基于单片机的电冰箱温控器设计毕业设计Word文档格式.docx

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电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度达到食品保鲜的目的。

本论文介绍单片机结合DS18B20设计的智能温度控制系统，系统用一种新型的“一总线”可编程数字温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和A／D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高、功耗低、微型化、抗干扰能力强，可根据不同需要用于各种温度监控及其他各种温度测控系统中。

美国DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20，具有微型化低功耗、高性能、可组网等优点，新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

DS18B20的测温分辨率较高，DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号，因此特别适合和单片机配合使用，直接读取温度数据。

现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

而且新一代产品更便宜，体积更小。

DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为0.0625°

C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

DS18B20的性能是新一代产品中最好的！

性能价格比也非常出色！

第1章绪论

1.1电冰箱的基本介绍

冰箱的基本原理很简单：

冰箱利用液体蒸发吸收热量。

冰箱中使用的液体（即制冷剂）会在极低的温度蒸发，使冰箱内部保持冰冻温度。

所有冰箱都由五个基本部件组成：

●压缩机

●安全阀

●热交换管，冰箱外部呈弯曲或盘曲状的管道

●冷交换管，冰箱内部呈弯曲或盘曲状的管道

●制冷剂，冰箱内蒸发以制造低温的液体很多工业冰箱使用纯氨作为制冷剂，纯氨在-32℃时蒸发。

压缩机压缩制冷剂气体，这将升高制冷剂的压力和温度（橙色），而冰箱外部的热交换线圈帮助制冷剂散发加压产生的热量。

当制冷剂冷却时，制冷剂液化成液体形式（紫色），并流经安全阀。

当制冷剂流经安全阀时，液态制冷剂从高压区流向低压区，因此它会膨胀并蒸发（浅蓝色）。

在蒸发过程中，它会吸收热量，发挥制冷效果。

冰箱内的线圈帮助制冷剂吸收热量，使冰箱内部保持低温。

然后，重复该循环。

1.2国内外的研究状况

长期以来，在电子行业，温控器正快速发展。

温控器是控制末端装置，实现分室温度控制和节能运行的关键。

普通电冰箱温控器基本上是一个独立的闭环温度调节系统，主要由温度传感器、控制器、温度设定机构等装置组成。

其控制原理是电冰箱温控器根据温度传感器测得的室温与设定值的比较结果发生控制信号，控制电冰箱压缩机电源的开关，即用切断和打开压缩机电源的方式，调节电冰箱内温度。

第一代空调温控器主要是电气式产品，空调温控器的温度传感器采用双金属片或气动温包，通过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度，风机三速开关和季节转换开关为拨档式机械开关。

这类温控器产品普遍存在“温度设定分度值过粗”、“时间常数太大”、“机械开关易损坏”等问题。

第二代空调温控器为电子式产品，温度传感器采用热敏电阻或热电阻，部分产品的温度设定和风速开关通过触摸键和液晶显示屏实现人机交互界面，冷热切换自动完成，运算放大电路和开关电路实现双位调节。

这类智能空调温控器产品改善了人机交互界面，解决了“温度设定分度值过粗”等问题，但仍存在“控制精度不高”、“时间常数大”、“操作较复杂”等问题。

目前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型温控器，如DS18B20。

个别厂家积极响应国家的政策，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。

现在已有国内厂家生产出了智能型温控器，并已应用于实际工程。

这一生产带动电子行业的发展。

1.3本设计的研究内容

课题的任务是应用单片机及DS18B20单总线器件设计一套温度检测系统，实现对温度的测量及显示，并通过按键人为设定温度上下限！

而且在温度超上限价或下限量有控制功能，系统以高性能/价格比的89C51为核心，完成对数据的分析、处理、显示、温度上下限设置、超限自动控制，采用单线数字温度传感器DS18B20来完成对温度的采样和转换。

由于课题是完成对温度的实时监测，因而系统的核心部分就是如何实现温度采集。

系统采用的是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20来完成这一任务的。

DS18B20与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要去通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，可分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅从一根口线，温度变换功率来源于数据总线，总线本身可以为所接的DS180B20供电，而无需外电源。

DS18B20需在严格的时序控制下才能进行正常操作。

对DS18B20的操作包括初始化操作、读/写时间片。

总线上的所有操作均从初始化开始，初始化或对RAM、ROM操作。

主CPU通过“时间片”来写入或读出DS18B20中的数据。

概括说，主CPU经过单线接口访问DS18B20的工作流程为：

对DS18B20进行初始化→ROM操作命令→存储器（包括RAM和EERAM）操作命令→数据处理。

主CPU对ROM操作完毕，即发出控制操作命令，使DS18B20完成温度测量并将测量结果存入高速暂存器中，然后单片机可读出此温度转换值，并随之进行数据处理、送显示等操作。

研究方法则是采用C51单片机开发板模拟电冰箱工作环境，并模拟设定电冰箱各项参数，以研究电冰箱温控器的工作原理及设计。

研究的内容主要包括以下方面：

1、液晶显示的工作原理，并通过液晶将各项数据显示在冰箱外；

2、温度控制器原理，制冷原理，自动控制电冰箱工作使其通过制冷达到所设定的温度；

3、智能检测电冰箱工作电压是否正常，避免压缩机烧坏；

4、继电器工作原理，模拟对压缩机的通/断电操作；

5、单片机C程序编程语言；

本文介绍基于单片机的电冰箱温控器设计的总体设计思想和方案，及用到的部分芯片及硬件设计的原理，还有软件设计过程中的思想和方法等。

第2章总体方案设计

2.1功能特点

基于单片机设计的智能冰箱控制器，与传统的电冰箱相比，在功能上有了很大的扩展，更加人性化，更加方便，真正实现了智能化的要求。

它的智能化主要表现在以下几个方面：

第一，用户可以通过控制面板上的按钮，对冷冻室的温度进行预先设定，而不必打开冰箱门，电脑能根据用户设定的温度，控制压缩机的开、停，使冷冻室的温度达到设定的温度，同时在控制面板上有数码管向用户显示冷冻室的实时温度和预设的温度值。

第二,通过按钮转换，数码管还可以向用户显示冰箱压缩机开机时间和停机时间，用户通过观察这两个计时时间能估计出实时的压缩机开机时间百分率，了解冰箱的工作状况及耗电情况，了解在长期的使用过程中冰箱的性能、效率、能耗变化情况。

第三，使冰箱具有“大脑”功能，能够根据自身的“感觉”，不断做出自身的调整，如自己控制压缩机的启动/停止，以及相应的时间；

同时，它还忠诚的响应主人的号召，时刻按照主人的要求行事。

主人下达最终的执行任务，它就通过自身的方式执行，如它的行动方向与主人的指令是一致的。

第四，当用户开启冰箱门之后，未关严或开门时间过长时发出开门超时报警、提醒用户及时关门以节省电能，当电冰箱因氟利昂泄露或压缩机等机械部件性能劣化，发生制冷效率下降而使压缩机长时间开机连续超过6小时以上，发出1报警，以及冷冻室温度下降不下去，高于零下5度时发出故障2报警。

总而言之，电冰箱使用这个由单片机设计的冰箱控制器后，用户再也不用像以前那样，对使用电冰箱的工作状况，性能好坏全然不知道，而是通过电脑对电冰箱工作状况的实时监测和显示，实时清楚的了解温度、效率、能耗的情况；

它使得一台普通的电冰箱有了“大脑”，它能通过不断地监测，调整自己的行为，使之维持在正常的水平上。

当自己“生病”时，便向它的主人发出病态信号，并且给予“治疗”。

这个控制器真正使得电冰箱智能化，因此称之为“智能冰箱控制器”。

2.2设计要求

通过液晶显示所设定的温度，温度能随意调节，能自动控制电冰箱工作，使其通过制冷达到所设定的温度。

2.3方案设计

根据设计的要求，我们可以知道在本次设计中最重要的部分就是温控器，温控器的选择将决定外部电路的设计，在日常生活及工农生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电耦和热电阻。

温控器的第一选择就可以选择热电耦和热电阻，他们测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，但是需要比较多的外部硬件支持。

因此这种选择就有如下主要缺点：

1.硬件电路复杂2.软件调试复杂3.制作成本高方案设计采用美国DALLAS半导体公司生产的高性能数字智能温度传感器DS18B20。

DS18B20作为检测元件，测温范围为-55~125℃，最高分辨率可达0.0625℃。

DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

所以在本次毕业设计中采用方案二，使用DS18B20作温控器配合51单片机STC89C52进行设计。

第3章系统的硬件设计

3.1硬件设计方案

按照系统设计功能的要求，确定系统由8个模块组成：

主控制器、测温电路、液晶显示电路、过欠压检测电路、继电器压缩机电路、复位电路、按键电路和报警电路。

图3-1８９Ｃ５１单片机控制电冰箱的原理框图

应用89C51单片机控制电冰箱的原理框图如图3－1，MCS-51单片机的典型芯片是89C51。

MCS-51系列单片机研制于1980年，由Intel公司所开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，其ROM、RAM都可扩充至64KB，也增添了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（CJNE）、栈入（PUSH）、栈出（POP）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。

采用温度传感器测得冷冻室温度，通过单线与单片机通信，单片机将此温度值进行保存后，通过控制版面的按键输入某一冷冻温度设定值（电冰箱出厂时候，已经输入了一个比较合适的温度值，或叫做隐含值），这个设定的温度值由单片机送往右边四位数码显示的同时，还不断与实测的冷冻室温度进行比较，如下：

T1≥T设+8?

即冷冻室温是否比设定的温度高8度,若是的话,单片机2.0口输出高电平,使得VT1饱和导通,继电器K1吸合,压缩机运转,电冰箱开始制冷过程.若比较结果是否定的,则压缩机保持原来状态不变,这里会有两种情况:

一种是压缩机在开机后使冷冻室温度T1降下来，使得T1不再大于T设+8的情况，这也需要保持压缩机继续停机。

程序设计必须考虑对于非变频式压缩机（即活塞式、玄片式等开停式温控制器型）,为避免压缩机的频繁启动/停止，而规定的大约8℃范围内，是上升还是下降进入两种不同情形时压缩机应有的状态。

压缩机运行后，冷冻室温度不断下降，控温程序将对T1≤T设继续进行比较，当冷冻室温度T1降至设定温度以下时，单片机P2.0口输出低电平，继电器K1释放，控制压缩机停机，若比较结果是否定的则保持压