电冰箱温度控制设计.docx
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电冰箱温度控制设计
重庆信息技术职业学院
毕业设计
题目电冰箱温度控制设计
选题性质：
□设计□报告□其他
院系电子工程
专业电子信息工程技术
班级2011级
（2）班
学号1120090219
学生姓名许晋杰
指导教师唐玉萍
教务处制
2013年6月10日
2011届电子工程学院
毕业设计选题审批单
年级2011专业电子信息工程技术班级
（2）班
学生姓名
许晋杰
学号
1120090219
选题
电冰箱的温度控制设计
选题性质
□设计□报告□其他
选题论证：
介绍了用AT89C51作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制，使用者可根据四季变化的温度进行对电冰箱进行调整冰箱的温度。
满足客服的需求
指导教师初审意见：
签名：
年月日
毕业设计工作领导小组审批意见：
签名：
年月日
2011届电子工程学院
毕业设计开题报告及进度要求
年级2011班级2
学生姓名
许晋杰
学号
1120090219
指导教师
唐玉萍
选题性质
□设计□报告□其他
选题
电冰箱的温度控制设计
选题的目的和意义：
随着人们生活水平的提高，铺张浪费的情况逐渐上升，人们抱怨东西没地方放，时间久了就会坏掉。
抱怨冰箱不能起到制冷、保鲜的作用。
以下这种冰箱采用AT89c51单片机控制显示屏，人们可以根据四季变化看显示屏的温度显示进行温度设置。
用AT89C51作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制。
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。
一般当蒸发器温度高至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。
采用单片机控制，可以使控制更准确、灵活。
选题研究的主要内容和技术方案：
主要内容：
使用AT89c51控制LED的数字显示屏。
由于多数冰箱大多数人们根本不知道冰箱中的实际温度。
已导致食物常常坏掉。
一旦把冰箱的温度使用led显示屏显现出来，人们即可根据四季的需要，调节按钮，改变冰箱的温度。
技术方案：
采用空调调节温度的方法，综合冰箱制冷的效果进行综合。
制造独特的冰箱。
毕业设计工作时间
年月日至年月日
毕业设计工作日程安排
时间段
工作内容
9月1日-9月8日
选题、开题、制定任务、开题
11月26日
完成毕业设计
指导教师意见：
成果要求：
签字：
年月日
摘要题目
作者
（重庆信息技术职业学院电子工程学院重庆万州404000）
摘要：
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
关键词：
单片机；温度传感器；电冰箱；温度控制
正文
电冰箱温度测控系统设计（A）
第一章概述
随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其在日常生活中发挥的作用也越来越大。
人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。
而采用基于单片机温度控制系统，不仅可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。
本文即为基于单片机的电冰箱温度控制系统。
目前市场销售的双门直冷式电冰箱，含有冷冻室和冷藏室，冷冻室通常用于冷冻的温度为-6～-18℃；冷藏室用于在相对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，室温一般为0～10℃.
传统的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、物品在冰箱的充满率、环境温度的高低、开门的频繁程度等.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.一台品质优良的电冰箱应该具有较高的温度控制精度，同时又有最优的节能效果，而为了达到这一设计要求采用模糊控制技术无疑是最佳的选择.
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。
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。
二．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。
三．本系统采用单片机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：
－26C～＋26C，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、电冰箱具有自动除霜功能；
5、开门延时超过20秒发声报警；
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。
第二章硬件部分
一．系统结构图
二．微处理器（单片机）
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，所以单片机采用INTEL公司的高效微控制器MSC-C51。
MSC-C51单片机性能介绍：
51系列单片微机封装形式为双排直列式结构（DIP），引脚共40个。
如图2-2所示。
MCS－51单片机的典型芯片是8051，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。
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。
1．主要特性：
·4K字节可编程闪烁存储器
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·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
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．振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
4．芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
5．运算器
（1）算术／逻辑部件ALU：
用以完成+、-、*、/的算术运算及布尔代数的逻辑运算，并通过运算结果影响程序状态寄存器PSW的某些位，从而为判断、转移、十进制修正和出错等提供依据。
（2）累加器A：
在算术／逻辑运算中存放一个操作数或结果，在与外部存储器和I/O接口打交道时，进行数据传送都要经过A来完成。
（3）寄存器B：
在*、/运算中要使用寄存器B。
乘法时，B用来存放乘数以及积的高字节；除法时，B用来存放除数及余数。
不作乘除时，B可作通用寄存器使用。
（4）程序状态标志寄存器PSW：
用来存放当前指令执行后操作结果的某些特征，以便为下一条指令的执行提供依据。
6.中断系统：
8051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。
三．温度传感器
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。
数字温度传感器DS18B20的原理与应用
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。
2DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构如图2-3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、配置寄存器。
DS18B20的管脚排列如图2-4所示：
DQ：
为数字信号输入／输出端;
GND：
为电源地;
VDD：
为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地,见图2-4）。
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。
64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。
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。
温度传感器
高温触发器TH
低温触发器TL
配置寄存器
存储和控制逻辑
8位CRC生成器
供电方式选择
DS18B20用12位存贮温度值,最高位为符号位.图1为18B20的温度存储方式,负温度S=1,正温度S=01如:
0550H为+85℃,0191H为25.0625℃,FC90H为-55℃.
23
22
21
20
2－1
2－2
2－3
2－4
温度值低字节LSB
S
S
S
S
S
26
25
24
温度值高字节MSB
高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成,使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。
其中配置寄存器的格式如下：
0
R1
R0
1
1
1
1
1
R1、R0决定温度转换的精度位数：
R1R0=00，9位精度,最大转换时间为93.75ms，R1R0=01，10位精度,最大转换时间为187.5ms，R1R0=10，11位精度,最大转换时间为375ms，R1R0=11，12位精度,最大转换时间为750ms;未编程时默认为12位精度。
高速暂存器是一个9字节的存储器。
开始两个字节包含被测温度的数字量信息;第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝,每一次上电复位时被刷新;第6、7、8字节未用,表现为全逻辑1;第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码,可用来保证通信正确。
3DS18B20的工作时序：
DS18B20的一线工作协议流程是：
初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。
4DS18B20与单片机的典型接口设计：
图2-5以MCS－51系列单片机为例,画出了DS18B20与微处理器的典型连接。
图2-5（a）中DS18B20采用寄生电源方式,其VDD和GND端均接地,图2-5（b）中DS18B20采用外接电源方式,其VDD端用3V～5.5V电源供电。
假设单片机系统所用的晶振频率为12MHz,根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序,分别编写了3个子程序：
INIT为初始化子程序,WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。
DATEQUP1.0
……
INIT:
：
CLREA
INI10：
SETBDAT
MOVR2，＃200
INI11：
CLRDAT
DJNZR2,INI11;主机发复位脉冲持续3μs×200=600μs
SETBDAT;主机释放总线，口线改为输入
MOVR2,＃30
INI12：
DJNZR2,INI12;DS18B20等待2μs×30=60μs
CLRC
ORLC,DAT;DS18B20数据线变低（存在脉冲）吗？
JCINI10;DS18B20未准备好，重新初始化
MOVR6,＃80
INI13：
ORLC,DAT
JCINI14;DS18B20数据线变高,初始化成功
DJNZR6,INI13;数据线低电平可持续3μs×80=240μs
SJMPINI10;初始化失败，重来
INI14:
：
MOVR2,＃240
INI15:
：
DJNZR2,INI15;DS18B20应答最少2μs×240=480μs
RET
;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
WRITE:
：
CLREA
MOVR3,＃8;循环8次,写一个字节
WR11：
SETBDAT
MOVR4,＃8
RRCA;写入位从A中移到CY
CLRDAT
WR12：
DJNZR4,WR12;等待16μs
MOVDAT,C;命令字按位依次送给DS18B20
MOVR4,＃20
WR13：
DJNZR4,WR13;保证写过程持续60μs
DJNZR3,WR11;未送完一个字节继续
SETBDAT
RET
;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
READ：
CLREA
MOVR6,＃8;循环8次,读一个字节
RD11：
CLRDAT
MOVR4,＃4
NOP;低电平持续2μs
SETBDAT;口线设为输入
RD12：
DJNZR4,RD12;等待8μs
MOVC,DAT;主机按位依次读入DS18B20的数据
RRCA;读取的数据移入A
MOVR5,＃30
RD13：
DJNZR5,RD13;保证读过程持续60μs
DJNZR6,RD11;读完一个字节的数据,存入A中
SETBDAT
RET
;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：
初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。
必须先启动DS18B20开始转换,再读出温度转换值。
假设一线仅挂接一个芯片,使用默认的12位转换精度,外接供电电源,可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。
GETWD：
LCALLINIT
MOVA,＃0CCH
LCALLWRITE;发跳过ROM命令
MOVA,＃44H
LCALLWRITE;发启动转换命令
LCALLINIT
MOVA,＃0CCH;发跳过ROM命令
LCALLWRITE
MOVA,＃0BEH;发读存储器命令
LCALLWRITE
LCALLREAD
MOVWDLSB,A;温度值低位字节送WDLSB
LCALLREAD
MOVWDMSB,A;温度值高位字节送WDMSB
RET
……
子程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元,低位字节送WDLSB单元,再按照温度值字节的表示格式及其符号位,经过简单的变换即可得到实际温度值。
四．电压检测装置
电压检测装置是为了保护系统的稳定运行，采用WB系列电压越限报警传感器WB系列电压越限报警传感器以电压隔离传感器为基础，增配比较器电路、基准电压设定电路、输出驱动电路组成，用来隔离监测主回路中的交流或直流电压，当被监测的电压超过预先设定的上限值，或低于预先设定的下限值时，给出开关量控制信号。
本系列产品测控一体化、体积小、精度高、使用方便，报警界限值可以由用户根据需要随时进行调整，具有很高的性能/价格比。
主要特点：
1.测控一体化，体积小、精度高、反应快；
2.具有瞬态干扰抑制功能，防止误动作；
3.报警界限值可在设定值（±20%）内连续可调；
4.密封式继电器触点输出，触点寿命＞30万次；
5.隔离电压：
交流监测＞2.5kVDC,1分钟；直流监测＞1.5kVDC,1分钟；
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