电冰箱温度传感器Word文档下载推荐.docx
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引言
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，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。
20世纪90年代出现的EDA技术是电子设计的重要工具，其核心是利用计算机完成电路设计的全程自动化，EDA技术应用于芯片设计和系统设计，极大的提高了电路设计的效率和可靠性，节省了设计成本，减轻了设计人员的劳动强度。
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EDA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EDA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EDA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EDA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，温度的显示功能，具有很强的实用性，现实性。
通过本设计的研究，我不仅了解电冰箱的相关知识，还掌握了利用IP核设计电子系统，引用方便，修改基本元件的功能容易，以及一些外围芯片的使用及模拟电路的设计
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1.总的设计方案
1.1总体方案简介
方案一：
电冰箱的系统组成
液体由液态变为气态时，会吸收很多热量，简称为“液体汽化吸热”，电冰箱就是利用了液体汽化的过程中需要吸热的原理来制冷的。
蒸气压缩式电冰箱制冷系统原理图如图1.1所示，主要由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成，其动力均来自压缩机，干燥过滤器用来过滤赃物和干燥水分，毛细管用来节流降压，热交换器为冷凝器和蒸发器。
制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后成为高温高压的过热蒸气，排入冷凝器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥过滤器流入毛细管节流降压，成为低温低压液体状态，进入蒸发器中汽化，吸收周围被冷却物品的热量，使温度降低到所需值，汽化后的气体制冷剂又被压缩机吸入，至此，完成一个循环。
压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。
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图1.1电冰箱制冷系统原理图
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、停，使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。
冷冻室用于冷冻食品通常用于冷冻的温度为－3C～－15C,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品，要求有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，温度一般为0C～10C，当测得冷冷冻室温度高至－3C~0C时或者是冷冻室温度高至10C～13C是启动压缩机制冷，当冷冻室温度低于－15C～－18C或都冷藏室温度低于0C～－3C时停止制冷，关断压缩机。
采用单片机控制，可以使控制更为准确、灵活。
工作原理：
根据冷藏室和冷冻室的温度情况决定是否开压缩机，若冷藏室的温度过高，则打开电磁冷门V1,关闭阀门V2，V3，同时打开压缩机，产生高温高压过热蒸气，经过冷凝器冷凝，干燥过滤器干燥，毛细节流管降压后，在蒸发器汽化制冷，产生
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低温低压的干燥气体。
经过电磁阀门V1流入冷藏室，使冷藏的温度迅速降低，当温度达到要求时关闭压缩机，同时关闭电磁阀门V1。
若是冷冻室的温度过高，则应打开V2关闭V1,V3。
电磁阀门V3主要用于冷冻室的化霜。
需要化箱时打开V3,从压缩机流出的高温高压气体流经冷冻室可匀速将冷冻室霜层汽化。
达到化霜的效果。
一般化霜的时间要短，不然会伤存放的食品。
本系统采用IP核控制的电冰箱主要功能及要求：
1）设定2个测温点，测量范围：
－18C～＋10C，精度±
0.5C；
2）利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定等；
3）制冷压缩机停机后自动延时3分钟后方能再启动；
4）工作电压176V～240V，当过压或欠压时，禁止启动压缩机
方案二：
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，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EP2C5Q208C8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1.2所示：
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图1.2设计总体框图
外围电路是EP2C5Q208C8芯片工作的基础保障——电源电路提供稳定的+5V工作电压；
时钟电路用于产生EP2C5Q208C8工作所需的时钟信号；
复位电路使EP2C5Q208C8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EP2C5Q208C8芯片，其功能是靠硬件电路的设计和软件程序的结合来实现的。
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；
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5）工作电压176V～240V，当过压或欠压时，禁止启动压缩机。
1.2方案选择
经过方案一和方案二的比较可知，此方案都可以对电冰箱的温度进行控制，但方案一较方案二来说结构比较简单，成本相对来说比较低，精确度虽比不上方案二，但相差不远，综上考虑选择方案一
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2.系统硬件设计
2.1系统结构图
控制系统结构如2.1图所示，主要由电源开关，温度传感器，功能按键，EP2C5Q208C8芯片
，延时电路，显示电路，指示灯电路，故障报警装置等够成。
图2.1系统控制结构图
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2.2微处理器
微处理器是本系统的核心，其性能的好坏直接影响系统的稳定，鉴于本系统为实时控制系统，系统运行时需要进行大量的运算，所以本文设计了一个基于VHDL的VGA显示控制木块，通过FPGA控制图像与时序信号，软件的开发环境是ALTERA公司的QuartusⅡ6.0。
设计运用VHDL语言编程，配置加载FPGA芯片，经FPGA处理，信号通过D/A转换器，由VGA接口输出，设计的主控制器采用ALTERA公司的EP2C5Q208C8芯片。
图2.2EP2C5Q208C8芯片
本系统就是选用了ALTERA公司的ACEX1K系列的EP2C5Q208C8芯片，它具有144个引脚，其中102个I/O通信口.在本次的基于VHDL的VGA显示控制模块设计中，电阻分压网络共用12个I/O通信口，ADV7123D/A转换器共用30个I/O通信口，存储器模块共用26个I/O通信口。
引脚的配置及功能分配情况如2-2表所示：
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表2.2引脚配置功能图
2.3温度传感器
在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。
我们在为冰箱测温系统中，为了克服上面提到的三个问题，采用了新型数字温度传感器DS1820，在对其测温原理进行详细分析的基础上，提出了提高DS1820测量精度的方法，使DS1820的测量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的测温效果。
DS1820结构2.3图如下：
2.3图DS1820温度传感器图
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1.DS1820简介
DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。
全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性。
1）独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。
2）DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
3）DS1820在使用中不需要任何外围元件。
4）温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。
5）测量结果以9位数字量方式串行传送
2DS1820使用中注意事项
DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：
（1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。
在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。
（2）在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。
当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。
（3）连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。
试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。
当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。
这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。
因此，在
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用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。
（4）在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。
这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视
2.4LED简介
显示器是常用的输出器件。
显示器件种类很多，有LED发光二极管、LED数码管、液晶显示器LCD、阴极射线管CRT等。
本电冰箱的电控系统使用的是LED数码管。
如2.4图：
图2.4LED数码管原理图
2.5功能按键
因本系统使用的按键数目少，故按键采用硬件去抖。
按键电路如图2.5所示。
用两个与非门构成一个RS触发器。
当按键未按下时输出为1;
刚键按下时输出为0。
此时即使用
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按键的机器性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B），只要按键不返回原来状态A，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为0,不会产生抖动的波形。
也就是说，即使B点的电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形波。
图2.5按键电路
2.6压缩机，风机、电磁阀控制
压缩机，风机工作原理是制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。
同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。
高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。
同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。
如此室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。
而冰箱没有风扇靠自然对流来进行热量交换。
电磁阀的工作原理非常简单，阻流板就象一个闸门，一个弹簧让它处于关闭状态，上面一个电磁铁芯，铁芯（低部橡胶）压在阻流板中间（凸起）的一个小眼儿上，外面一个电磁线圈，接通电源后铁芯别吸上去，小眼儿开始进气，压力达到顶开弹簧后电磁阀打开。
结构图如图2.6所示：
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图2.6压缩机风机原理图
2.7过欠压保护电路
为了使电冰箱安全可靠地运行，要求其电源电压在176V～240V之间。
因此，当电源电压小于176V或大于240V时，压缩机应自动停机并报警显示。
采用过压欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。
温度是影响电源设备可靠性的最重要因素，根据有关资料分析表明电子元器件温度升高，可靠性即会下降。
为了避免功率器件过热造成损坏，需要在电源设置电源的过欠压保护电路。
电源的过欠压电路如2.7图所示：
图2.7过欠压电路图
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3.EDA设计
3.1VHDL顶层设计
顶层文件就是用元件例化格式将显示模块、计时模块、分频模块组合在一起。
其原代码如下：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYclockIS
PORT（
clk:
INSTD_LOGIC;
enable:
sel:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
--choose:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
segment:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0））;
ENDclock;
ARCHITECTURErt1OFclockIS
COMPONENTclk_div100
PORT（clk:
clk_div:
outSTD_LOGIC）;
endcomponent;
componenttime_counter
clk0:
sec10:
sec:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
seec10:
seec:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）
14
）;
componentdisplay
INSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
INSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
outSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
outSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
signalsec10:
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
signalsec:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
signalseec10:
signalseec:
signalclk0:
STD_LOGIC;
begin
u0:
clk_div100PORTMAP（clk,clk0）;
u1:
time_counterPORTMAP（enable,clk0,sec10,sec,seec10,seec）;
--u2:
displayPORTMAP（clk,sec10,sec,seec,seec10,choose,segment）;
u2:
displayPORTMAP（clk,sec10,sec,seec10,seec,sel,segment）;
endrt1;
3.2、传感器产生信号clk
温度传感器产生信号clk是外部信号经10次分频后得到的。
作为计数脉冲，clk_1输出100Hz时钟脉冲信号。
实际上，该模块就是一个10进制计数器的分频电路，并且为实现严格的同步，该模块采用了同步计数器电路。
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ENTITYclk_div10IS
ENDclk_div10;
ARCHITECTURErt1OFclk_div10IS
SIGNALq_tmp:
integerrange0to9;
BEGIN
process（clk）
IF（clk'
eventandclk='
1'
）then
if（q_tmp=9）then
q_tmp<
=0;
else
=q_tmp+1;
endif;
endif;
endprocess;
clk_div<
='
;
0'
3.3计时模块
该模块就是用元件例化格式将10进制计数器组合在一起，构成距离显示的各个位的数据。
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升级会员 