网子系统[13]与手机[15]无线连接，主控制器[7]通过串口通讯[11]模块与本地PC[16]相连，主控制器[7]通过IIC 口与数据存储[9]模块直接相连。
2.根据权利要求I所述的一种冷柜温度远程智能控制系统，其特征在于所述的冷柜温度远程智能控制系统采用按键[10]、手机[15]和本地PC机[16]相结合的方式对冷柜温度进行控制，手机[15]通过基站[14]、移动网子系统[13]与主控制器[7]连接，本地PC [16]通过串口通讯[11]模块与主控制器[7]相连，按键[10]直接与主控制器[7]相连，以上三种控制终端分别发送控制指令给主控制器[7]，并由其处理执行，从而完成对冷柜温度的远程智能控制操作。
3.根据权利要求I所述的一种冷柜温度远程智能控制系统，其特征在于所述的主控制器[7]通过GSM通讯[12]模块、基站[14]、移动网子系统[13]与手机[15]无线连接，操作者通过手机[15]接收控制器[7]发送的报警信息及数据存储[9]模块中的温度数据，同时可将控制参数发送给主控制器[7]。
4.根据权利要求I所述的一种冷柜温度远程智能控制系统，其特征在于所述的主控制器[7]通过串口通讯[11]模块与本地PC[16]相连，本地PC[16]可通过串口通讯[11]模块读取数据存储[9]模块中存储的历史温度信息，同时可将控制参数发送给主控制器[7]。
5.根据权利要求I所述的一种冷柜温度远程智能控制系统，其特征在于所述的主控制器[7]通过IIC 口与数据存储[9]模块直接相连，主控制器[7]间隔固定时间将温度数据通过IIC 口传输给数据存储[9]模块，实现历史数据的存储。
全文摘要
一种冷柜温度远程智能控制系统，该系统采用了按键、手机和本地PC机相结合的方式对冷柜温度进行控制。主控制器通过串口通讯模块与本地PC有线连接，通过GSM通讯模块、基站、移动网子系统与手机无线连接，通过IIC口与数据存储模块直接相连实现历史数据存储。本发明优点1．可通过手机设置主控制器参数，接收报警及温度信息。2.可通过本地PC设置主控制器参数，读取温度数据和故障记录。3．自动温度记录及故障记录功能。4．冷柜温度控制方式多样化。总之本发明应用范围广泛、控制方式灵活，适合冷柜的无人值守控制，可应用于各种冷柜控制，经济和社会效益巨大。
文档编号F25D29/00GK102954665SQ20121046749
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者罗勇, 张江飞 申请人:郑州大学