电冰箱温控器改进设计.docx

电冰箱温控器改进设计.docx

《电冰箱温控器改进设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电冰箱温控器改进设计.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电冰箱温控器改进设计

前言

前几年电冰箱温度一般是由冷藏室控制，冷藏室、冷冻室的不同温度是通过调节蒸发器在两室的面积大小来实现的，温度调节完全依靠压缩机的开停来控制.但是冰箱内的温度受诸多因素的影响，如放入冰箱物品初始温度的高低、存放品的散热特性及热容量等.因此对这种受控参数及随机因素很多的温度控制，既难以建立一个标准的数学模型，也无法用传统的PID调节来实现.

现在电冰箱是家庭中主要耗电的家用电器,为此们对家用电冰箱的控制功能越来越高，这对电冰箱控制器提出了更高的要求。

多功能，智能化是其发展方向之一，传统的机器控制，简单的电子控制已经难以满足发展的要求。

而采用单片机温度控制系统，不仅可以大大缩短设计新产品的时间，同时只要增加少许外围器件在软件设计方面就能实现功能的扩展，以及智能化方面的提高，因此可最大限度地节约成本。

在未来几年，由于单片机的嵌入，不仅仅可以缩短设计新产品的时间，同时只要增加少许外围器件在软件设计方面就能实现功能的扩展，以及智能化方面的提高，因此可最大限度地节约成本。

满足广大群众的需求。

一代一代新产品的更新。

1概论

随着科技的发展，电冰箱的的功能越来越不能满足人类的需求，我们应该熟悉电冰箱的基本结构，工作原理，以及更好的为电冰箱的开研垫下良好的基础，让人们更加受益。

1.1电冰箱的系统组成

电冰箱应具有制冷、保温和控制三项基本功能。

为实现这三项基本功能，电动式压缩机电冰箱主要由箱体、制冷系统和控制系统三部分组成。

其中箱体的机构组成部件，制冷系统是电冰箱的心脏部件，控制系统是电冰箱的指挥部件。

箱体

箱体、门体根据不同的温度要求组成若干间室，与外界空气隔绝并分别保持一定低温。

箱体、门体由箱壳、箱胆、门壳、门胆等结构件和绝热材料组成。

制冷系统

电冰箱的制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、和蒸发器组成，制冷系统利用制冷剂的循环进行热交换，将冰箱内的热量转移到冰箱外的空气中去，达到使冰箱内降温的目的。

控制系统

电冰箱控制系统的主要作用是：

根据使用的要求，自动控制电冰箱的启动和停止，调节制冷的流量，并对电冰箱及电气设备执行自动保护，以防止发生事故。

此外，还实现最佳控制，降低功耗，以提高电冰箱运行的经济性。

电冰箱的制冷原理

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。

蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器组成,用管道将它们连接成一个密封系统.制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换,吸收被冷却对象的热量并气化,产生的低压蒸汽被压缩机吸入,经压缩后以高压排出.压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器,被常温的冷却水或空气冷却,凝结成高压液体.高压液体流经膨胀阀时节流,变成低压低温的气液两相混合物,进入蒸发器,其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入,如此周而复始，不断循环.。

直冷式双门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。

图1-1电冰箱制冷系统的结构图

上图为双门电冰箱常见的制冷系统结构图，我们因此以图1-1为例简略介绍一下制冷循环的路径。

当压缩机启动时，制冷剂经过冷凝器（蒸发管）→左冷凝器→门防露管→右冷凝器→干燥器→毛细管→下（副）蒸发器→上（主）蒸发器→被压缩机吸回，即完成一个单回路循环。

1.2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。

电冰箱的压缩机，风机工作原理是通过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，总之压缩机用于控制压缩机的工作，以对电冰箱温度进行自动调节。

在蒸发器冷却片间的一定位置上设置温度检测装置，在压缩机工作时，检查是否结霜。

为此，在每到一定时间时，即求出冷气送风扇工作时所测温度和冷气送风扇停止时所测温度之差，根据此差值判断霜的有无确定是否开始除霜，在除霜开始后，检测蒸发器周围的温度，如果蒸发器温度达到一定值以上，除霜即结束。

冰箱的除霜控制装置，冰箱内设有热交换用蒸发器、抽吸通过所述蒸发器的空气的冷气送风扇和除霜加热器等，其特征在于它还由下述部分构成：

装设在安装所述蒸发器上的固定部件上的温度检测器；进行下述操作程序的微机：

求出当所述送风扇工作时由所述温度检测器测出的温度与当所述送风扇停止工作时所述温度检测器测出的温度之差；当输入程序时，当时温度差低于第一设定值，驱动所述除霜加热器，开始除霜；所述除霜操作开始后，当温度检测器所测温度高于第二设定值时，关闭所述除霜加热器，结束除霜操作。

1.3电冰箱门未关好的功能设计

电冰箱门未关好此项功能是利用芯片MAX813L与CPU的P3.5口连接，MAX8L3L是看门狗及复位电路，如果看门狗输入在1.6S内未被触发，其输出值将为高电平，否则为低电平。

它就是利用高低电平来控制门未关好的时间来工作，从而产生报警。

1.4本系统采用单片机控制的电冰箱主要功能及要求：

①电冰箱具有自动除霜功能；

②开门延时超过20秒发声报警；

③制冷压缩机停机后自动延时3分钟后方能再启动；

④设定2个测温点，测量范围：

－26C～＋26C，精度±0.5C；

⑤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；

⑥工作电压为180～240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。

2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摄氏度提高到0.1摄氏度以上，取得了良好的测温效果。

2.1DS1820简介

美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。

由于每片DS1820含有唯一的硅串行数所以在一条总线上可直接挂接任意多个DS1820芯片。

从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线（单线接口）。

读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。

温度传感器DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。

本文给出了DS1820与89C51单片机接口的应用实例和DS1820组成温度检测系统的方法，并给出了对DS1820进行各种操作的软件流程图。

2.2DS1820内部结构主要由四部分组成

64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的外形及管脚排列如下图2-1（PR35封装）所示:

GND：

地

DQ：

数据输入／输出脚（单线接口，可作寄生供电）

VDD：

电源电压。

图2-1DS1820的外型及引脚排列

2.3DS1820的工作原理

DS1820的内部结构如图2-2所示。

由图2-3可知，DS1820的64bit闪速ROM主要有三个数字器件组成：

图2-2ROM内部结构

它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的它既可寄生供电也可由外部5V电源提供在寄生供电情况下面，当总线为高电平时，DS1820从总线上获得能量并储存在内部电容上，当总线为低电平时，由电容向DS1820供电。

DS1820的测温原理：

内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。

计数器设置为-55℃时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于-55℃。

同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。

如果门电路仍然未关闭，则重复以上过程。

温度表示值为9bit，高位为符号位，其结构如图2-3所示

图2-3计数器结构

测量结果以9位数字量方式串行传送, 对DS1820的使用，多采用单片机实现数据采集。

处理时，将DS1820信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS1820，从而实现多点温度检测系统。

系统对DS1820的操作以ROM命令和存储器命令形式出现

DS1820内部结构主要由64位ROM和单线接口、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，存储器和控制器，8位CRC生成器，框图如图2-4所示

主要的工作原理是通过电容滤波，和二极管构成整流后的信号送到64ROM，通过温度传感器有独立的单线接口，产生信号分别给存储器和控制器，存储器产生的信号通过高位缓存存储器送到8位CRC生成器，去显示，而另一路是通过温度灵敏元件送到高速缓存存储器，当温度过温度触发器TH就会产生信号给高速缓存存储器从而去自动调节温度，当温度偏低时，低温触发器就会发出报警信号给前记高速存储器进行缓存，调节好温度再送到生成器去显示，另一方面去送到寄存器去存储。

图2-4DS1820内部结构框图

对DS1820的使用，多采用单片机实现数据采集。

处理时，将DS1820信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS1820，从而实现多点温度检测系统。

系统对DS1820的操作以ROM命令和存储器命令形式出现。

DS1820测温原理如图2-5所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在－55度所对应的一个基数值。

计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图中斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

图2-5DS1820测温原理框图

2.4检测温度检测系统及温度测试原理图

温度检测系统原理图如下图2-6所示，采用寄生电源供电方式。

为了保证

在有效的DS1820时钟周期内，它可以提供足够的电流，我们用一个MOSFET管和芯片AT89C51的一个I/O口（P1.0）来完成对DS1820总线的上拉电阻。

当温度传感器DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须接有强的上拉电阻，上拉开启时间最大为10μs。

采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。

由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们用AT89C51的P1.1口作发送口Tx,P1.2口作接收口Rx。

通过试验我们发现此种方法可挂接DS1820数十片，距离可达到50米，然而用一个口时仅能挂接10片DS1820，距离仅为20米。

同时由于读写在操作上是分开的故不存在信号竞争问题。

无论是单点还是多点温度检测，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS1820挂接，读出其序列号。

其工作过程为：

主机Tx发一个脉冲，待“0”电平大于480μs后，复位DS1820，待DS1820所发响应脉冲由主机Rx接收后，主机Tx再发读ROM命令代码33H（低位在前），然后发一个脉冲（15μs）并接着读取DS1820序列号的一位。

用同样方法读取序列号的56位。

对于DS1820操作的总体流程图如图4-1。

它分三步完成：

①系统通过反复操作，搜索DS1820序列号；②启动所有在线DS1820做温度A/D变换；③逐个读出在线DS1820变换后的温度数据。

主机启动温度变换并读取温度值的详细流程；主机写入存储器数据详细流程。

当有更多的检测点需要测温时，可利用AT89C51的其它口进行扩展。

同时，也可利用AT89C51的串行通信口（RXD，TXD）与上位计算机进行通信，从而构成微机温度测量系统网。

图2-6温度检测原理图

2.5MAX813L报警电路

MAX813L报警电路主要用示电冰箱使用过程中出现的故障，如图2-7所示。

包括系统自身故障，外界故障，和误操作，如：

冰箱内温度太高，外界电压波动大，未关好冰箱门或是开门时间太长等等。

它是用芯片MAX813L与CPU的P3.5口连接，MAX813L是看门狗及复位电路，当加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200MS，独立的看门狗输出，如果看门狗输入在1.6S内未被触发，其输出值将为高电平。

要程序正常运行时，必须小于1.6S时时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器，若超过1.6S，该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8脚则由低电平变为高电平；1.25V门限检测器，用于电源故障报警，电池低电压检测或+5V以外的电源监控;当该输入低电平保持在140ms以上，MAX813L就会输出复位信号，该输入端的最小脉量要求有效的消除开关的抖动。

图2-7报警电路

3微处理器（单片机）

微处理器是本设计的核心，它性能的好坏将会直接影响此设计的稳定性，考虑到毕业设计为实时温度控制自动调节，系统运行时需要进行大量的运算，所以单片机采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C51芯片的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图所示

图3-1AT89C51引脚图

3.1主要特性

　　·与MCS-51兼容

　　·4K字节可编程闪烁存储器

　　·寿命：

1000写/擦循环

　　·数据保留时间：

10年

　　·全静态工作：

0Hz-24MHz

　　·三级程序存储器锁定

　　·128×8位内部RAM

　　·32可编程I/O线

　　·两个16位定时器/计数器

　　·5个中断源

　　·可编程串行通道

　　·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

3.2管脚说明及部分作用

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。

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。

它的一端与外部存储电路74LS373的端口D0—D7相连，完成数据的传输，另一端传送到8279芯片的D0—D7端口，做数据与命令的传送。

P3.2口：

外部中断0，它通过7404芯片与8279的IRQ端相连，7404是一个六对的非门，当它改变时，8279的外部中断也随之改变。

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：

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。

3.3振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为AT89C51芯片接口反向放大器的输入和输出引脚，该反向放大器可以配置为片内振荡器；这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容Cl、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路；对外接电容Cl、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF士10PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF士10F；晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。

外部振荡电路，由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求

3.4中断系统

AT89C51单片机的中断系统简单实用，其基本特点是：

有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。

5个中断源的符号、名称及产生的条件如下:

INT0：

外部中断0，由P3．2端口线引入，低电平或下跳沿引起。

INT1：

外部中断1，由P3．3端口线引入，低电平或下跳沿引起。

T0：

定时器／计数器0中断，由T0计满回零引起。

T1：

定时器／计数器l中断，由T1计满回零引起。

TI／RI：

串行I／O中断，串行端口完成一帧字符发送／接收后引起。

中断返回是指中断服务完后，计算机返回原来断开的位置（即断点）。

继续执行原来的程序。

中断返回由中断返回指令RETI来实现。

该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器PC，此外，还通知中断系统己完成中断处理，并同时清除中断优先级状态触发器，特别是要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。

3.5主程序MAIN

主程序由初始化，键盘扫描，显示，温度采集，温度控制和定时化霜子程序组成，为系统软件的主干部分，化霜采用定时化霜，每三十分钟化霜一次，化霜原理见概论电冰箱式作原理部分，其流程图如图3-2所示：

图3-2主程序流程图

程序如下：

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

LJMPDY_INT

ORG000B

LJMPTIME0_INT

ORG0030H

DATAEQUP1.0

V1EQUP1.3

V2EQUP1.4

V3EQUP1.5

SET_KEYEQUP1.5

ADD_KEYEQUP1.6

SUB_KEYEQUP1.7

L1EQUP0.6

L2EQUP0.7

L3EQUP2.5

L4EQUP2.6

MAIN：

CLRA

START：

LCALLINIT1;初始化

LCALLKEY;键盘扫描

LCALLGETWD;获得冷藏室温度

MOV62H,R0

INCDATA

LCALLGETWD;获得冷冻室温度

MOV63H,R0

DECDATA

MOVR3,62H;显示两室温度值

MOVR4,63H

LCALLDISP

MOVA,60H

CLRC

HIGH：

CJNEA,62H,HIGH1;冷藏室温度等于高于设定值时

AJMPHIGH2

HIGH1：

JCHIGH3

HIGH2：

SETBV1;开启压缩机

LCALLOPEN

AJMPLOW

HIGH3：

MOVA,61H

CLRC

CJNEA,63H,HIGH4;冷冻室温度等于高于设定值时

AJMPHIGH5

HIGH4：

JCLOW

HIGH5：

SETBV2;开启压缩机

LCALLOPEN

LOW：

MOVA,61H

CLRC

CJNEA,63H,LOW1;冷冻室温度等于低于最低值时

AJMPLOW2

LOW1：

JNCLOW3

LOW2：

CLRV2;关闭压缩机

LCALLCLOSE

AJMPLS

LOW3：

MOVA,60H

CLRC

CJNEA,62H,LOW4;冷冻室温度等于低于最低值时

AJMPLOW5

LOW4：

JNCLS

LOW5：

CLRV1;关闭压缩机

LCALLCLOSE

LS：

MOVR1,#10H;延时1S

LS1：

LCALLDLY_100MS

DJNZR1,LS1

INC65H;化霜时间计数加1

MOVA,65H

CJNEA,#00H,LS2

INC66H

LS2：

MOVA,65H

CJNEA,#08H,LOOP

MOVA,66H

CJNEA,#07H,LOOP

JBV1,LOOP;化霜定时时间到且V1,V2均关闭

JBV2,LOOP

SETBV3;打开V3开始化霜

MOVR0,#50