电冰箱温度控制设计.docx

1、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

2、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

3、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35 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

4、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

5、，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

6、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010.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

7、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

8、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3C15C,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0C10C，当测得冷冷冻室温度高至3C 0C时或者是冷冻室温度高至10C13C是启动压缩机制冷，当冷冻室温度低于15C18C或都冷藏室

9、温度低于0C3C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

10、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：26C26C，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180240V，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

11、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。MCS51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IO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、

12、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

13、，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

14、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 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中

15、断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（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AL

16、E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

17、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

18、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

19、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

20、0，由P32端口线引入，低电平或下跳沿引起。INT1：外部中断1，由P33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。TIRI：串行IO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TO92小体积封装形式;温度测量范围为55125,可编程为9位12位

21、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; V

22、DD：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=X8X5X41）。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:0

23、550H 为+ 85 ,0191H 为25. 0625 ,FC90H 为- 55 . 23 22 21 20 21 22 23 24 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375

24、ms，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MCS51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

25、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3V5.5V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。DAT EQU P1.0 INIT:：CLR EA INI10：SETB DATMOV R2，200 INI11：CLR DATDJNZ R2, INI11 ; 主机发复位脉冲持续3s200=600sSETB DAT ; 主机释放总线，口线改为输入M

26、OV R2, 30INI12：DJNZ R2, INI12 ; DS18B20等待2s30=60sCLR CORL C, DAT ; DS18B20数据线变低（存在脉冲）吗？JC INI10 ; DS18B20未准备好，重新初始化MOV R6,80INI13：ORL C, DATJC INI14 ; DS18B20数据线变高,初始化成功DJNZ R6, INI13 ; 数据线低电平可持续3s80=240sSJMP INI10 ; 初始化失败， 重来INI14:：MOV R2, 240INI15:：DJNZ R2, INI15 ; DS18B20应答最少2s240=480sRET; WRITE:

27、：CLR EAMOV R3,8 ; 循环8次,写一个字节WR11：SETB DATMOV R4, 8RRC A ; 写入位从A中移到CYCLR DATWR12：DJNZ R4, WR12 ;等待16sMOV DAT, C ; 命令字按位依次送给DS18B20MOV R4, 20WR13：DJNZ R4, WR13 ;保证写过程持续60sDJNZ R3, WR11 ;未送完一个字节继续SETB DATRET;READ：CLR EAMOV R6, 8 ;循环8次,读一个字节RD11：CLR DATMOV R4, 4NOP ;低电平持续2sSETB DAT ;口线设为输入RD12：DJNZ R4,

28、RD12 ;等待8sMOV C, DAT ;主机按位依次读入DS18B20的数据RRC A ;读取的数据移入AMOV R5, 30RD13：DJNZ R5, RD13 ;保证读过程持续60sDJNZ R6, RD11 ;读完一个字节的数据,存入A中SETB DATRET;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：LCALL INITMOV A, 0CCHLCALL WRI

29、TE ;发跳过ROM命令MOV A, 44HLCALL WRITE ;发启动转换命令LCALL INITMOV A, 0CCH ;发跳过ROM命令LCALL WRITEMOV A, 0BEH ;发读存储器命令LCALL WRITELCALL READMOV WDLSB, A ;温度值低位字节送WDLSBLCALL READMOV WDMSB, A ;温度值高位字节送WDMSBRET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

30、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2.5kV DC,1分钟；直流监测1.5kV DC,1分钟； 6