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一、項目概況

1.1 項目背景

當(dāng)今社會隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量要求越來越高，人們對冷藏食品質(zhì)量的要求也在不斷提高，不僅要求食品經(jīng)冷藏后盡量減少營養(yǎng)成分的損失，還希望能保持原有的色澤。食品外觀及營養(yǎng)成分的變化與冷藏溫度密切相關(guān)，并且不同種類的食品，其相應(yīng)的最佳冷藏或冷凍溫度也不同。如水果、蔬菜、花卉、乳制品、巧克力、黃油、保鮮肉、海鮮、鮮蛋、茶葉等食品的保鮮貯藏，啤酒、飲料的冷藏溫度在-10℃～8℃；凍魚、凍肉、凍家禽、凍蛋等冷藏溫度在-20℃～-10℃；鮮魚、鮮肉、米面制品、冰激凌凍結(jié)溫度則要求在-35℃～-20℃。冷庫是冷藏業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是冷鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是供應(yīng)鏈前端生產(chǎn)與后端銷售的紐帶。由于反季節(jié)消費、食品、飲品等生產(chǎn)企業(yè)倉貯等需要冷藏過渡貯存的食物、貨物越來越多，為冷藏業(yè)發(fā)展帶來了契機(jī)，市場容量逐漸擴(kuò)大，然而，目前的冷庫溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且溫度檢測儀器大都是單點測量，同時還有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于實現(xiàn)實時檢測及控制。此外，在大型冷庫系統(tǒng)中往往庫房個數(shù)多，保存的食品種類也多，每個庫房有自己所要求的工作溫度，因此大型冷庫的溫度控制控制起來比較復(fù)雜。在允許的冷藏溫度范圍內(nèi),以較高溫度儲存食品,對于節(jié)省電能、延長制冷設(shè)備的使用壽命都很有利，但傳統(tǒng)的冷庫溫度控制技術(shù)對庫房溫度測量的準(zhǔn)確性不高,而且不能滿足節(jié)能和智能化要求。

1.2企業(yè)簡況

鄭明物流公司作為國內(nèi)第三方冷鏈物流企業(yè)的佼佼者，擁有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)體系及客戶群體，擁有自有現(xiàn)代化冷鏈運(yùn)輸車輛600余輛，每日冷鏈貨物吞吐量超過5500噸，冷庫面積10多萬平方米。自主規(guī)劃設(shè)計、自主開發(fā)建設(shè)、自主管理運(yùn)營多個冷庫，已形成標(biāo)準(zhǔn)的冷庫管理及運(yùn)作流程，強(qiáng)大冷庫設(shè)計技術(shù)及運(yùn)營經(jīng)驗的支持下，開發(fā)冷庫溫度智能控制系統(tǒng)，服務(wù)企業(yè)上下游客戶及行業(yè)類的其它物流公司，打造國內(nèi)冷庫溫度智能控制標(biāo)準(zhǔn)體系，提升服務(wù)水平，促進(jìn)冷鏈行業(yè)信息化進(jìn)程，對于公司來說是一項關(guān)鍵的任務(wù)與重要的目標(biāo)。

二．國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢

（1）冷庫智能控制技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

自1834年誕生第一臺用乙醚作制冷劑的制冷機(jī)以來，制冷技術(shù)不斷發(fā)展，先后發(fā)明了氨和氟利昂為制冷劑的制冷機(jī)，并創(chuàng)造出了各種類型、轉(zhuǎn)速較快的制冷機(jī)，制冷系統(tǒng)逐步完善并實現(xiàn)自動控制。

日本的冷庫在60年代初自動化程度并不高，但在1965年后逐漸把電子技術(shù)應(yīng)用到制冷裝置的自動控制上，現(xiàn)在新建的冷庫都裝有庫溫自動顯示，記錄和調(diào)節(jié)儀表，并實現(xiàn)了制冷設(shè)備的自動啟停、蒸發(fā)器自動融霜等。一些大型冷庫自動化程度較高，如東京水產(chǎn)冷藏庫中心總?cè)萘繛?8.8萬噸，分為4幢庫，4個機(jī)房，整個冷庫群白天只有4-5個人，晚上只有一個人值班，監(jiān)視儀表和管理機(jī)器。近年來，日本等國相繼推出了新研制成功的帶節(jié)能控制的電腦控制系統(tǒng)的分體式制冷機(jī)組，它具有庫溫預(yù)測控制，最佳除霜控制、額定用電控制和制冷機(jī)優(yōu)化控制等功能，據(jù)有關(guān)資料介紹，它與不裝節(jié)能電腦的同類機(jī)組相比可節(jié)電10%左右。制冷裝置實現(xiàn)自動控制包括庫房溫度的自動調(diào)節(jié)和蒸發(fā)器冷卻排管的自動融霜、冷加工工藝流程的程度控制、制冷壓縮機(jī)的啟停和能量調(diào)節(jié)、輔助設(shè)備的自動控制、最佳工兌的調(diào)節(jié)等。冷庫采用自動控制技術(shù)后,不僅能節(jié)省人力,保證設(shè)備的安全運(yùn)行,還能使裝置合理運(yùn)轉(zhuǎn)、降低成本。

雖然對冷庫進(jìn)行自動化控制有很多優(yōu)越性，我國冷庫自動化控制也經(jīng)過了20多年努力，畢竟應(yīng)用的時間不是很長，經(jīng)驗不足，還處于摸索階段。對一般中、小型制冷系統(tǒng)，以制冷設(shè)備的安全保護(hù)控制、局部回路的自動控制為主，也可以采用機(jī)械點式全自動控制；而對大型制冷系統(tǒng),可采用電子計算機(jī)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)制冷。

（2）智能溫度控制法國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1971年，著名的美籍華裔科學(xué)家傅京孫教授最早公開指出了一個嶄新的研究領(lǐng)域，并提出了相應(yīng)的概念，這就是智能控制系統(tǒng)（Intelligent Control Systems）。1985年8月，IEEE在美國紐約召開了第一界智能控制學(xué)術(shù)討論會，智能控制原理和智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這一提法成為這次會議的主要議題。這次會議決定，在IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會下設(shè)立一個IEEE智能控制專業(yè)委員會。這標(biāo)志著智能控制這一新興學(xué)科研究領(lǐng)域的正式誕生。智能控制作為一門獨立的學(xué)科，已正式在國際上建立起來。在過去的20多年里，智能控制理論發(fā)展迅猛，出現(xiàn)了大量新穎的控制理論。智能控制系統(tǒng)是某些具有仿人智能的工程控制和信息處理系統(tǒng)，它與人工智能的發(fā)展緊密聯(lián)系。智能控制是一門新興的交叉前沿學(xué)科，它具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。智能控制就是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)合，將智能控制與PID控制相結(jié)合，實現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以更好的模擬人的操作經(jīng)驗來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng)PID算法的溫度控制儀表。目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的溫控對象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定等。

（3）溫度智能控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

國際上新型溫度控制系統(tǒng)正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1℃。國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9-12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5-0.0625℃。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125℃，測溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SM Bus總線和spI總線。

三．自主研究開發(fā)的目的、意義和必要性

（1）冷鏈行業(yè)跨越式發(fā)展，冷庫需求旺盛

我國冷鏈物流行業(yè)已逐步改善粗放、小規(guī)模的發(fā)展模式，朝著精細(xì)化、專業(yè)化、集約化、節(jié)約型、環(huán)保型、智能型的方向發(fā)展，尤其隨著北京、上海和廣州等一線城市國際化程度的日益提升，冷鏈產(chǎn)業(yè)在全國范圍內(nèi)展開大布局聯(lián)網(wǎng)，冷鏈?zhǔn)袌鲭S之升溫。目前，需要冷鏈保障的食品，主要是奶制品和飲料行業(yè)的低溫產(chǎn)品、速凍食品、冰激凌以及一些蔬菜、水果、肉、水產(chǎn)品等。據(jù)不完全統(tǒng)計，1995年以來，我國速凍食品的產(chǎn)量以20%的速度遞增，近幾年來甚至以35%的高速度遞增，遠(yuǎn)高于全球9%的平均增長速度。然而，目前我國只有10%的肉類、20%的水產(chǎn)品、少量的牛奶和豆制品進(jìn)入冷鏈系統(tǒng)，而歐美國家進(jìn)入冷鏈系統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品比例為85%。“我國冷鏈物流基礎(chǔ)設(shè)施相對落后，全國現(xiàn)有冷庫容量900萬噸左右，與美國2200萬噸相比差距甚大。各類冷庫的結(jié)構(gòu)比例不平衡，大型生產(chǎn)性冷庫比較多，小型零售冷庫比較少，肉類冷庫比蔬果冷庫多。”國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，在冷鏈設(shè)備方面，國內(nèi)大部分冷藏車都是由海運(yùn)報廢或即將淘汰的海運(yùn)冷藏集裝箱改裝，專業(yè)化的冷藏車數(shù)量嚴(yán)重不足。車輛的制冷技術(shù)也缺乏規(guī)范性的冷鏈車廂和溫度控制設(shè)施，無法為冷凍食品流通提供品質(zhì)保障。同時，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對冷庫建設(shè)的要求越來越高，加快我市冷鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進(jìn)冷庫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)刻不容緩。

近年來我國冷鏈行業(yè)已普遍認(rèn)識到這一點，不斷加快推進(jìn)冷庫等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，目前我國共建設(shè)冷庫2萬個，冷庫容量大概1700萬噸。此外，冷庫建設(shè)的發(fā)展模式也逐漸從最早的粗放型發(fā)展模式，轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)型、節(jié)約型、環(huán)保型模式。像蔬菜、水果、包裝熟食、冰激凌，以及藥品、疫苗、血漿等各種不同產(chǎn)品都需要有不同的冷藏方案，也需要有不同的冷庫設(shè)施給予配合。市場的多元化需要，將為冷鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來更大的市場空間，冷庫強(qiáng)大的需求已彰顯。

（2）溫度控制是冷庫的核心，智能化溫控的實現(xiàn)能夠增效降本

冷庫是利用降溫設(shè)施創(chuàng)造適宜的濕度和溫度條件的倉庫，又稱冷藏庫，是加工、貯存農(nóng)畜產(chǎn)品的場所。它能擺脫氣候的影響，延長農(nóng)畜產(chǎn)品的貯存保鮮期限，以調(diào)節(jié)市場供應(yīng)。冷庫主要用作對食品、乳制品、肉類、水產(chǎn)、禽類、果蔬、冷飲、花卉、茶葉、藥品、化工原料、電子儀表儀器的恒溫貯藏。溫度控制作為冷庫的核心，因食品專用冷庫不足，食品的冷藏鏈不完整，食品經(jīng)營管理的各種因素影響，我國每年約有3000萬噸水果、蔬菜、乳制品和其他易腐食品有待于從變質(zhì)中拯救出來，易腐食品每年要損失十多億元。針對養(yǎng)殖種植業(yè)的大幅發(fā)展與保鮮、存儲及流通的發(fā)展極不協(xié)調(diào)，產(chǎn)量越大虧損越多，我國現(xiàn)有人口已近13.5億，食品資源非常寶貴，如不盡快改觀，不僅是中國的食品工業(yè)的水平將大幅度落后于先進(jìn)國家，而且將會造成資源的大量浪費。為此，我們迫切需要提高冷庫自動化管理的水平，加強(qiáng)冷庫智能化溫控，降低運(yùn)營成本，促進(jìn)冷庫向安全、規(guī)范、節(jié)能、環(huán)保結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的方向發(fā)展。

（3）鄭明國際物流有限公司系統(tǒng)研發(fā)資源保障

鄭明公司旗下子公司明杉信息科技，擁有多項軟件著作權(quán)，擁有研發(fā)類技術(shù)人員20多名、已開發(fā)并實施運(yùn)營過WMS倉儲管理系統(tǒng)、汽車租賃系統(tǒng)、生鮮配送系統(tǒng)、回單管理系統(tǒng)、預(yù)算管理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口平臺、訂單管理系統(tǒng)等，擁有強(qiáng)大的研發(fā)技術(shù)能力及團(tuán)隊管理能力，目前正在申請成為“雙軟”企業(yè)，這一系列的資質(zhì)及技術(shù)保障為本系統(tǒng)的研發(fā)提供了很好的支撐。

此外，鄭明國際物流擁有ERP實施經(jīng)驗，通過ERP系統(tǒng)滿足不同客戶、供應(yīng)商以及各個下屬子公司對其商品及設(shè)備的倉儲，保管，包裝，配送，GPS/GIS，溫度全程監(jiān)控，退貨和回收的個性化的供應(yīng)鏈管理要求。鄭明國際物流ERP在設(shè)計上采用了開放式的信息技術(shù)架構(gòu)，追求的是有價值的數(shù)據(jù)并要求實時性和完整性，向客戶提供增值服務(wù)。鄭明國際物流目前的ERP包括以下模塊OMS，TMS，WMS，F(xiàn)MS，HRM，OA。鄭明國際物流通過IT信息技術(shù)為冷鏈，汽配，醫(yī)藥行業(yè)客戶評估、設(shè)計、制定及運(yùn)作全面的供應(yīng)鏈集成方案，設(shè)計業(yè)務(wù)流程再造。向客戶提供持續(xù)更新和優(yōu)化的技術(shù)方案的同時，滿足客戶特殊需求。鄭明國際物流把IT信息技術(shù)當(dāng)成與同行業(yè)公司進(jìn)行差異化競爭的重要戰(zhàn)略工具?？蛻舻膬?nèi)部供應(yīng)鏈及ERP系統(tǒng)與鄭明國際物流的ERP通過電子數(shù)據(jù)交換（EDI）緊密結(jié)合在一起。通過供應(yīng)鏈平臺整合上下游商品信息數(shù)據(jù)，降低客戶的物流成本，整合資源，合理安排生產(chǎn)計劃，提高產(chǎn)品銷量。上述系統(tǒng)方面的實施經(jīng)驗無疑為冷藏冷凍食品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的研發(fā)提供了技術(shù)與資源保障。

四 研究內(nèi)容和目標(biāo)

1．項目主要內(nèi)容、目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)

（1）項目目標(biāo)

1）能夠連續(xù)測量冷庫的溫度值，用1602液晶模塊來顯示冷庫的實際溫度；

2）利用軟件設(shè)定冷庫溫度范圍為-18℃到-20℃綠燈亮，溫度高于或低于溫度范圍紅燈亮提示，并且執(zhí)行相應(yīng)的動作；

3）溫度測量的精度為0.5℃；

4）溫度測量的誤差范圍在±0.5℃；

5）傳感器AD590使用環(huán)境-55℃到+155℃；

6）電源電壓DC+5V；

7）顯示、提示電路使用環(huán)境+10℃～+50℃；

8）溫度采集速度為1秒鐘。

（2）項目內(nèi)容

溫度智能控制系統(tǒng)是通過溫度傳感器將冷庫的溫度傳到單片機(jī)，單片機(jī)判斷溫度是否達(dá)到限定值來決定是否開啟或者關(guān)閉壓縮機(jī)。通過單片機(jī)可以將冷庫的溫度傳到上位機(jī)里面做數(shù)據(jù)備份，工作人員還可以通過上位機(jī)監(jiān)控軟件查詢冷庫的實時溫度。其中涉及到溫度調(diào)節(jié)、冷凝壓力的調(diào)節(jié)和壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)。

1）溫度調(diào)節(jié)。當(dāng)庫溫高于給定溫度上限值時，控制節(jié)點發(fā)出降溫信號，繼電器閉合,使電磁閥打開,主閥打開,氨泵運(yùn)轉(zhuǎn)供液,冷風(fēng)機(jī)起動工作,壓縮機(jī)起動工作；若庫溫低于給定溫度下限值時，繼電器斷開，使電磁導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥關(guān)閉，停止該庫房的供液，該庫房冷風(fēng)機(jī)也停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就能把庫房溫度控制在所需的范圍內(nèi)。當(dāng)各庫房的溫度都達(dá)到給定溫度下限值，不需要供液降溫時，氨泵和壓縮機(jī)自動停止工作。

2）冷凝壓力的調(diào)節(jié)。用調(diào)節(jié)水量的方法來控制冷凝壓力。該系統(tǒng)有三臺水泵，第一臺水泵的工作受溫度控制，只要有任意庫房控制節(jié)點發(fā)出需降溫的信號，則在供液降溫的同時該臺水泵投入工作。另外兩臺水泵受壓力控制器控制，隨著熱負(fù)荷的增大，冷凝壓力要升高，當(dāng)壓力升高至1.28MPa時,第二臺水泵投入工作(在冷凝壓力下降至1.15MPa時，該泵停止工作)；當(dāng)壓力升高至1.4MPa時，第三臺水泵也投入工作(在冷凝壓力下降至1.25MPa時，該泵停止工作)。

3）壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)。壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)是通過壓力控制器控制吸氣壓力的方法來實現(xiàn)的。大型冷庫系統(tǒng)中一般可有四臺壓縮機(jī)，第一臺壓縮機(jī)的工作是受庫房溫度控制，只要有一個庫房溫度高于溫度給定上限值，則控制節(jié)點發(fā)出降溫信號，使冷風(fēng)機(jī)啟動，供液電磁閥開啟，主閥開啟，氨泵運(yùn)轉(zhuǎn)供液，同時使這臺壓縮機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)。只有在所有的冷風(fēng)機(jī)全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，經(jīng)30s延時，這臺壓縮機(jī)才停止工作。第二臺壓縮機(jī)受壓力控制器控制，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)半小時后，吸氣壓力大于0.2MPa時，它就投入運(yùn)轉(zhuǎn)，在吸氣壓力下降至0.09MPa時，它停止工作。第三臺壓縮機(jī)是在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)h1后,當(dāng)吸氣壓力大于0.22MPa時，它就投入運(yùn)轉(zhuǎn)，在壓力下降至0.1MIPa時，它停止工作。第四臺壓縮機(jī)是在系統(tǒng)吸氣壓力達(dá)1.30MPa時投入運(yùn)轉(zhuǎn)，在壓力下降到0.05MPa時停止工作。

（3）項目關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)為PCI接口技術(shù)和C8051F單片機(jī)技術(shù)。

PCI接口技術(shù)。目前市場上的接口卡具有通用性，但對于冷庫環(huán)境而言，其實時性較差，智能化程度受到限制，只負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，對接收到的數(shù)據(jù)包的解析需要用戶自己來處理，產(chǎn)生使用的難度，需要設(shè)計智能化接口卡。PC機(jī)的接口主要有RS232，USB，PCI接口，32位PCI局部總線速率可以達(dá)到132M/s，相對于USB接口，PCI協(xié)議較簡單，需要的開發(fā)周期短。PCI總線支持33MHZ的時鐘頻率，其數(shù)據(jù)寬度為32位，可以擴(kuò)展到64位，為大批量的數(shù)據(jù)傳送和高性能的磁盤輸入提供了硬件技術(shù)支持。PCI總線開放性好，具有廣泛的兼容性，是一種低成本、高效益、能與SIA總線兼容的、代表未來發(fā)展趨勢的局部總線。PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

 

圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

C8051F單片機(jī)技術(shù)。單片機(jī)選用美國 Silabs 公司推出的高性能 C8051F 系列單片機(jī) C8051F020，主要特性是高速流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP -51 內(nèi)核 ；64KB可在線系統(tǒng)調(diào)試和編程的Flash存儲器；4352B的片內(nèi)RAM，可尋址64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器接口；片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，其中包括真正12位100ksps的8通道ADC。C8051F020是高度集成的混合信號 SoC 系統(tǒng)級 MCU 芯片，在工業(yè)溫度-45~+85℃范圍內(nèi)用 2.7~3.6V 工作電壓。

2．項目的創(chuàng)新點、先進(jìn)性及主要技術(shù)特點

（1）創(chuàng)新點和先進(jìn)性

1）自動控溫精確。該系統(tǒng)采用 C8051F 單片機(jī)技術(shù)及PCI接口技術(shù)，通過使用8個溫度傳感器進(jìn)行多點溫度的檢測，使得冷庫溫度在-25~+75℃范圍內(nèi)變化，精度達(dá)到±0.1℃，達(dá)到了工作實時性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠，控制精確，操作簡便。

2）多個測量點進(jìn)行溫度檢測控制。溫度傳感器是實現(xiàn)多點溫度檢測控制的關(guān)鍵，要求傳感器有很好的線性，同時最大限度地提高檢測溫度的精度。AD590 溫度傳感器是一種已經(jīng)集成的溫度感測器，它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流，溫度每增加 1℃，AD590會增加1uA輸出電流，在-55℃-150℃范圍中有較好的線性度，工作電源電壓范圍為+ 4V-30V。通過組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成多點溫度測量電路，實現(xiàn)多個測量點溫度檢測控制。

3) 系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)。在電路設(shè)計及布局上采用先進(jìn)技藝，通過兩級電壓跟隨器、RC 濾波電路和平均數(shù)字濾波,減少外界干擾對溫度的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性。

（2）主要技術(shù)特點和相關(guān)指標(biāo)

RC 濾波電路技術(shù)。根據(jù)RC組成的無源濾波電路中，根據(jù)電容的接法及大小主要可以分為低通濾波電路和高通濾波電路。前者是將較高頻率的信號旁路掉（因XC=1/（2πfc），f較大時，XC較小，相對于短路），因而電容C的值是參照低頻點的數(shù)值來確定。高通濾波電路與微分電路或耦合電路形式相同，因RC與脈寬tw的關(guān)系不同而區(qū)分為微分電路和耦合電路，選擇恰當(dāng)?shù)碾娙軨值，就可以有選擇地讓較高頻的信號通過，而阻斷直流及低頻信號。

平均數(shù)字濾波技術(shù)。數(shù)字濾波器是由數(shù)字乘法器、加法器和延時單元組成的一種裝置。其功能是對輸入離散信號的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以達(dá)到改變信號頻譜的目的。由于電子計算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波器已可用計算機(jī)軟件實現(xiàn)，也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實時實現(xiàn)。數(shù)字濾波器是一個離散時間系統(tǒng)（按預(yù)定的算法，將輸入離散時間信號轉(zhuǎn)換為所要求的輸出離散時間信號的特定功能裝置）。應(yīng)用數(shù)字濾波器處理模擬信號時，首先須對輸入模擬信號進(jìn)行限帶、抽樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字濾波器輸入信號的抽樣率應(yīng)大于被處理信號帶寬的兩倍，其頻率響應(yīng)具有以抽樣頻率為間隔的周期重復(fù)特性，且以折疊頻率即1/2抽樣頻率點呈鏡像對稱。為得到模擬信號，數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑。數(shù)字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復(fù)用、便于集成等優(yōu)點。數(shù)字濾波器在語言信號處理、圖像信號處理以及其他應(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。

兩級電壓跟隨器技術(shù)。通過兩級電壓跟隨器，構(gòu)成電路輸出級，提高帶負(fù)載的能力，使得電壓可測量又不分流輸出電流。同時用電壓跟隨器 U3 來穩(wěn)定輸入電壓，保證采樣時輸入信號的波動較小。

3．項目完成時達(dá)到的技術(shù)水平（含技術(shù)指標(biāo)）及市場前景預(yù)測

（1）本項目完成時達(dá)到的技術(shù)水平

1）CAN總線控制系統(tǒng)應(yīng)用于冷庫，通過數(shù)據(jù)查詢和備份，工作人員不用去現(xiàn)場就可以掌握庫房的溫度和報警情況，提高了工作效率，具有較高的性價比，結(jié)構(gòu)簡單，每個節(jié)點的價格較低，而且能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具，系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，溫度監(jiān)測點增加或者刪除時，可以直接掛接或卸掉，不影響其它節(jié)點。

2）本系統(tǒng)接口卡硬件采用PCI總線接口，具有高速穩(wěn)定的特點，采用32位/64位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，總線吞吐能力強(qiáng)，工作頻率可以從0到33MHZ，是低速總線向高速CUP總線轉(zhuǎn)接的最佳選擇之一。系統(tǒng)選用通用接口芯片PCI9052，能實現(xiàn)很好的實現(xiàn)PCI接口協(xié)議并完成PCI總線的接口設(shè)計，使開發(fā)工作量得到減少，縮短了開發(fā)周期。

3）接口卡采用光電隔離方式光電耦合器6N137來抗干擾，6N137的輸入輸出的電源和地線不同，信號的傳遞是通過其內(nèi)部的光耦來實現(xiàn)，這樣掛接在總線上的所有節(jié)點與總線都實現(xiàn)了隔離，也實現(xiàn)了節(jié)點之間的隔離，對干擾的相互傳染也起到了隔離作用。

（2）市場前景預(yù)測

國家加大了對冷鏈物流的政策扶持。物流產(chǎn)業(yè)成為十大振興產(chǎn)業(yè)之一。2009年2月25日，《物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》（國發(fā)[2009]8號）將物流作為十大振興行業(yè)之一，冷鏈物流作為物流產(chǎn)業(yè)中很重要的一個方面，可以借此機(jī)會，申請交通部對冷藏車輛的優(yōu)惠政策，并大力購買冷鏈設(shè)備，提高社會冷鏈裝備質(zhì)量和數(shù)量。2010年中央一號文件中也講到“加大力度建設(shè)糧棉油糖等大宗農(nóng)產(chǎn)品倉儲設(shè)施，完善鮮活農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系，支持大型涉農(nóng)企業(yè)投資建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品物流設(shè)施。”在這樣的大背景下，冷鏈物流業(yè)自然受到推動，獲得發(fā)展的機(jī)遇。政府兼顧冷鏈物流企業(yè)特點，對稅收、土地、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、監(jiān)督機(jī)制等熱點問題進(jìn)行專題研究，以進(jìn)一步研究加大政策支持力度。

損腐率降低對冷庫溫度控制形成更高的要求。中國冷鮮產(chǎn)品損耗率持續(xù)高起，長期以來，我國冷鮮產(chǎn)品中果蔬、肉類、水產(chǎn)品流通中的腐損率分別達(dá)到20-30%、12%、15%，因此每年帶來的損失將分別高達(dá)4807萬噸、555萬噸和730萬噸。而發(fā)達(dá)國家農(nóng)產(chǎn)品的腐損率低于5%，大幅好于我國水平。損耗率高的原因之一在于冷庫溫度控制的不完善。冷庫作為冷鏈的重要環(huán)節(jié)，對于出庫、入庫時產(chǎn)品溫度有嚴(yán)格要求，一旦產(chǎn)品在冷庫中的溫度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，加之各物流環(huán)節(jié)銜接時“斷鏈”問題嚴(yán)重（部分在屠宰或儲藏環(huán)節(jié)采用了低溫處理的產(chǎn)品，在運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)又出現(xiàn)“斷鏈”現(xiàn)象），溫度誤差將會產(chǎn)生牛鞭效應(yīng)，產(chǎn)品損腐率將大大提高。

智能溫控技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)之一。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫控器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器、研制單片測溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。

五、研究開發(fā)方法及技術(shù)路線（工藝路線）

 

圖4.1 系統(tǒng)開發(fā)流程圖

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計流程，首先對冷庫溫度現(xiàn)狀及控制方式進(jìn)行調(diào)查，并對目前市場上典型的智能溫控設(shè)備進(jìn)行考察；分析需求及關(guān)鍵技術(shù)后進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計；對于系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計，包括單片機(jī)選擇、傳感器電路設(shè)計、溫度控制電路設(shè)計、鍵盤和顯示電路設(shè)計；PCI接口技術(shù)設(shè)計是項目關(guān)鍵的技術(shù)；經(jīng)過系統(tǒng)軟件設(shè)計完成系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)；通過功能測試并根據(jù)測試對系統(tǒng)功能、模塊進(jìn)行完善；最后系統(tǒng)集成投入使用。

六、現(xiàn)有開發(fā)條件和工作基礎(chǔ)

1．承擔(dān)單位開展本項目的條件（技術(shù)、人才、設(shè)施條件等）

深耕于冷鏈物流領(lǐng)域的上海鄭明國際物流有限公司初創(chuàng)至今已走過20年的歷程，20年來公司由單一的冷鏈運(yùn)輸商已華麗轉(zhuǎn)型為將商流、物流、信息流和資金流整合為一體的供應(yīng)鏈集成商，正朝著領(lǐng)先的專業(yè)供應(yīng)鏈解決方案提供商邁進(jìn)。2011年，獲得紅杉資本投資，將原物流板塊整合，成立上海鄭明國際物流有限公司。2012年，設(shè)立國內(nèi)第一家第三方物流行業(yè)企業(yè)大學(xué)，鄭明學(xué)院。2012年，成立企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略服務(wù)的內(nèi)部研究機(jī)構(gòu)，鄭明物流研究所。2012年，建立與上海高校合作的校企合作基地，鄭明實訓(xùn)基地。2013年，開創(chuàng)國字號冷鏈培訓(xùn)基地與地方民營企業(yè)戰(zhàn)略合作的先河，中倉儲冷鏈物流培訓(xùn)基地。2013年，成為國家現(xiàn)代食品物流體系建立、食品物流管理水平提升及核心競爭力打造的載體，中國食品物流示范基地。2013年，公司成功通過上海市高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定。2013年，凱輝私募基金進(jìn)入，公司成為中、美、法合資企業(yè)。

公司主要從事冷鏈物流、汽配物流、快消品物流、醫(yī)藥物流等，公司已經(jīng)與眾多國內(nèi)外知名企業(yè)建立了長期、穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系。在先進(jìn)運(yùn)營模式的引領(lǐng)下，上海鄭明物流不斷跨越，如今已自有現(xiàn)代化冷鏈運(yùn)輸車輛600余輛，在全國成立了分公司40家，網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國90%的重要城市，擁有240000平方米倉儲中心，在華東、華南、華西、華北、華中等地?fù)碛写笮臀锪髦行?，每日冷鏈貨物吞吐?000余噸。公司也正在北京、廣州、成都及重慶等地建設(shè)冷鏈樞紐，進(jìn)一步打造覆蓋中國東南西北中部地區(qū)的冷鏈倉儲管理網(wǎng)絡(luò)。

鄭明學(xué)院是鄭明公司下屬機(jī)構(gòu)，其專注于培養(yǎng)物流人才的搖籃，是中國冷鏈物流行業(yè)首家企業(yè)大學(xué)。學(xué)院以培養(yǎng)“領(lǐng)先的、專業(yè)供應(yīng)鏈解決方案領(lǐng)導(dǎo)者”為目標(biāo)，同時設(shè)立了“鄭明物流研究所”、“鄭明培訓(xùn)中心”和“鄭明實訓(xùn)基地”，分別從行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、企業(yè)管理創(chuàng)新、操作技能和職業(yè)發(fā)展等層面，為企業(yè)培養(yǎng)具有職業(yè)道德、擁有引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展、具有專業(yè)技能的團(tuán)隊管理人才和實操人員。

鄭明物流研究所成立于2012年2月，是一個為企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略服務(wù)的內(nèi)部研究機(jī)構(gòu)。研究所充分利用社會和內(nèi)部資源，拓展企業(yè)的國際化視野，對經(jīng)營活動做出前瞻性的指導(dǎo)和評估，承擔(dān)專門課題的深層次研討，提出有價值的建設(shè)性意見，提供實施發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)時的決策參考，進(jìn)一步提高鄭明企業(yè)的核心競爭力，推動經(jīng)營業(yè)務(wù)持續(xù)、科學(xué)發(fā)展，實現(xiàn)跨越式發(fā)展目標(biāo)。

研究所現(xiàn)有專家團(tuán)隊15名，均來自于國內(nèi)外知名高校、科研機(jī)構(gòu)的物流領(lǐng)域?qū)W者，及長期從事現(xiàn)代物流管理的高級經(jīng)理人員。其中包括上海大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海海事大學(xué)、上海海關(guān)學(xué)院、上海菱通技術(shù)有限公司、平安信托等教授及領(lǐng)導(dǎo)。研究所至今已舉行過數(shù)次高質(zhì)量的研討會。在深入分析中國現(xiàn)代物流發(fā)展格局及轉(zhuǎn)型預(yù)測的基礎(chǔ)上，研究所專家根據(jù)上海鄭明國際物流有限公司發(fā)展的各個階段，就公司的戰(zhàn)略定位、策略、創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)行了一系列的深入思索及策劃。從理論到實踐，用調(diào)研的方式，用科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，對公司下一階段的發(fā)展，從搭建信息平臺、進(jìn)入保稅物流、農(nóng)資物流、金融物流等各個方面，進(jìn)行了一系列的科研研究。

2．已有的工作基礎(chǔ)

（1）配套設(shè)施及原材料來源落實情況（包括水、電、氣增擴(kuò)情況）

公司的辦公設(shè)備和技術(shù)開發(fā)設(shè)備齊全，上海明杉科技信息公司的建立為及時跟蹤國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備以及技術(shù)資料等信息，不斷的加強(qiáng)開發(fā)強(qiáng)度，為保持科技領(lǐng)先優(yōu)勢提供了保障。今后公司將不斷的加強(qiáng)投資，繼續(xù)擴(kuò)大軟硬件設(shè)施的資源和軟件信息資源。同時加快倉庫建設(shè)進(jìn)程，為金融物流業(yè)務(wù)的實踐提供設(shè)施設(shè)備保障。此外，與中國倉儲協(xié)會合作成立冷鏈培訓(xùn)基地將在人才資源、設(shè)施資源上提供項目大力的支持，并隨著項目的展開而不斷壯大。

（2）生產(chǎn)場地建設(shè)

公司在普陀區(qū)長壽路擁有超1500平方的辦公場地以及專業(yè)的物流研究所，擁有一流的專家研究團(tuán)隊及極富運(yùn)作經(jīng)驗的企業(yè)家合作伙伴，這些為本項目的成功轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

七、鄭明國際物流冷庫溫度智能控制系統(tǒng)效果

成果的具體體現(xiàn)

該項目作為公司冷鏈標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)作的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，是公司全稱冷鏈的保障，有助于規(guī)范冷庫運(yùn)作管理，降低成本、提高服務(wù)質(zhì)量，增進(jìn)效益。2013年冷庫業(yè)務(wù)營收增加10%以上，2014年營收增長將突破100%，同時節(jié)約運(yùn)作成本2000萬元。

1、成果的轉(zhuǎn)化

該項目已獲得公司董事會的高度認(rèn)可，各功能模塊設(shè)計已完成，全面上線即將啟動，系統(tǒng)已向用戶及行業(yè)推廣。

2、知識產(chǎn)權(quán)

本項目所撰寫的操作手冊和項目操作計劃書己計劃申請著作權(quán)。

3、現(xiàn)階段研發(fā)成果或項目的效用情況

1）冷凝壓力調(diào)節(jié)及壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)選型已完成

根據(jù)公司大型冷庫多溫帶的需求，對于壓縮機(jī)的選型已經(jīng)完成，并對于各冷庫溫度設(shè)定以及溫度預(yù)警調(diào)節(jié)展示方式進(jìn)行明確。

2）溫度傳感器及PCI接口核心技術(shù)已完成

系統(tǒng)選用AD590 溫度傳感器，它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流，溫度每增加 1℃，AD590會增加1uA輸出電流，在-55℃-150℃范圍中有較好的線性度，工作電源電壓范圍為+ 4V-30V。PCI接口技術(shù)局部總線速率可以達(dá)到132M/s，支持33MHZ的時鐘頻率，其數(shù)據(jù)寬度為32位，可以擴(kuò)展到64位。

3）系統(tǒng)已進(jìn)入測試階段

系統(tǒng)已在上海、南京、昆明等倉庫進(jìn)行測試。

八 效益分析與評估

7.1 經(jīng)濟(jì)效益

本項目實施后，公司投入最小的人力、物力、財力收到最大的經(jīng)濟(jì)效益，2014年將節(jié)約運(yùn)作成本2000萬元，同時通過行業(yè)內(nèi)推廣，實現(xiàn)10套系統(tǒng)銷售。并通過系統(tǒng)的逐步完善，形成冷庫溫度管理典范，確立行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位，并逐漸成為物流業(yè)知名的方案提供商和服務(wù)商。

7.2 社會效益

（1）節(jié)能降耗。采用能量調(diào)節(jié)裝置，使機(jī)器合理調(diào)配；保證庫溫穩(wěn)定，避免不必要的低溫；保證氨泵系統(tǒng)滿液運(yùn)行，提高蒸發(fā)器的傳熱效率；合理控制水量，保持穩(wěn)定。

（2）安全生產(chǎn)。一般氨壓縮機(jī)設(shè)高低壓保護(hù)、油壓差保護(hù)和過電流保護(hù)，制冷系統(tǒng)中設(shè)有水泵斷水報警、氨泵氣蝕保護(hù)和低壓循環(huán)貯液器與中間冷卻器的液位超高保護(hù)，其中任何一項出現(xiàn)故障，就能自動報警，有的立即切斷壓縮機(jī)電源，自動停止運(yùn)作。

（3）提高勞動效率，減輕勞動強(qiáng)度。由于自動控制代替許多手工操作，而且可靠合理，這樣大大減少值班工人的數(shù)量，并且操作工人可省去繁重的跑庫、查溫和頻繁地啟閉門、控制室和機(jī)房隔開，大大降低環(huán)境噪音，勞動條件得到很大的改善。