电冰箱控制电路设计论文.docx

电冰箱控制电路设计论文.docx

《电冰箱控制电路设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电冰箱控制电路设计论文.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电冰箱控制电路设计论文

电冰箱温度控制电路设计

摘要：

本设计为基于单片机的电冰箱温度控制系统。

单片机采用STC89C52RC，温度传感器采用DS18B20，液晶显示器采用1602。

本设计可以实现自动调温控制，液晶显示，数字温控，冷藏、冷冻温度调节控制，多温保鲜功能控制，速冻功能等功能。

关键词：

电冰箱；温度控制电路；单片机；温度传感器

THEDESIGNOFREFRIGERATORTEMPERATURECONTROLCIRCUIT

Abstract：

ThisdesignisarefrigeratorcontrolcircuitbasedonSCM. SCMusedbythisdesignisSTC89C52RC.TemperaturesensorisDS18B20when1602isusedasLCDmonitor.Thisdesigncanachievefunctionsofautomatictemperaturecontrol,LCDdisplay,digitaltemperaturecontrol,coldstorage,refrigeration,multi-temperaturepreservationfunctioncontrol,quickfreezing,etc.

KeyWords:

Refrigerator;TemperatureControlCircuit;SCM;TemperatureSensor

目录

1绪论1

1.1引言1

1.2课题的背景及意义1

1.3国内外发展现状及发展趋势1

1.4本设计主要的研究内容2

2工作原理和功能3

2.1电冰箱工作原理3

2.2控制电路工作原理3

3硬件电路设计4

3.1系统的总体设计4

3.2单片机STC89C52RC7

3.2.1管脚说明7

3.2.2主要特性8

3.2.3中断系统9

3.2.4运算器9

3.3温度传感器DS18B2010

3.3.1内部结构与管脚说明10

3.3.2主要特性10

3.3.3工作原理11

3.4LCD160215

3.4.1外形尺寸15

3.4.2接口信号说明15

3.4.3控制器接口说明16

3.4.4指令说明16

3.4.5初始化过程（复位过程）17

4程序设计18

4.1主函数18

4.2接口定义19

4.3温度读取子函数20

4.4液晶写数据子函数20

4.5液晶显示子函数21

4.6温度数据处理子函数22

4.7按键扫描子函数23

5总结25

致谢26

参考文献27

1绪论

1.1引言

冰箱是一个深刻改变了人类生活的现代奇迹。

在人类发明冰箱之前，保存肉类的唯一方法是将其腌制。

而能在夏季喝到冰凉饮料更是一种奢望。

随着经济的日益发展，人民的生活水平有了非常大的提高，冷冻设备在旅馆，医院，家庭，科研单位和餐厅得到了广泛的应用。

冰箱是冷冻设备的一种，在家庭中它主要被用于冷藏或冷冻蔬菜，食品,水果,饮料以及制作少量的食用冰块。

冰箱一般是借以电动压缩机为动力。

1.2课题的背景及意义

作为冰箱的消费大国，中国每年都会有上千万台的冰箱进入市场。

冰箱在给人民的生活带来方便的同时，也消耗着大量的电力资源。

地球上的能源无疑是有限的，很多能源都是不可再生能源，因此节约能源早已成为当今世界的一种重要的社会意识，也是尽可能的减少能源消耗、增加能源利用率的一系列有效行为。

《中华人民共和国节约能源法》[1]指出“节约资源是我国的基本国策。

国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。

”

同时，中国目前仍以煤为主要资源来进行电力生产。

生产过程中会排放大量的二氧化碳及其他有害气体。

在常规能源逐渐耗尽和生态环境日加恶化这两大危机夹击下，推广节能冰箱无疑可以使有害气体的排放量得到很大幅度削减，非常有利于减轻大气污染，并将推动能源的可持续利用。

电冰箱温度控制系统采用基于单片机，不仅可以大大缩短设计新产品所需的时间，同时只要增加少量外围器件，在软件设计方面就可以实现功能的扩展，和智能方面的提高，给人们提供越来越多的功能，越来越人性化智能化的操作感受。

同时因为单片机造价低、开发周期短，使得基于单片机的电冰箱价格相对较低，使更多的人，特别是农村地区的消费者能够消费得起。

本设计所研究的冰箱，其温度控制电路通过单片机来产生PWM信号，再用PWM信号控制功率模块去实现压缩机的变频控制。

根据温度的检测反馈的信号来调节变频范围，使压缩机达到工作的最佳状态，来实现可变制冷，从而达到节能的效果。

1.3国内外发展现状及发展趋势

市场上目前销售的双门直冷式电冰箱，一般含有冷冻室和冷藏室。

冷冻室通常被用于冷冻的温度是-6～-18℃；因为要求有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，冷藏室常用在相对冷冻室较高的温度下来存放食品，冷藏室室温一般为0～10℃[2]。

传统的电冰箱的温度一般是由冷藏室来控制，冷藏室、冷冻室的不同温度通过调节蒸发器在两个室的面积大小实现。

冰箱内的温度会受诸多因素的影响，如放入冰箱的物品初始温度的高低、存放品散热特性和热容量、物品在冰箱内的充满率、环境温度高低、开门的频繁程度等等。

因此这种受控参数和随机因素很多的温度控制，难以建立一个标准的数学模型，或者也无法用传统的PID调节去实现。

一台品质好的电冰箱应该具备较高的温度控制精度，同时又具有最优的节能效果。

为了达到这样的设计要求，采用模糊控制技术无疑会是最佳的选择[3]。

为了顺应市场的需要，更好地满足广大的消费者不断提高的消费需求，各大电冰箱厂商都在不断地在改进原有的产品，开发新产品，使电冰箱的功能更加的完善，规格更加的齐全。

像模糊逻辑控制、采用变频或双转子旋转式压缩机、自动致病、自动除臭抗菌等、无CFC技术已被广范运用于电冰箱之中。

在多能源冰箱开发方面，国外在吸收式、吸附式冰箱方面迅速发展[4]。

近几年来，日本三洋公司在吸收式电冰箱方面突破了一些技术难关，已发展到耗电量可与压缩式冰箱相近似的水平。

全世界目前吸收式和吸附式电冰箱的年产量约为150万台。

其中以瑞士和瑞典的产量最多，质量最好。

近年来，半导体冰箱，太阳能冰箱也格外引人注目。

采用滚动转子式的压缩机，不仅质量减轻，体积减小，而且能耗降低。

日本目前100W以上的滚动转子式压缩机已经投入使用，用电量比同类冰箱少20%~25%。

而应用单片机控制的冰箱，其节电量可达15%~20%[5]。

1.4本设计主要的研究内容

随着集成电路技术的日益发展，单片机的功能也不断增强，不断涌现出来许多高性能的新型机种。

单片机因其体积小、功能强、造价低、可靠性很高和开发周期短等优点，被广泛应用于自动化和各个测控领域，成为工业生产中不可缺少的器件，尤其在日常生活中发挥着越来越大的作用。

同时，人们对家用电冰箱的控制功能要求越来越高，这就对电冰箱控制器提出了更高要求。

智能化，多功能是其发展方向之一。

简单的电子控制，传统的机器控制已经难以满足发展的要求。

电冰箱温度控制系统采用基于单片机，不仅可以大大缩短设计新产品所需的时间，同时只要增加少量外围器件，在软件设计方面就可以实现功能的扩展，和智能化方面的提高。

因此可以最大限度地节约成本。

本文即为基于单片机的电冰箱温度控制系统。

电冰箱的控制原理，是依据蒸发器的温度来控制制冷压缩机的启动、停止,使冰箱内的温度处于设定的温度范围内。

一般当蒸发器的温度高于10℃时，压缩机启动，制冷；当温度低于-18℃的时候，停止制冷,关闭压缩机。

采用单片机控制,能够使控制更准确、灵活。

本设计可以实现自动调温控制，液晶显示,数字温控，冷藏、冷冻温度调节控制，多温保鲜功能控制，速冻功能等功能。

2工作原理和功能

2.1电冰箱工作原理

冰箱的基本原理比较简单：

冰箱利用液体蒸发来吸收热量。

电冰箱中使用的液体（即制冷剂），能够在极低的温度下蒸发，使得冰箱内部保持冰冻温度。

假如把冰箱的制冷剂放在皮肤上，它因蒸发会使皮肤冻伤[6]。

所有的冰箱都由五个基本部分组成：

压缩机

安全阀

热交换管：

冰箱外部呈盘曲状或弯曲的管道

制冷剂：

冰箱内蒸发来制造低温的液体

冷交换管：

冰箱内部呈盘曲状或弯曲的管道

很多工业冰箱会使用纯氨作为制冷剂，纯氨会在-32℃时蒸发。

压缩机压缩制冷剂气体，这会升高制冷剂的温度和压力。

冰箱外部的热交换线圈会帮助制冷剂散发掉加压产生的热量。

当制冷剂冷却的时候，制冷剂液化成液体形式，并且流经安全阀。

当制冷剂流过安全阀时，液态制冷剂将从高压区向低压区流动，因此它会膨胀并蒸发。

在蒸发的过程中，它会吸收热量，产生制冷效果。

冰箱内的线圈能帮助制冷剂吸收热量，使得冰箱内部保持低温。

之后重复此循环。

这就基本上阐述了冰箱的工作原理[7]。

2.2控制电路工作原理

冷藏室和冷冻室各有一个温度传感器DS18B20，实时监测两室的温度，在液晶显示器1602上呈现。

通过功能按键可以设定冷藏室和冷冻室的温度。

当单片机将从温度传感器读取的温度值与设定温度值相比较，若发现实时温度较设定温度值高，则发出PWM信号，使对应的发光二极管亮，并启动压缩机制冷。

制冷至实时温度低于设定值时，单片机在比较后，发出PWM信号，使对应的发光二极管熄灭，并停止压缩机制冷。

3硬件电路设计

3.1系统的总体设计

该电冰箱控制系统的体系结构要求基于单片机为核心控制器，能实现对电冰箱的人工智能，自动调温控制，LCD（液晶显示器）显示,数字温控，冷藏、冷冻温度调节控制，多温保鲜功能控制；速冻功能[8]。

系统组成如图3-1所示。

LCD显示

单片机

STC89C52RC

环境温度

LED指示

冷藏室温度

冷冻室温度

压缩机

PWM信号

键盘

图3-1系统组成图

控制电路图如图2所示。

图3-2控制电路图

本设计可实现以下功能：

液晶显示:

利用LCD显示冷冻室、冷藏室温度，动态显示电冰箱的运行情况。

图3-3液晶显示图

数字温控，冷冻、冷藏温度调节：

利用功能键分别控制冷冻室、冷藏室温度设定、速冻设定等,冷冻温度可设置在-6～-18℃之间；冷藏温度可设置在0℃~10℃之间。

图3-4数字温控图

冷藏、冷冻温度调节:

当温度超过设定温度时，电冰箱可以自动启动压缩机制冷，直至温度小于等于设定温度。

图3-5LED灯指示图

多温保鲜功能:

通过对冰箱的温度控制,使电冰箱可设置多个温度。

不同的温度适合存放不同类别与期限的食物。

速冻功能:

采用细胞保活技术,用超强制冷能力,使得食品迅速通过最大冰晶生成带,使细胞结构不被破坏,细胞活力得以保持,不流失营养成分,保鲜效果好。

3.2单片机STC89C52RC

3.2.1管脚说明

图3-6管脚图

GND：

接地

VCC：

供电电压

P0口：

一个8位的漏级开路双向I/O口。

每只脚可吸收8TTL门电流，当P1口管脚被第一次写1时，被定义为高阻输入，P0可用做于外部程序数据存储器。

可以将其定义为数据/地址的第八位，在FIASH编程时，原码输入口采用P0口。

FIASH进行校验时，P0输出原码，此时必须被拉高P0外部。

P1口：

是一个内部的提供上拉电阻的8位双向I/O口。

P1口缓冲器能够接收输出4TTL门电流。

当P1口管脚写入1后，被内部上拉成高，可用作输入；P1口被外部下拉成低电平时，输出电流，这是因为内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验的时候，P1口做为第八位地址接收。

P2口：

为一个内部的上拉电阻的8位双向I/O口。

P2口缓