51单片机的电冰箱控制系统.docx
《51单片机的电冰箱控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51单片机的电冰箱控制系统.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
51单片机的电冰箱控制系统
目录
摘要III
AbstractIV
1绪论1
1.1论文研究的背景和意义1
1.2电冰箱电控系统的发展现状2
1.3论文主要设计内容2
2总体设计方案4
2.1总体设计方案简介4
2.2电冰箱电控系统的主要功能和要求5
3系统硬件设计6
3.1AT89C51单片机最小系统6
3.1.1AT89系列单片机的概况6
3.1.2时钟电路9
3.1.3复位电路10
3.1.4单片机系统电源设计12
3.2霜厚检测电路14
3.2.1热敏电阻简介14
3.2.2运算放大器LM32415
3.2.3霜厚检测电路16
3.3冷冻室冷藏室温度检测采样电路17
3.3.1温度传感器AD59017
3.3.2ADC0809简介18
3.3.3冷冻室温度采样电路图20
3.3.4冷藏室温度采样电路图20
3.3.5冷冻室冷藏室温度检测采样原理21
3.3.6过欠压保护电路21
3.4ADC0809与AT89C51接口设计22
3.4.1地址锁存器74LS37322
3.4.2ADC0809与AT89C51的接口电路23
3.5制冷与除霜控制电路24
3.5.1锁存器74LS27324
3.5.2驱动控制电路的设计25
3.6开门报警电路26
3.7键盘显示电路26
3.7.1接口芯片8279简介26
3.7.2LED简介28
3.7.3键盘显示电路设计29
4系统软件设计31
4.1系统主程序31
4.2T0中断服务程序32
4.3T1中断服务程序33
4.4INT0中断服务程序33
5结论35
参考文献36
致谢37
摘要
单片机即单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
其中51单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域。
本课题设计的电冰箱的电控系统主要应用AT89C51单片机作为核心控制元件进行分析和设计，对各部分的软件编程、硬件电路设计、及调试进行了介绍。
本系统分温度测量和信号产生输出两大部分。
温度测量部分以模拟电路为主，配合电压比较模块、A/D转化模块，在误差允许范围内测量温度值，并进行比较,产生电压信号。
信号经A/DC0809进行A/D转换，进入AT89C51单片机。
信号经单片机的控制运算处理，产生控制信号并输出控制压缩机、加热器的启动与停止。
此外，该系统可通过专用键盘接口芯片8279进行温度的设定及显示。
系统扩展LED显示器，显示动态的冷冻室温度和冷藏室温度；系统扩展了多个功能键，通过功能键可人为改变控制设定值从而满足不同用户的不同需要。
近年来，随着微电子技术、传感器技术以及计算机控制技术的发展，人们对电冰箱的控制功能要求越来越高，这对电冰箱控制器提出了更高的要求，多功能、人性化和节能是其发展方向。
传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求。
为此，本文介绍了采用AT89C51单片机作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制，并用声音将电冰箱的一些工作过程进行提示，使控制过程更人性化。
通过AD590温度传感器对冷藏室温度,冷冻室温度进行检测，并将产生的模拟信号，通过ADC0809进行A/D转换送入单片机；对霜厚度则通过热敏电阻进行温度检测后产生中断信号送入单片机。
温度检测信号经单片机处理后用语调节压缩机和加热器的工作，满足消费者对温度的设置要求，实现自动除霜功能。
经过实践证明，经过反复的模拟运行、调试，修改，最后形成了一套完整的程序系统。
本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。
关键词：
AT89C51单片机,A/DC0809,8279，AD590，电冰箱的电控系统。
Abstract
SCMismicrocomputer（Single-ChipMicrocomputer）whichisasetofCPU,RAM,ROM,thetiming,numberandvarietyofintegratedmicro-controllerinterface.The51microprocessorwhichisquitetypicalandrepresentativeiswidelyusedinvariousfields.
Themaintopicsdesignedbychip–microcomputerAT89C51finishthefunctionofcontrollingthefridge.Thispaperintroducestheelectricrefrigerator’selectricallycontrolledsystem,includingsoftware,hardwaredesign,andcommissioningtheproblemsencounteredindesignaswellassolutions.
Thesystemisdissolvedintotemperaturemeasurementandsignaloutputtwomostvoltagemeasurementpartsinthemaincircuitsimulation,andtiecomparativemodule,A/Dconversionmodule.Surplusmicroprocessorthroughdataprocessing,intherangeofallowableerrortemperaturemeasurementsshowsandgeneratesvoltagesignal.SignalinputissentintoA/DC0809forA/Dconversion.ThenthesignalafterconversionentersAT89C51microprocessor．Theoutputthathasbeendealtwithisusedtocontroltherunandstopofcompressorandheater.Inaddition，thissystemcanfulfillthefunctionofsuccessivetemperaturesettingby8279,achipusedtocontrolkeyboardandshow.ThedesignextendsLEDdisplay,whichdisplaysthedynamicenvironmentaltemperatureandextendsafewfunctionalkeysthatausercaninputtheappropriatetemperatureparameterforthespecialneed.
Intheseyears,withthedevelopmentofmicroprocessorsandsensor,thedemandoffunctionoffridgeisbecominghigherandhigher.Usersneedithasmanyfunctions,personal-likeinterfaceandlittlewasteofpower.However,thetraditionalfridgecannotfinishallthefunctions.Asaresult,thispaperintroducesthesystemwhichusesAT89C51asthecenterofthecontrolsystem,havingsoundsystemtoremindusers.The51-computergetsthetemperatureparameterfromtheintegrationtemperaturesensorandtheADC0809thattransformstheanalogparametertothedigitalparameter.Then,the51-computerputsoutthesignaltocontroltherunandstopofcompressorandheater.
Afterrepeateddebuggingandrevision,thefinalformofacompletesetofproceduressystemiscompleted.Practicehasprovedthatthesystemissteady,andithastheadvantagesofasimplehardwarecircuits,softwarefunctions,reliablecontrolsystem,highcostperformance,practicalandreferencevalue.
Keyword：
AT89C51,A/DC0809,8279,AD590,electricrefrigerator’selectricallycontrolledsystem.
1绪论
1.1论文研究的背景和意义
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。
在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。
酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的于社会，电冰箱的出现及大量普及就是一个很好的例子。
随着社会发展，人们对食品温度的控制要求也越来越高，对于电冰箱的温度控制也就相应的不断提高。
随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。
单片机产生于20世纪70年代，发展非常迅速，从8位单片机发展到了32位的单片机，并向双CPU，大存储容量，低功耗发展。
单片机是高科技产品开发过程中不可或缺的关键手段。
它结合传感技术及计算机等高新技术，并综合应用了机械技术发展的新成果，不管是在民用工业，还是在国民经济建设中都有着极其广泛的应用前景，广泛应用于工业自动化，智能仪器仪表的设计制造中，消费电子产品领域，通信方面及武器装备等，含盖了生产、生活、军事各个领域，实现了电子产品的准确化、智能化、最优化和多功能化，发挥着越来越重要的作用，引起了各个国家的高度重视。
依靠单片机的控制技术作为现代高科技的重要组成部分，推动着自动化生产、计算机、材料加工、医疗、纺织等相关领域的发展。
是衡量一个国家科学技术水平的重要标志。
正由于用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点，所以电冰箱的电控系统也采用了单片机为其各功能控制实现的核心。
而我设计的电冰箱的电控系统就是采用了单片机为控制核心，通过电路设计，扩展外围电路，实现电冰箱的温度控制，自动除霜，温度的显示功能，开门报警功能，具有很强的实用性，现实性。
通过本论文的研究，我不仅了解电冰箱的相关知识，还掌握了AT98C51系列单片机的性能特点及连接使用，编程方法，以及一些外围芯片的使用及模拟电路的设计。
1.2电冰箱电控系统的发展现状
世界第一台电冰箱是在1918年由美国的卡尔维纳特公司设计制造出来的，1927年美国通用电器公司首次研制出了全封闭式自动制冷电冰箱。
我国的家用冰箱行业始于1956年改革开放后迅猛发展到，1985年鼎盛时期全国有10多家冰箱生产厂家。
目前已发展到20多家。
冰箱从最初的单门（单冷藏或单冷冻）发展到双门，再到多门，其控制系统也得到了很大的发展与完善。
家用电冰箱的主要发展趋势朝容量及功能两个方向发展,其中以大型化、多功能化、全自动化为主。
其中，其功能的发展主要依靠电冰箱电控系统的不断发展和完善，传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求，因此，这对电冰箱控制器提出了更高的要求，电冰箱的电控系统的发展也成为了电冰箱功能不断提高的关键。
单片机的出现及应用使电冰箱电控系统的简化和完善有了很大的进步。
如目前已经把电脑和数控技术相结合，开发出了数控冰箱，以及具有模糊逻辑思维功能的变频式空调等。
几年前，伊莱克斯集团曾推出未来冰箱模式“屏幕冰箱”，这种“屏幕冰箱”因在冰箱门体上嵌入一台触摸式多媒体电脑而得名。
它是迄今为止世界上智能化程度最高的冰箱。
人们在生活中有时忘记一些重要的日子或数据，如妻子的生日，孩子的培训时间或者是妈妈的手机号，这些信息只需用手轻点一下就能得到，使用者还可以在厨房一边工作一边收看自己喜爱的电视连续剧或者新闻节目。
“屏幕冰箱”可以与电视监视系统相连，用户在厨房里就可以看到门外的来访者。
除了具备一台冰箱的功能以外，“屏幕冰箱”还能够帮助用户管理食物贮存，考虑到将来的商品都会在包装袋上加上电子条形码，“屏幕冰箱”可以通过扫描条码准确地传达不同的储藏室里存放了些什么食物、食品的数量和有效期等信息。
电冰箱的智能化必将随着控制系统的发展而逐步的得到提高。
1.3论文主要设计内容
本设计的目的是利用单片机采集环境温度值，以数字量的形式存储和显示，可以独立作为一种设备对温室温度进行有一定精度的控制，经过简单的运算发出各种控制命令，并能动态的显示当前温度值，设定目标控制温度值。
本设计所采用的控制芯片为AT89C51单片机，此芯片功能强大，能够满足设计要求。
通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，使得单片机作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制，并用声音将电冰箱的一些工作过程进行提示，使控制过程更人性化。
通过AD590温度传感器对冷藏室、冷冻室温度进行检测，并将产生的模拟信号，通过ADC0809进行A/D转换送入单片机；对除霜电路则采用热敏电阻进行温度检测后产生中断信号送入单片机。
温度检测信号经单片机处理后用于调节压缩机和加热器的工作，满足消费者对温度的设置要求，实现自动除霜功能。
2总体设计方案
2.1总体设计方案简介
直冷式电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启动与停止，使冰箱内的温度保持在设定的温度范围内。
一般，当蒸发器温度高至3~5°C时，启动压缩机制冷，当温度低于-10°C~-20°C时，停止制冷。
本电冰箱电控系统要完成冷冻室及冷藏室的温度检测和动态显示的功能，霜厚检测及除霜的功能，开门报警功能，温度设置功能，以及电源过欠压保护功能。
此设计的电冰箱电控系统是以AT89C51作为主控制芯片,ADC0809为模数转换芯片,AD590温度传感器为温度检测元件，液晶显示器,按键开关等元器件组成,通过软硬件结合实现键盘扫描,液晶显示,I/O口扩展功能。
该系统具有简洁，操作简便，实用方便的特点。
此设计的总体框图如图2-1所示：
图2-1系统总体设计硬件方框图
外围电路是AT89C51工作的基础保障——电源电路提供稳定的+5V工作电压；时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号；复位电路使单片机实现初始化状态复位。
键盘电路用于向系统输入运行参数，控制系统的运行状态。
通过键盘扫描等程序设计把键盘输入的数据在液晶显示器上显示。
LED电路用来显示键盘输入的数据，AD590实现对冷冻室和冷藏室的温度检测，ADC0809完成对温度的模数转换，将信号上传给单片机，其功能是靠硬件电路的设计和软件程序的结合来实现的。
热敏电阻感测温度，判断霜厚程度，产生中断信号，结合单片机软件程序，控制加热器的启动与停止，完成自动除霜的功能。
2.2电冰箱电控系统的主要功能和要求
1设定3个测温点，测量范围-26°C~+26°C，精度±0.5°C；
2利用功能键分别控制温度设定、冷藏室和冷冻室温度设定等；
3利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启动停止和报警状态；
4制冷压缩机停止机后自动延时3min后方能再启动；
5电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达3mm时自动除霜；
6开门延时超过2min发声报警；
7工作电压176V～240V，当过压或欠压时，禁止启动压缩机。
3系统硬件设计
3.1AT89C51单片机最小系统
3.1.1AT89系列单片机的概况
AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。
这个系列单片机的最大特点是在片内含有Flash存储器，而其他方面和MCS—51没有太大的区别。
该系列有着十分广泛的用途，特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。
1．AT89系列单片机的特点
（1）内含有Flash存储器
由于片内含有Flash存储器，因此在系统开发过程中可以十分容易地进行程序的修改。
同时，在系统工作过程中，能有效地保存数据信息，即使外界电源损坏也不影响信息的保存。
（2）和AT80C51插座兼容
AT89系列单片机的引脚和MCS—51系列单片机的引脚是一样的。
只要用相同引脚的AT89系列单片机就可以取代MCS—5l系列单片机。
（3）静态时钟方式
AT89系列单片机采用静态时钟方式，节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。
2．AT89系列单片机的概况
AT89系列单片机共有7种型号，分别为从89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89LV52、AT89C2051、AT89C1051、AT89S8252。
其中AT89LV51、AT89LV52分别是AT89C5l、AT89C52的低电压产品。
最低电压可以低至2.7V。
而AT89C2051、AT89C1051则是低档型的低电压产品。
它们只有20条引脚．最低电压也为2.7V，见表3-1。
表3-1AT89系列单片机概况
型号
AT89C51
AT89C52
AT89C1051
AT89C2051
AT89S8252
Flash（KB）
4
8
1
2
8
片内RAM（B）
128
256
64
128
256
I/O条
32
32
15
15
32
定时器（个）
2
3
1
2
3
中断源（个）
6
8
3
6
9
串行接口（个）
1
1
1
1
1
M加密/级
3
3
2
2
3
片内振荡器
有
有
有
有
有
EEPROM（KB）
无
无
无
无
2
3．AT89C51单片机的引脚封装及功能
AT89C51单片机的引脚封装图如图3-1所示：
图3-1AT89C51单片机的引脚封装图
管脚说明如下：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
管脚备选功能
P3.0/RXD（串行输入口）
P3.1/TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4/T0（记时器0外部输入）
P3.5/T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.1.2时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。
单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
在AT89C51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。
在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。
AT89C51的时钟电路如图3-2所示：
图3-2AT89C51的时钟电路
用晶振和电容构成谐振电路。
电容C1、C2容量在1
升级会员 