冰箱温度控制器的设计与研究毕业论文文档格式.docx

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同理，当冷冻室制冷量比较小时，则使电机转速慢一些。

就降低压缩机制冷。

通过半导体制冷使冷藏室的温度控制更加精确。

在冷藏室需要制冷的时候可以启动半导体制冷，而不用启动压缩机，这样一方面避免了压缩机的频繁开启，另一方面也节约了能量，同时也保证了冷藏室的温度更加准确。

为了提高冰箱的性能，软件上还采取了自学习功能、故障运行自恢复功能、维护自检功能和容错技术等抗干扰设计。

该系统具有控制精度高、性能可靠、省电等特点。

关键词：

模糊控制论；

冰箱；

单片处理机；

自学习

Abstract

Inrecentyears,refrigeratorasawidespreadfamilyelectronics,theyorientationofdevelopingrefrigerators.

Thecontroloftherefrigeratoraimstokeepthefoodfurthesttemperature.Buttherearemanyfactorseffecttherefrigeratortemperature,suchasfoodtemperature,thermalcapacity,fullornotandfrequencyofopeningdoor.Soit'

sdifficultofbuildingthemodeloftherefrigerator.Soitcan'

trealizeprecisioncontrolusingtraditionalcontrolmethod.

ThePaperimprovesthecontrolprecisionutilizingfuzzycontroltechnology.Andthefrequencyconversiondesignedinordertoavoidstartingupcompressorfrequentlywhichmakestheelectricalmachineryworkaccordingtorequirement.Sotherefrigerationofcompressorwillbemoreeffective.Safeadoptsthesemiconductorandcompressortorefrigerateatthesametime.Inthenormalsituationthesaferefrigerateswithrefrigerationofthefreezerwhenthefreezerneedsrefrigeration,thesystemstartsthemechanismofcompressing.Thesafecanreachtherefrigerationresultatthesametime.Whenthefreezerdoesnotneedrefrigeration,thesemiconductorwillbeusedalone-Theresultcontrolledlikethiscanmakethesafeachievethegoalofcontrollingalonebasically.

Fortheperformanceofrefrigerator,theself-learning,self-repairing,self-checkingandfaulttoleranttechniquealeusedinsoftwaredesigning,Thissystemreliableperformanceandsavingelectricenergy.

Keywords：

Fuzzycontroltheory;

Refrigerator;

Singlechipcompute;

Self-learning

1绪论

1.1课题背景及意义

众所周知，电冰箱是现代家庭中必不可少的家用电器。

而目前市售冰箱大多采用传统的机械式温控，控制精度差，功能单一，控制方式简单难以满足现代冰箱发展的要求。

随着经济的发展和人民生活水平的进一步提高，人们对多功能化的发展要求越来越高。

单片机技术和电子技术的高速发展，使得箱内温度控制可随冷藏室和冷冻室的不同而分别设定，定时自动除霜、白动制冰、省电等诸多功能和要求得以实现。

特别是模糊控制技术在家用电器中的应用日趋成熟，为电冰箱向智能化方向发展提供了有利技术支持[1]。

在电冰箱的控制中，温度是主要的控制对象，控制的好就有显著的节能效果。

但冰箱内要受诸如环境温度的高低、冰箱本身的容积、冰箱中食物的多少、以及食物的种类和性质、存放物品的初始温度、散热特性及其热容量、物品的充满率及开门的频繁程度等控制。

冰箱内的温度场分布极不均匀，要想建立电冰箱温度变化的精确数学模型是很困难的，因此采用模糊控制技术才能达到最佳的控制效果[2]。

1.2智能冰箱系统概述

智能控制技术的发展，正在改变着人们的生活方式，更加舒适、更加可靠的家用电器可日益提高人们的生活水平。

单片机是智能家电的核心单元，因为单片机是嵌入在家用电器中，没有自己独立的外壳，通常称为嵌入式系统，如今嵌

入式系统无处不在，正推动着二十一世纪一场新的产业革命。

为了适应智能控制

技术的发展，单片机在它诞生以来的二十多年内，发生了迅猛的变化，从四位机

发展到六十四位机，架构也在发生变化。

电冰箱是白色家电中最有代表性的，在中国，电冰箱在家庭中的普及率很高，而且，制造技术也非常成熟，关键技术处于国际先进水平，部分技术还领先于国际同行。

家用电冰箱的模糊控制技术、多段变温技术、自动制冰技术、瞄准冷却技术、自动开门技术、变频技术、信息化网络化技术等都不同程度的折射出智能控制技术在家用电器中的广泛应用前景[2]。

1.3方案论证

经典控制理论，对于解决线性定常系统的控制问题是很有效的。

然而，经典控制理论对于非线性的时变系统难以奏效。

无论采用经典控制理论还是现代控制理论设计一个控制系统，都需要事先知道被控对象精确的数学模型，然后根据数学模型以及给定的性能指标，选择适当的控制规律，进行控制系统设计。

然而，许爹隋况下被控对象的精确数学模型很难建立。

模糊控制是一种以模糊集台论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为数学基础的新型计算机控制方法。

从线性控制与非线性控制角度分类，模糊控制是一种非线性控制。

模糊控制的方法模仿人的思维方式和人的检测经验，用电脑来代替人脑实施有效的控制。

模糊控制则是依赖于被控系统的物理特性。

特理特性的提取要靠人的直觉和经验，这些物理特性在人脑中是用自然语言来抽象成一系列概念和规则的。

用这种方法可以把人的经验形式化并引入控制过程，再运用比较严密的数学处理过程，实现模期推理，进行判断决策，以达到令人满意的控制效果。

单片机是一种十分特别的集成电路，它不但内部含有控制器、运算器、存储器，还含有大量的接口部件。

这种特点使得它成了一个十分有用的控制器件。

单片机用于执行模糊控制有以下几点：

（1）可以接受数字量、模拟量和开关量；

（2）可以输出数字量、模拟量和开关量；

（3）模糊化方便；

（4）反模糊化方便；

（5）模糊推理的执行较容易。

在控制芯片的选择上，市场上有许许多多的嵌入式控制芯片，本设计采用的是8051单片机，它是市面上常见的嵌入式芯片单它是一种8位的单芯片微控制器，属于MCS-51单芯片的一种，由英特尔公司于1981年制造[4]。

相比市面上其他单片机，8051市场份额占有率大，产品成熟可靠，在单一的封装中提供很多功能（包括CPU,RAM,ROM,输入输出，中断，时钟等）有非常多的周边硬件和软件资源，为我们的硬件结构架设和软件设计提供了非常多的参考，有利于我完成这次设计，所以我选择它作为核心控制器。

综上所述，我选择80C51单片机作为核心控制器，采用模糊控制方法完成系统的设计。

2系统介绍

2.1概述

2.1.1电冰箱的热负荷

家用电冰箱的制冷系统有压缩机、冷凝器、干燥器、节流毛细管、蒸发器等构成，如下图2.1所示

图2.1制冷系统流程简图

压缩机排气经冰箱冷暖气（在冰箱背面或侧面）冷凝后进入干燥过滤器，去除水分和杂质，在通过毛细管节流。

节流后的气液混合物先流入冷冻室和冷藏室，农蒸发器中吸收热量蒸发，使冷冻室和冷藏室的温度达到设定要求从蒸发器流出的制冷剂流入压缩机[5]。

2.1.2电冰箱的系统结构

本文的研究对象是大容积、多功能无氟电冰箱，这种电冰箱一般是多门分体结构、一套制冷装置，多通道风冷式。

箱体结构如图2.2所示。

控制温度的手段主要是压缩机的开停，循环风扇的转速、通风道门的开启程度等。

图2.2电冰箱的结构图

2.2系统设计与功能简介

传感器组主要由冷冻室、冷藏室、冰温室及环境温度等传感器组成，通过温度及风门状态检测和信号处理、根据模糊推理决策，控制压缩机及相应风门、风扇、电机、制冰机等运转模式。

图2.3冷冻室温度控制模糊推理框图

冷冻室温度控制模糊推理框图2.3所示。

风冷式电冰箱的制冷系统设置在冷冻室，由压缩机出来的高温、高压液态制冷剂，经冷凝器冷却后，被送到设置在冷冻室四周的蒸发器中蒸发为气态，同时吸收外界的热量，达到制冷的目的。

压缩机的开停决定制冷的程度。

图2.4冷藏室温度控制模糊推理框图

图2.4是冷藏室温度控制模糊推理图

在冷藏室和蔬菜室中不设蒸发器，而且将冷冻室的冷气经过公用风道，由风机传送给各温区，用各区的风门控制该区的温度变化。

冷冻室和其它温区的温度控制匹配问题用模糊控制器协调[6]。

冷冻室和冷藏室的温度控制方案基本是相同的，只是控制对象不同。

前者控制压缩机开停，后者调节风机风门。

现在以冷冻室为例，说明温度控制系统模糊控制器的设计问题。

模糊控制电冰箱不仅要考虑到冷冻室温度的恒温调节，同时也要考虑到冷冻室温度与食品温度未必相同这一因素。

最终应使食品温度保持在某一范围内，从而达到保险的目的，这是它与传统PID恒温调节系统追求的控制目标间的差别。

食品放进冷冻室即开始降温，经过一段时间，冷冻室的温度可能已降到给定值，但这时食品温度温度还没达到保鲜温度的要求，因此，这时压缩机关断以后，冷冻室的温度开始回升，当回升到给定值时，理应将压缩机再次投入运行。

但实际上，这时食品的温度由于热惯性并不能与冷冻室空间温度一直，从节能的观点出发，应延时启动压缩机，延时多长，也与放入食品的热容量有关。

以上分析说明，最后一次投入的食品的热容量（初始温度和重量）在