基于单片机的电冰箱温控器设计.doc

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第1章绪论 4

1.1课题研究背景及目的 4

1.2电冰箱的基本介绍 4

1.3本设计研究内容 5

第2章总体设计方案 6

2.1功能要求 6

2.2方案论证 6

2.2.1方案一 6

2.2.2方案二 6

第3章系统的硬件设计 8

3.1硬件电路的重要芯片介绍 8

3.1.1MCS-51单片机STC89C52 8

3.1.2温度传感器DS18B20 11

3.2部分电路简介 13

3.2.1过欠电压检测电路 13

3.2.212864液晶连接电路 14

第4章系统软件程序设计 16

4.1显示子程序 17

4.2DS18B20程序 18

4.3预置温度调节程序 19

4.4判断控制程序 20

4.5开启延时程序 21

第5章分析与结论 23

致谢 24

参考文献 25

附录一 26

附录二 28

温控器系统设计源代码 28

基于单片机的电冰箱温控器设计

专业班级：

电07技师1班学生姓名：

孙晶晶

指导教师：

黄新建职称:

高级讲师

摘要:

单片机是实时检测和自动控制系统中心一个核心器件。

本文设计的基于单片机的电冰箱温度控制器系统是利用温度传感器DS18B20采集电冰箱冷藏室的温度，通过INTEL公司的高效微控制器STC89C52单片机进行信号控制，从而达到智能控制的目的。

本系统可实现电冰箱温度设置、电冰箱过欠压检测、开门显示、压缩机开启延时等功能。

通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进，实现了电冰箱的智能控制，使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷，且节能效果良好。

关键词：

单片机；电冰箱；温度控制；过欠压检测；开启延时

第1章绪论

1.1课题研究背景及目的

冰箱是深刻改变了人类生活的现代奇迹之一。

在人们发明冰箱之前，保存肉类的唯一方法是腌制，而在夏季喝到冰镇饮料更是一种奢望。

随着国民经济的日益发展,人民的生活水平有了很大的提高,冷冻器具在家庭,医院,旅馆,餐厅和科研单位得到了广泛的应用。

电冰箱作为应用较为普及的家用电器,近年来,随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展,其呈现迅猛发展,电冰箱向大容量、多功能、无氟、节能、智能化、人性化方向发展,因此传统的机械式、简单的电子控制难以满足现代冰箱的发展要求。

电冰箱一般设有冷冻室和冷藏室。

冷冻室的温度为:

-16～-24℃。

冷藏室的温度为:

2～8℃。

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。

而此次设计的目的则是熟悉温控器的原理，并通过开发板模拟实现电冰箱温控器。

1.2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

热交换管，冰箱外部呈弯曲或盘曲状的管道

安全阀

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。

1.3本设计研究内容

在本次课题研究中我将参考从各个方面收集到的文献，博取其精华。

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；

在本文中将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，及用得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章总体设计方案

2.1功能要求

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。

2.2方案论证

根据毕业设计的要求，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，所以温控器的选择具体有两种以下方案。

2.2.1方案一

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：

●硬件电路复杂；

●软件调试复杂；

●制作成本高；

2.2.2方案二

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。

按照系统设计功能的要求，确定系统由6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、按键电路、继电器压缩机电路。

温度控制器总体电路结构框图如图2-1所示。

图2-1温度控制器总体电路结构框图

第3章系统的硬件设计

3.1硬件电路的重要芯片介绍

温控器电路设计原理图如附录A所示，控制器使用单片机STC89C52，温度传感器使用DS18B20，及12864液晶显示屏实现温度和其他显示。

3.1.1MCS-51单片机STC89C52

单片微机封装形式为双排直列式结构（DIP），引脚共40个。

如图3-1所示。

MCS－51单片机STC89C52其内部基本组成为：

一个8位的中央处理器（CPU），256byte片内RAM单元，4Kbyte掩膜式ROM，2个16位的定时器／计数器，四个8位的并行I/O口（P0，P1，P2，P3），一个全双工串行口5个中断源，一个片内振荡器和时钟发生电路，可编程串行通道，有低功耗的闲置和掉电模式。

这种结构特点决定了单片机具有体积小、成本低、可靠性高、应用灵活、开发效率高、易于被产品化等优点，使其具有很强的面向控制的能力，在工业自动化控制、家用电器、智能化仪表、机器人、军事装置等领域获得了广泛的应用。

图3-1MSC-C51单片机STC89C52引脚图

2．管脚说明：

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8051的一些特殊功能口，如下所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（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温度传感器DS18B20

温度传感器是本系统不可或缺的元件，其性能的好坏直接影响系统的性能，因此温度传感器采用DALLAS公司生产的高性能数字温度传感器DS18B20。

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。

以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

DS18B20内部结构如图3-3所示，主要由4部分组成：

64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、