基于单片机的电冰箱控制系统资料.docx

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基于单片机的电冰箱控制系统资料

计算机控制技术

课程设计

成绩评定表

设计课题：

基于单片机的电冰箱控制系统

学院名称：

电气工程学院

专业班级：

自动0801

学生姓名：

田冠枝

学号：

200848280126

指导教师：

臧海河

设计地点：

2#421

设计时间：

2011.06.27-2011.07.03

指导教师意见：

成绩:

签名：

年月日

计算机控制技术

课程设计

设计课题：

基于单片机的电冰箱控制系统

学院名称：

电气工程学院

专业班级：

自动0801

学生姓名：

田冠枝

学号：

200848280126

指导教师：

臧海河

设计地点：

2#421

设计时间：

2011.06.27-2011.07.03

计算机控制技术课程设计任务书

学生姓名

田冠枝

专业班级

自动化0801

学号

200848280126

题目

基于单片机的电冰箱控制系统

课题性质

工程设计

课题来源

自拟课题

指导教师

臧海河

主要内容

利用单片机设计一个自动门控制系统，实现以下功能：

（1）电源过欠压保护功能

（2）压缩机开启延时功能（3）自动除霜功能（4）电冰箱温度自动调节功能（5）功能键控制功能（6）LED显示功能（7）关机提示功能（8）连续速冻功能（9）温度测量功能（10）故障自检报警功能

任务要求

第1天，熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。

第2天，确定设计方案。

要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。

第3-4天，按照确定的方案设计单元电路。

要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

第5-7天，撰写课程设计报告。

要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于5000字。

主要参

考资料

[1]梁洁婷．单片机应用综合实习指导[M]．北京：

高等教育出版社，2003

[2]陈永甫．电子电路智能化设计实例与应用[M]．北京：

电子工业出版社，2005

[3]邱兴永．怎样修理电冰箱[M]．北京：

人民邮电出版社，1999

[4]张靖武.周灵彬．单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M]．北京：

电子工业出版社，2007

审查意见

系（教研室）主任签字：

　　　　　　　　　　年月日

1.1课题背景1

1.2主要实现功能1

2.1控制系统方案设计2

2.3功能原理分析3

3硬件电路设计4

3.1单片机的选择5

3.2A/D转换电路5

3.2.1ADC0809介绍6

3.2.2ADC0809与AT89C51单片机接口电路6

3.3键盘电路及其显示电路7

3.4温度采集及除霜电路8

3.4.1温度采集电路8

3.4.2除霜电路9

3.4.3传感器的选择9

3.5制冷压缩机和除霜电热丝启停电路10

3.5.1控制电路图10

3.5.2工作原理11

3.6电源电压检测电路11

3.7报警电路12

4软件设计12

4.1程序设计语言12

4.2程序主要模块13

4.2.1主程序模块13

4.2.2T0中断服务程序模块14

4.2.3T1中断服务程序模块15

5总结16

参考文献17

附录系统总原理图18

1.引言

1.1课题背景

电冰箱是利用电能在箱体内形成低温环境,用于冷藏冷冻各种食品和其他物品的家用电器设备。

电冰箱是每个家庭现代化厨房必备的家用电器，它的主要任务就是控制压缩机、化霜加热等来保持箱内食品的最佳温度，达到食品保鲜的目的，即保证所储存的食品在经过冷冻或冷藏之后，保持色、味、水分、营养基本不变。

电冰箱是第一次家电革命浪潮的主导产品，是每个家庭必备的电器设备。

从1918年世界上第一台电机压缩式电冰箱研制成功，至今已走过89个年头。

这期间，随着科学技术的飞速发展，电冰箱也在不断的演变和更新，尤其是近年来高新技术的迅猛崛起，更使得电冰箱的发展日新月异。

现代社会每一个家庭都处在快节奏的生活中，人们大多已无闲暇的时间和精力花费在经常性的采购日常生活用品上。

因此，集中时间大量采购的新型生活方式已为越来越多的人所接受，从而决定了大容量电冰箱将是一种国际化的发展趋势。

传统的机械式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,使电冰箱内的温度保持在设定温度范围内。

一般,当蒸发器温度升至3~5℃时启动压缩机制冷;当温度低于-10~-20℃时停止制冷,关断压缩机[16]。

随着家用电冰箱的普及，人们对电冰箱的控制功能要求越来越高，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，传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求。

随着微机技术的飞速发展,单片机以其体积小、价格低、应用灵活等优点在家用电器、仪器仪表等领域中得到了广泛的应用。

采用单片机进行控制,可以使电冰箱的控制更准确、灵活、直观。

1.2主要实现功能

本论文所设计的基于51单片机的电冰箱控制系统以AT89C51单片机为核心控制压缩机的启动和停止，解决了传统电冰箱控制系统存在的不足，可以使控制更准确，更灵活。

本系统处于监控状态时,具有以下功能:

（1）电源过欠压保护功能：

为了使电冰箱安全可靠地运行，要求其电源电压在180V～240V之间。

因此，当电源电压小于180V或大于240V时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。

（2）压缩机开启延时功能：

该功能要求压缩机停机时间超过3min才能启动，以延长压缩机的寿命。

这就要求在每次电冰箱上电时，都要检查压缩机停机是否到3min，若未达到，需延时到3min后才能启动。

因此，在设计时应有判断与延时功能。

（3）自动除霜功能:

冷冻室中的水分会凝结成霜，因此，电冰箱应有自动除霜功能。

该功能的实现方法是通过累计压缩机运行时间和检测环境温度，来判断是否满足化霜条件（霜厚达到3mm），当霜厚达到3mm时，接通化霜加热丝，同时断开压缩机和风机，30分钟后断开化霜加热丝，接通压缩机，再过15分钟后接通风机。

（4）电冰箱温度自动调节功能：

该功能是电冰箱应具备的主要功能。

电冰箱设有冷冻室和冷藏室，冷冻室的温度为－16℃～－26℃，冷藏室的温度为2℃～10℃，在该温度范围内，食品保鲜效果较好，因此，对控制器的要求是将冷冻室和冷藏室的温度自动控制在各自的范围内。

（5）功能键控制功能：

利用功能键分别控制冷冻室温度、冷藏室温度、速冻设定等。

（6）LED显示功能：

利用LED显示冷冻室温度、冷藏室温度,压缩机的启、停和速冻、报警状态。

（7）关机提示功能：

开门超过2min将声音报警,提醒用户及时关门。

（8）连续速冻功能：

连续速冻时间设定范围1~8小时。

（9）温度测量功能：

设定3个测温点，测量范围-26～+26℃，精度±0.5℃；

（10）故障自检报警功能：

该功能要求在电冰箱运行过程中，不断诊断电冰箱的运行状态，当发现严重故障时，电冰箱停机并报警显示。

．2.总体方案设计

系统基本原理方案是整个设计过程的依据，也是贯穿整个设计系统的灵魂线，它的好坏直接关系到整个方案的成败。

在其设计上要经过查询考证、深思熟虑、反复推敲，有时离不开大量的实验，最后再比较几种选定方案而得出的。

2.1控制系统方案设计

控制系统在整个智能电冰箱控制中的地位是至关重要的，它控制着整个系统的运行，是系统是否正常运行的关键。

选用的控制系统是否合理是关系到整个系统设计成败的关键。

因此此必须慎重地选择控制系统。

当前对电冰箱控制系统的方案主要有以下两种。

1.机械控制方式

所谓的机械控制方式，即根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停,使电冰箱内的温度保持在设定温度范围内。

一般,当蒸发器温度升至3~5℃时启动压缩机制冷;当温度低于-10~-20℃时停止制冷,关断压缩机。

这种控制方式，电路相对简单，操作方便，使电冰箱的控制不够准确、灵活、直观。

2.智能控制方式

所谓的智能控制方式，即自动控制方式，用单片机控制制冷压缩机的启、停,使电冰箱内的温度保持在设定温度范围内。

这些过程不需要任何的人工操作，全部自动进行，使电冰箱的控制更准确、灵活、直观。

经过慎重地考虑、科学地论证和实验，本论文采用了第二种方案；用单片机作为控制系统的核心部分，来控制着系统的运行。

选用单片机的好处是：

单片机控制功能强、体积小、功耗低、性能高、速度快、稳定可靠、应用灵活广泛、价格低廉、通用性强等。

2.2基于单片机的电冰箱控制系统的整体布局

智能电冰箱系统由传感器（霜厚传感器、冷藏室温度传感器、冷冻室温度传感器）、微控单元单片机、压缩机、加热丝、LED显示器、语音输出等组成。

其中传感器整个硬件中最重要的组成部分，是系统是否成功的关键；微控单元是系统的软件部分，控制整个系统的运行，是系统是否正常工作的保证。

设计系统整体布局框图如图2-1所示

图2-1设计系统整体布局框图

2.3功能原理分析

基于51单片机控制的单片机控制系统的工作原理是这样的：

传感器（霜厚传感器、冷藏室温度传感器、冷冻室温度传感器）随时处于待工作状态。

当霜的厚度达到3mm时，霜厚传感器就会感应到，将产生模拟量信号，并将产生的模拟信号传送到A/D转换器；A/D转换器接收到模拟信号后将其转换为数字量信号，并将数字信号输送到单片机；单片机接受到信号后，将数字量信号进行分析、判断、处理，给出除霜命令。

智能电冰箱控制系统工作后，霜的厚度逐渐改变，当霜的厚度调整到规定值时，除霜命令的自动解除，一个工作过程就算是这样完成了。

霜厚传感器接着等待进入下一个工作过程。

当冷藏室的温度低于2℃或高于10℃时，冷藏室温度传感器就会感应到，将产生模拟信号，并将产生的模拟信号传送到A/D转换器；A/D转换器接收到模拟信号后将其转换为数字量信号，并将数字信号输送到单片机；单片机接受到信号后，将数字量信号进行分析、判断、处理，给出调整冷藏室温度命令。

智能电冰箱控制系统工作后，冷藏室内的温度逐渐改变，当冷藏室内的温度调整到规定范围时，调整冷藏室的命令的自动解除，一个工作过程就算是这样完成了。

冷藏室传感器接着等待进入下一个工作过程。

当冷冻室的温度低于-26℃或高于-16℃时，冷冻室温度传感器就会感应到，将产生模拟信号，并将产生的模拟信号传送到A/D转换器；A/D转换器接收到模拟信号后将其转换为数字量信号，并将数字信号输送到单片机；单片机接受到信号后，将数字量信号进行分析、判断、处理，给出调整冷冻室温度命令。

智能电冰箱控制系统工作后，冷冻室内的温度逐渐改变，当冷冻室内的温度调整到规定范围时，调整冷冻室的命令的自动解除，一个工作过程就算是这样完成了。

冷冻室传感器接着等待进入下一个工作过程。

.3.硬件电路设计

电冰箱控制器的主要任务就是控制压缩机、化霜加热等来保持箱内食品的最佳温度，达到食品保鲜的目的，即保证所储存的食品在经过冷冻或冷藏之后，保持色、味、水分、营养基本不变。

用LED将设定温度或实际温度显示出来。

基于51单片机的电冰箱控制系统的硬件结构采用了模块结构设计，主要包括：

A/D转换电路、温度采集电路、除霜电路、键盘电路、LED显示电路、制冷压缩机和除霜电热丝启﹑停控制电路、电源电压检测电路、语音输出报警电路、直流电源供电电路、晶体振荡电路等模块。

系统硬件结构图如图3-1所示

图3-1　系统硬件结构图

3.1单片机的选择

单片机是整个测控系统的核心部件,它直接影响到整个系统的软硬件设计,并对系统的功能、性价比以及研制周期起决定性作