畢業(yè)設計基于PIC單片機的電冰箱控制系統(tǒng)設計

1、摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動了傳統(tǒng)溫度控制領域的發(fā)展，使溫度控制從傳統(tǒng)的采用常規(guī)的模擬調節(jié)器控制發(fā)展到以微型芯片為核心的高精度控制，使溫度控制有了質的飛躍。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機往往是作為核心部件來使用，它的選擇將決定儀器的總體結構，但僅單片機方面的知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。電冰箱是現(xiàn)代家庭中必不可少的家用電器。而目前我國市場銷售的冰箱大多采用傳統(tǒng)的機械式溫控，其控制精度差，功能單一，控制方式簡單難以滿足冰箱發(fā)展的要求。隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的進一步提高，人們對多功能的發(fā)展要求越來越高。

2、由于單片機性能好，控制功能強，工作可靠，成本低等優(yōu)點，現(xiàn)在已經在家電產品中得到了廣泛的應用。面臨國內冰箱發(fā)展的現(xiàn)狀，在技術上還與其他發(fā)達國家有一定的差距，在原有的基礎上對電冰箱進行了一定的改進，使其適用當代個性時尚、節(jié)能環(huán)保、智能高端、精溫控制的發(fā)展方式，使人們體驗聞所未聞的個性化感受，快捷與原汁原味不再是夢想。新一代產品在控制上還增加了人工智能，是家電性能更優(yōu)異，使用更方便可靠。電冰箱溫度控制系統(tǒng)是利用溫度傳感器采集電冰箱冷藏室和冷凍室的溫度。通過使用單片機進行數(shù)字信號處理，從而達到智能控制的目的。本系統(tǒng)可實現(xiàn)電冰箱冷藏室和冷凍室的溫度設置、電冰箱自動除霜、開門報警等功能。本設計第四章論述了

3、硬件設計部分。第五章論述了系統(tǒng)的軟件設計部分。通過對直冷式電冰箱制冷系統(tǒng)的改進，實現(xiàn)了電冰箱的雙溫雙控，使電冰箱能根據(jù)使用條件的變化迅速合理地調節(jié)制冷量，且節(jié)能效果良好。關鍵詞：單片機，溫度傳感器，電冰箱，溫度控制abstractin recent years along with computer penetration in the social sphere, scm applications are constantly deepening, and drives the transmission control system of detecting change rapidly.i

4、n real-time monitoring and automatic control of the scm application system, the microcontroller is often used as a core component, only scm knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure, and the specific characteristics of the target application software, to make perfect.th

5、e refrigerator is essential in the modern family home appliances. but at present our country market selling refrigerators mostly using the traditional mechanical type temperature control, the control precision, single function, has the advantages of simple control method is difficult to meet the req

6、uirements of the development of refrigerator. with the economic development and peoples living standards further improved, the multifunctional development of increasingly high demand. as the mcu performance is good, strong control function, reliable work, low cost and other advantages, is now in the

7、 home appliance products has been widely used. facing the domestic refrigerator development present situation, the technique is compared with other developed countries have a certain gap, we in the original basis of the refrigerator is improved, making it suitable for use in contemporary fashion, en

8、ergy saving and environmental protection, intelligent, precise temperature control of the development mode, make people experience have never even heard of it personalized feeling, fast and the original is no longer a dream. a new generation of products in control also increased in artificial intell

9、igence, is home appliance of superior performance, the use of more convenient and reliable.refrigerator temperature control system is the use of temperature sensor acquisition of refrigerator and freezer room temperature and evaporation temperature.through the use of mcu in digital signal processing

10、, so as to achieve the purpose of intelligent control.this system may realize the electric refrigerator refrigerator and freezer room temperature setting, refrigerator automatic defrosting, the door alarm function.the design of the second chapter discusses the hardware design part.the third chapter

11、discusses the system software design. based on the direct cooling type refrigerator cooling system improvement and using fuzzy control technology to realize the refrigerator, double temperature double control, make refrigerator according to use conditions change rapidly and reasonably adjusting cool

12、ing capacity, and the energy saving effect is good. key words：single chip computer， temperature sensor， refrigerator， temperature control 目 錄摘 要i1 緒 論11.1 課題的提出及意義11.2 冰箱的發(fā)展趨勢及其不足12 溫度控制系統(tǒng)總體設計方案32.1 電冰箱工作原理32.2 設計思想32.3 功能特點32.4 設計方案43 單片機的選型與簡介63.1 pic單片機的優(yōu)勢63.2 pic單片機的分類73.3 單片機的選型74 電冰箱控制系統(tǒng)硬件設計12

13、4.1 供電直流電源124.2 時鐘震蕩電路134.3 制冷部分電路134.4 按鍵顯示電路174.5 溫度檢測電路184.6 系統(tǒng)總原理圖235 電冰箱控制系統(tǒng)的軟件設計245.1 編程思路245.2 主程序245.3 冷藏室溫度控制285.4 冷凍室溫度控制285.5 故障處理子程序29結 論32致 謝33參考文獻34附 錄351 緒 論1.1 課題的提出及意義在當今科技迅速發(fā)展，人們生活水平迅速提高的文明社會里，家用電器越來越受到人們的重視。當前，世界許多國家家用電器制造商和科研機構都投入了大量人力物力和資金，運用現(xiàn)代高新科技，研制和開發(fā)著眼于21世紀的家用電器。有人曾經預言：21世紀將

14、是智能家電的世紀。所謂智能家電，是指運用現(xiàn)代最新科技，通過計算機及其他輔助設備來研制開發(fā)的新一代具有智能功能的家用電器，能夠盡量帶給人們方便，滿足人們的需求。本文就是利用本專業(yè)知識，開發(fā)出一種適合市場需要的單片機溫度控制系統(tǒng)-家用智能電冰箱的主控板。基于pic單片機的電冰箱自動控制系統(tǒng)的設計方法，即以pic16f877單片機為核心，通過溫度采集模塊的傳感器采集冷藏、冷凍溫度信號，通過傳感器自身的a/d轉換模塊兒直接將溫度電信號轉換為數(shù)字信號送入單片機，單片機通過運算得出溫度值，輸出給顯示屏。根據(jù)所要求的范圍來控制壓縮機、加熱絲等外部器件的動作。同時在按鍵控制模塊兒，通過按鍵掃描達到自己對電冰箱

15、的控制，將按鍵輸入的數(shù)值掃描到單片機中，通過程序能夠自行對電冰箱的各個動作部件實現(xiàn)控制。1.2 冰箱的發(fā)展趨勢及其不足自1923年世界第一臺冰箱誕生以來，人們的生活越來越離不開冰箱，尤其是進入九十年代，冰箱的發(fā)展越來越快。隨著家電更新?lián)Q代高潮的到來，未來冰箱產品分類將更加細化，滿足不同人群不同需要，也就是“你有你的，我有我的”。1以人為本 漸趨時尚、個性化。2兩極分化 小冰箱、大冰箱受寵3.返樸歸真 節(jié)能、環(huán)保呈先導理念4.技術革新職能、高端化。然而，目前市場上出售的冰箱還存在一些不足。冰箱有機械溫控、電子溫控和電腦溫控等控制方式，它們的溫度控制裝置、化霜裝置和其他控制裝置的控制值都是事先設定

16、的，這就易使很多能量消耗在目的相異的各種動作及因缺少靈活性而發(fā)生的各種多余動作，造成器件的頻繁開啟，一方面造成器件損壞，溫度的起伏較大，不利于食品保鮮，另一方面，浪費了大量的能量。另外，冷藏室、冷凍室被迫同時制冷，各間室溫控結果是“控高不控低”。在冷藏室和冷凍室各設置了一個感溫頭，一旦感溫頭探測到冷藏室或冷凍室的溫度上升到所設定的值后，則通知壓縮機啟動。當冷藏室使用較頻繁時，冷藏室的感溫頭不斷通知壓縮機啟動。針對上述的兩種情況，本文給出了一種新型智能電冰箱的設計方法。有效的解決的目前電冰箱使用過程中的一些問題。2 溫度控制系統(tǒng)總體設計方案2.1 電冰箱工作原理壓縮式電冰箱是電機壓縮式電冰箱的簡

17、稱，它主要有以下三個構成部分：箱體、制冷系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。而其中最關鍵的是制冷系統(tǒng)。制冷是利用物態(tài)變化過程中的吸熱現(xiàn)象，使之氣液循環(huán)，不斷地吸熱和放熱，以達到制冷的目的。其具體過程是：通電后壓縮機工作，將蒸發(fā)器內已吸熱的低壓、低溫氣態(tài)制冷劑吸入，經壓縮后，形成溫度為5558，三壓強為1128帕的高壓、高溫蒸氣，進入冷凝器。由于毛細管的節(jié)流，使壓力急劇降低。因蒸發(fā)器內壓力 低于冷凝器壓力，液態(tài)制冷劑就立即沸騰蒸發(fā)，吸收箱內的熱量變成低壓、低溫的蒸氣。再次被壓縮機吸入。如此不斷循環(huán)，將冰箱內部熱量不斷的轉移到箱外。2.2 設計思想基于單片機的電冰箱自動控制系統(tǒng)的設計方法，即以單片機為核心，通過溫度采

18、集模塊的傳感器采集冷藏、冷凍溫度信號，通過傳感器自身的a/d轉換模塊兒直接將溫度電信號轉換為數(shù)字信號送入單片機，單片機通過運算得出溫度值，輸出給顯示屏。根據(jù)所要求的范圍來控制壓縮機、加熱絲等外部器件的動作。同時在按鍵控制模塊兒，通過按鍵掃描達到自己對電冰箱的控制，將按鍵輸入的數(shù)值掃描到單片機中，通過程序能夠自行對電冰箱的各個動作部件實現(xiàn)控制。總體設計框圖如圖2-1所示。圖2-1總體設計結構2.3 功能特點本裝置具有以下功能：（1）狀態(tài)指示功能：當電冰箱通電的時候，能夠用led燈顯示電冰箱的運行與否。（2）溫度控制功能：a 剛上電時，若箱內溫度處于開機點與關機點之間，則不開機，直到溫度回升到開機

19、點時才能開機。b 冷藏室內開機溫度固定不可調，關機溫度可調，調節(jié)范圍為-16-28。 c 冷凍傳感器：開機點溫度為-10，關機點溫度為-15。d 冷藏傳感器與冷凍傳感器同時控溫。當其中有一傳感器溫度達到開機點時，則開機；當兩者溫度都達到各自關機點時才關機。（3）超溫報警功能：冷凍傳感器的溫度不能超過-5，超過-5時要求系統(tǒng)自動報警。（4）自動化霜功能：壓縮機累計工作18小時30分鐘，自動化霜。從進入自動化霜時開始計時，90分鐘內超溫報警功能被屏蔽。（5）強制化霜功能：強制化霜時間為30秒，通過按鍵實現(xiàn)對電冰箱的強制化霜。（6）箱門打開超時報警功能： 如果冰箱門長時間沒閉合，報警系統(tǒng)自動報警。（

20、7）傳感器故障保護功能：a 延時保護功能: 每次壓機關機后，強制停機5分鐘1分鐘，然后進入正?？刂啤 掉電記憶功能：掉電60分鐘內，記憶自動化霜狀態(tài)值及壓機累計工作時間。2.4 設計方案為滿足上述功能要求，制定了以下方案：一、使用一個紅色和兩個綠色一個黃色發(fā)光二級管顯示電冰箱的工作狀態(tài)： 綠燈：電源指示燈，工作時綠燈常亮。風機運行指示。壓縮機運行指示?；δ苤甘?。正常工作時這三組等都為綠色常亮。 黃燈：進行強制化霜的時候指示燈亮 紅燈：超溫報警及傳感器故障指示燈，進入超溫報警狀態(tài)時，紅燈常亮，傳感器出現(xiàn)故障時，紅燈閃爍。二、溫度控制功能中的a、b、c、d點通過軟件來實現(xiàn)。三、自動報警時，設

21、定紅燈為報警燈，當冷凍傳感器溫度-5時，系統(tǒng)進入報警狀態(tài)，紅燈常亮，一旦冷凍傳感器溫度低于-5，紅燈熄滅。 四、系統(tǒng)進入自動化霜狀態(tài)后單片機控制壓機風機斷開，接通化霜加熱絲。工作30分鐘后，斷開加熱絲，接通壓機，再過15分鐘，接通風機，自動化霜結束，進入正常控制。一進入化霜狀態(tài)，屏蔽超溫報警功能，定時器計時90分鐘，90分鐘后恢復超溫報警功能。五、單片機外加一強制化霜鍵，鍵按下時斷開壓機和風機，接通化霜加熱絲，30秒后，斷開化霜加熱絲進入正?？刂啤Ａ?、每次壓機停機后，屏蔽允許開機標志位，調用延時子程序，延時時間到后，恢復允許開機標志位，再進入正常工作。七、掉電記憶功能：在電源部分加一儲能元件，

22、在電源掉電時繼續(xù)給單片機供電。3 單片機的選型與簡介peripheral interface controller，采用cisc結構的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分時復用，即所謂馮諾伊曼結構。它的指令豐富，功能較強，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進行，速度受限，價格亦高。屬于cisc結構的單片機有motorola的m68hc系列、atmel的at89系列、臺灣winbond（華邦）w78系列、荷蘭philips的pcf80c51系列等；屬于risc結構的有intel8051系列、microchip公司的pic系列、zilog的z86系列、atmel的at90s系列、韓國三星公司的ks57c系列4位單片機、臺

23、灣義隆的em-78系列等。3.1 pic單片機的優(yōu)勢1) pic最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應用要求。就實際而言，不同的應用對單片機功能和資源的需求也是不同的。比如，一個摩托車的點火器需要一個i/o較少、ram及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機，若采用40腳且功能強大的單片機，投資大不說，使用起來也不方便。pic系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，pic12c508單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機.該型號有512字節(jié)rom、25字節(jié)ram、一個8位定時器、一根輸入線、5根i/o線，市面售價在

24、36元人人民幣。這樣一款單片機在象摩托車點火器這樣的應用無疑是非常適合。pic的高檔型號，如pic16c74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內部資源為rom共4k、192字節(jié)ram、8路a/d、3個8位定時器、2個ccp模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個i/o腳。這樣一個型號可以和其它品牌的高檔型號媲美。2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。pic系列8位cmos單片機具有獨特的risc結構，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（harvard）結構，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用cisc結構的8位單片機相比，可以達到2:1的代碼壓

25、縮，速度提高4倍。3) 產品上市零等待（zero time to market）。采用pic的低價otp型芯片，可使單片機在其應用程序開發(fā)完成后立刻使該產品上市。4) pic有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。otp單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標，象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。pic在推出一款新型號的同時推出相應的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。就我個人的經驗看，還沒有出現(xiàn)過仿真結果與實際運行結果不同的情況。5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220v交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離，給應用帶來極大

26、方便。6) 徹底的保密性。pic以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復熔絲。目前，pic采用熔絲深埋工藝，恢復熔絲的可能性極小。7) 自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。8) 睡眠和低功耗模式。雖然pic在這方面已不能與新型的timsp430相比，但在大多數(shù)應用場合還是能滿足需要的。3.2 pic單片機的分類pic單片機的型號繁多，容易混淆，主要對單片機作以下分類：初檔8位單片機：pic12c5xxx/16c5x系列。pic16c5x系列是最早在市場上得到發(fā)展的系列，因其價格較低，且有較完善的開發(fā)手段，因此在國內應用最為廣泛；而pic12c5xx

27、是世界第一個八腳低價位單片機可用于簡單的智能控制等一些對單片機體積要求較高的地方，前景十分廣闊。中檔8位單片機： pic16cxxx/pic16fxxx系列。pic16cxxx/pic16fxxx系列是microchip近年來重點發(fā)展的系列產品，品種最為豐富，其性能比低檔產品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達到200ns，帶a/d，內部e2prom數(shù)據(jù)存儲器，雙時鐘工作，比較輸出，捕捉輸入，pwm輸出，i2c和spi接口，異步串行通訊（usart），模擬電壓比較器及l(fā)cd驅動等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產品設計中,價格適中，廣泛應用在各類電子產品中。高檔8位單片機：

28、pic17cxx系列。pic17cxx系列是適合高級復雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產品，其性能在中檔位單片機的基礎上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種，可用于高、中檔產品的開發(fā)，如馬達控制等。3.3 單片機的選型由于設計的需要，一共需要25個i/o口，普通pic單片機無法滿足要求。所以選用了pic系列的pic16f877單片機。且屬于中檔單片機，價格適中。3.3.1 pic16f877單片機圖3-1 pic16f877內部結構pic16f877是microchip公司生產的一款低功耗單片機,，它具有以下特點：（1） 精簡指令集，35條單字節(jié)指令，易學易用

29、；（2） 除地址分支跳轉指令（goto、call）為雙周期指令，其余皆為單周期指令；（3） 執(zhí)行速度：如表3.1表3.1 單片機執(zhí)行速度時鐘振蕩指令周期40hz100us1mhz4us4 mhz1us10 mhz400ns20 mhz200ns（4） 8級硬件推棧；（5） 多種硬件中斷；（6） 直接、間接、相對三種尋址方式；（7） 帶8位flash數(shù)據(jù)寄存器。擦寫次數(shù)達到100萬次，數(shù)據(jù)保存時間大于40年。功能部件結構：（1） 帶8位a/d轉換輸入；（2） 高驅動電流，i/o腳可直接驅動數(shù)碼管顯示；（3） 雙向可獨立編程設置i/o引腳；（4） 8位定時器/計數(shù)器tmr0，帶8位預分頻；（5）

30、16位定時器/計數(shù)器tmr1，睡眠中仍可計數(shù)；（6） 8位定時器/計數(shù)器tmr2,帶有8位的周期寄存器及預分頻和后分頻；（7） 并行口操作；（8） 同步串行口i2c/spi總線操作；（9） 同步通信接口sci/usart操作。微控制器特征：（1） 內置上電復位電路；（2） 上電延時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立；（3） 振蕩定時器，保障振蕩的穩(wěn)定建立；（4） 斷電復位鎖定；（5） 內置自振動（rc振蕩）看門狗；（6） 程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝；（7） 4種可選振蕩方式； 低成本阻容：rc 標準晶體/陶瓷：xt 高速晶體/陶瓷：hs 低頻晶體：lpcoms工藝特性（1） 低功耗； -2ma

31、5v,4mhz;-60ua3v,32khz;-26ua2v,睡眠模式下。（2） 全靜態(tài)設計；（3） 寬工作電壓；（4） 寬工作溫度范圍。由于pic16f877具有flash工業(yè)特性，所以它極適合于那些可能會經常改動程序編碼的應用。另外它的內部的flash數(shù)據(jù)存儲器不僅有掉電保護數(shù)據(jù)的功能，更重要的時它是由單片機內部進行控制操作的，即外部電路無法對其進行讀寫，所以有極高的數(shù)據(jù)保密性，這使得pic16f877在加密性產品中得到廣泛應用。圖3-2 pic16f877引腳圖pic16f877輸入輸出接口：pic16f877除了上述基本電路所占用的7只引腳外，其余的33支引腳都可當做輸出、輸入接腳，輸入

32、輸出端口是單片機基本界面，可以與周邊電路進行電路控制和信號傳輸與檢測。引腳圖如圖3-11，pic是8位的單片機，以接腳特性分組，每組盡量湊滿8支接腳，并將i/o命名為porta(ra0ra5)、portb(rb0rb7)、portc(rc0rc7)、portd(rd0rd7)和porte(re0re2)等，各分組接口特性說明如下： pic16f877的porta總共有6個位(ra0ra5)，porta的接腳可作為數(shù)字輸出輸入端口，而系統(tǒng)重置后，porta自動成為模擬輸入狀態(tài)，可讀取模擬輸入訊號。portb總共有8個位(rb0rb7)，可以撰寫程序規(guī)劃輸入輸出方向、狀態(tài)，其中，要進行燒錄時，使用

33、到三支接腳，分別是pin36(rb3/pgm)、pin39(rb6/pgc)與pin40(rb7/pgd)。 portc總共有8個位(rc0rc7)，除了可作為數(shù)位i/o外，還和一些特殊功能的周邊電路共享接腳，例如ccp（直流馬達控制）、i2c、spi（同步串行通訊電路）、uart（異步串行傳輸電路）等等。 portd總共有8個位(rd0rd7)，可作一般數(shù)字i/o，并與psp(parallel slave port)并列傳輸接口共享。當整體系統(tǒng)需要多單片機時，彼此可以經由并列傳輸接口來快速傳輸資料。4 電冰箱控制系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)的硬件電路由pic16f877單片機、直流電源供電電路、時鐘振蕩

34、電路、制冷電路、指示燈電路、報警電路、鍵盤顯示電路、等組成。4.1 供電直流電源圖4-1 供電電路圖pic單片機的供電都是通過如圖4-1供電電源獲得的。單片機需要+5v直流電源供電，但由于市電為220v，所以需要設計一個+5v直流電源。電源部分由以下幾部分組成：1）變壓：先通過變壓器將220v變?yōu)?2v，再采用單項橋式整流電路，將交流電壓轉變?yōu)橹绷麟?，但是整流后還存在交直流分量，所以要通過濾波去除其中的交流部分。2）穩(wěn)壓：選擇了大容量的電解電容作為濾波電容穩(wěn)壓由于整流后的電壓波動很大，所以需要進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓部分選用了78系列三端穩(wěn)壓器。因為穩(wěn)壓后面需要加二極管等元器件，所以穩(wěn)壓器件選7805。

35、7805輸出的為5v，在穩(wěn)壓器前要加電容，用于抵消輸入線較長時的電感效應，以防止電路產生自激振蕩，穩(wěn)壓器輸出需要加兩個電容，一個用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，另一個需要加電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。3）掉電保護部分：圖4-2 掉電記憶電路為實現(xiàn)掉電保護功能需要加一個大容量電容，在電源掉電時給單片機供電。電路圖如圖4-2所示。二極管為保護作用，在v1正常工作時，d2導通，電容c9充電，當?shù)綦姇r，d2截止，由于電容為法拉電容，,電容量很大，儲能量很大。v1掉電時，電容放電，作為備用電源，可使單片機正常工作。4.2 時鐘震蕩電路圖4-3 時鐘振蕩電路xtal1和xtal2

36、分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。時鐘震蕩電路如圖4-3，該電路由pic16f877的xtal1和xtal2腳內電路及外接的晶體和外接電容等組成。震蕩電路產生的震蕩信號提供給微電腦電路作為時基信號。選用4m晶體，則提供的指令頻率為1us.4.3 制冷部分電路制冷部分電路如圖4-4 圖4-4 壓縮機電路4.3.1 壓縮機壓縮機是制冷系統(tǒng)的心臟，它在電動機的帶動下壓縮和輸送制冷劑蒸

37、汽，使制冷循環(huán)得以實現(xiàn)。在電冰箱中多采用活塞式和旋轉式壓縮機，一般為封閉式結構。壓縮機的機械部分比較簡單，下面重點對壓縮機電動機進行介紹。壓縮機電動機一般采用單相異步電動機，輸出功率在1.5kw以上的全封閉式壓縮機組才使用三相異步電動機。壓縮機電動機的種類:(1)單向電阻分相式異步電動機電子主繞組與副繞組在空間相差90電角嵌放，副繞組與啟動繼電器相接。接通電源后，因副繞組線細、匝數(shù)又少，阻抗、感抗與主繞組不同，于是形成旋轉磁場，電動機啟動運行。當電動機轉速達到75%左右的同步轉矩時，啟動繼電器切斷副繞組，這時只有主繞組參與運行。這種電動機啟動轉矩較小，啟動電流較大，適用功率為40w130w。(

38、2)單相電容啟動式異步電動機這種電動機的結構和功能與電阻分相式基本相同，只是在副繞組中串聯(lián)一啟動電容(45uf100uf)。副繞組線細、匝數(shù)多，啟動容易。啟動完成后繼電器動作，切斷副繞組，只有主繞組參與運行。具有啟動轉矩較大，啟動電流較小的特點，適用功率40w300w。(3)單相電容啟動電容運轉式異步電動機這種電動機的結構和功能與上述二種基本相同，不過電路中有兩只電容。電動機在啟動時，兩電容并聯(lián)，增大了啟動轉矩。啟動完成后，啟動繼電器將啟動電容切斷、運轉電容仍接于電路中。具有啟動轉矩較大，運行電流較小的特點，多用于日產冰箱。4.3.2 壓縮機在電冰箱這類小型制冷設備中，制冷壓縮機多采用單相分相

39、式異步電動機，啟動繼電器的作用是幫助電動機啟動，啟動完成后自動斷開副繞組，避免燒壞副繞組線圈。常用的啟動繼電器有以下幾種。(1)重錘式啟動繼電器重錘式啟動繼電器是目前電冰箱中廣泛采用的啟動元件，主要有繼電器線圈、銜鐵、重錘、動觸點、靜觸點等組成。工作原理如下：可由電冰箱的電器原理圖進行分析。在接通電源瞬間，電流經溫控器、過載保護器，進入壓縮機主繞組，通電繼電器線圈形成回路，因此時電流較大，電磁力克服重錘重力而使副線圈接通，于是滿足了電動機旋轉磁場形成條件，電動機啟動運行。待電動機啟動完成后，因此時線路中電流趨向于正常值，這時電磁力不足以克服重錘重力，于是在重錘重力作用下，斷開觸點，這時只有主繞

40、組參與運行。(2)ptc啟動器ptc啟動器結構與工作原理如下：ptc元件是具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，是一種鈦酸鋇半導體陶瓷晶體。ptc在剛加上電壓時，溫度低、電阻小，呈現(xiàn)“低阻”狀態(tài)，此后ptc啟動繼電器由于自身發(fā)熱而升溫，在1s以內溫度升高到居里點以上，電阻值急劇增大，呈現(xiàn)“高阻”狀態(tài)，電流大幅度減小，幾乎成為斷路。溫控器接通時，電流通過壓縮機電動機主繞組，同時經過ptc啟動器進入電動機副繞組，這時壓縮機啟動，因ptc啟動器自身發(fā)熱升溫，超過居里點，電阻值急劇增大，副繞組相當于斷路只有主繞組參與運行。壓縮機停轉后ptc溫度下降，約3min5min后，又可以重新啟動。因ptc啟動器無觸點、無噪

41、音、結構簡單、工作可靠、受電壓波動影響小、與電動機匹配條件較寬松，因而有代替重錘啟動繼電器的趨勢。ptc常溫電阻值可用萬用表測量，也可直接讀取。如松下330m355型啟動器，電阻值33，耐壓355v；470n400型啟動器，電阻值47，耐壓400v。東芝、日立壓縮機配用ptc電阻一般取22，松下、三菱壓縮機取30，國產上菱壓縮機取100。選用ptc時，可根據(jù)壓縮機功率特性，主要從常溫電阻、最大沖擊電流等考慮選擇合適的ptc元件型號。(3)電容啟動器電容啟動器是一種輔助啟動裝置，主要用于冷藏箱等制冷設備中。其作用是在增加啟動電流的前提下，增加電動機的啟動轉矩。當電源電壓低時，壓縮機電動機啟動困難

42、，這時電動機電流增大，會導致過載保護器開路，甚至燒壞電動機繞組。在這種情況下，采用電容輔助啟動裝置，就可解決這一問題。電容器的好壞的判別方法：測量前，先將電容器兩引線短接，使其放電。然后用萬用表兩表筆分別接電容器兩引線，正常情況下，萬用表兩指針由電阻大的方向向電阻小的方向偏移，然后再回偏。否則說明電容已損壞，應按原容量、耐壓更換新件。4.3.3 過載保護器過載保護器一般有外接式和內埋式兩大類。工作原理如下： (1)外接式外接過載保護器由雙金屬片，動觸點、靜觸點、電熱絲和外殼組成。一般串聯(lián)在主電路中使用。當有較大電流流過時，電熱絲發(fā)熱升溫，雙金屬片受熱彎曲，觸點斷開，切斷電源，以保護壓縮機電動機

43、不被燒壞。當電熱絲冷卻后，雙金屬片恢復原狀，又可接通電源。(2)內埋式內埋式過熱保護繼電器一般用于功率較大的全封閉式壓縮機中，直接控制繞組溫度，使用中只要繞組溫度超出正常范圍，即可切斷電源。壓縮機電路中，壓縮機的得電與否，主要是靠繼電器決定的。當rb5為高電平的時候，使得三極管處于導通狀態(tài)，并且線路中的led發(fā)光，對電路作指示作用，這樣，繼電器就形成回路，線圈得電。則控制220v接入壓縮機的開關閉合，壓縮機得電工作。其中風機和化霜中的lde顯示功能與此電路中的原理相同，如圖4-5。圖4-5 壓縮機指示電路當三極管基級得電導通。繼電器線圈的電，則開關閉合，壓縮機得電工作。當rb5為低電平時，三極

44、管不導通，使得幾點起的線圈中有沒有消耗的電感。所以，必須在繼電器線圈兩側并聯(lián)一個二極管，其目的是在繼電器由工作到不工作的過程中使線路形成回路。防止線圈燒壞。報警電路中通過i/o口為高電平時，使三極管導通，通過vcc通電使發(fā)光二級導通發(fā)光，實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的提示作用，如圖4-6。圖4-6 報警指示電路4.4 按鍵顯示電路圖4-7 鍵盤電路鍵盤電路如圖4-7,。此設計采用四個按鍵，其功能分別為模式切換，+鍵，-鍵，和確認鍵。通過按鍵來實現(xiàn)對空調的控制。當按鍵按下的時候，按鍵對應的端口為低電平。當按鍵抬起時，單片機的端口為高電平。電阻的作用是為了避免對端口通入過高電壓。圖4-8 液晶顯示電路顯示電路中

45、使用了hs12864-15系列l(wèi)cd液晶顯示屏，電路圖如圖4-8。hs12864-15 系列中文圖形液晶模塊的特性主要由其控制器 st7920 決定。st7920 同時作為控制器和驅動器，它可提供 33 路 com 輸出和 64 路 seg 輸出。 在驅動器 st7921 的配合下，最多可以驅動 25632 點陣液晶。漢升實業(yè)有限公司的 hs12864-15 系列產品有 hs12864-12（有 v3.0 版本和v4.0 版本流通市場）和 hs12864-15b，hs12864-15c。hs12864-15 系列產品硬件特性如下：1、提供 8 位，4 位并行接口及串行接口可選；2、并行接口適配

46、 m6800 時序 自動電源啟動復位功能；3、內部自建振蕩源；4、 6416 位字符顯示 ram（ddram 最多 16 字符4 行，lcd 顯示范圍 162 行）；5、 2m 位中文字型 rom（cgrom），總共提供 8192 個中文字型（1616 點陣）；6、 16k 位半寬字型 rom(hcgrom)，總共提供 126 個西文字型（168 點陣）；7、 6416 位字符產生 ram（cgram）。hs12864-15 系列產品硬件特性如下：1、文字與圖形混合顯示功能；2、畫面清除功能 光標歸位功能 顯示開/關功能；3、光標顯示/隱藏功能；4、顯示字體閃爍功能 光標移位功能功能；5、顯示

47、移位功能；6、垂直畫面旋轉功能 反白顯示功能；7、休眠模式。表4.1 hs12864的接口名稱型態(tài)電平功能描述并口串口vcci-模塊電源輸入（未注明為 5v）gndi-電源地v0i-對比度調節(jié)端v0outi-液晶驅動電壓輸出端psbih/l并口/串口選擇：h 并口;l 串口*rstih/l復位信號，低有效rs(cs)ih/l寄存器選擇端： h 數(shù)據(jù);l 指令片選，低有效r/w(sid)ih/l讀/寫選擇端：h 讀l 寫串行數(shù)據(jù)線e(sclk)ih/l使能信號串行時鐘輸入db0-db3i/o-數(shù)據(jù)總線低四位空接db4-db7i/o-數(shù)據(jù)總線高四位，4 位并口時空接空接cs1i屏幕選擇cs2i屏幕

48、選擇4.5 溫度檢測電路設計中采用了ds18b20溫度傳感器來實現(xiàn)對電冰箱的冷凍室和冷藏室的溫度進行實時檢測。電路連接方式如圖4-9。圖4-9 溫度檢測電路ds18b20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有l(wèi)tm8877，ltm8874等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的ds18b20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。外部結構圖如圖4-10 圖4-

49、10 ds18b20外部結構dsb18b20具有如下特點：（1）獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。（2）測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。（3）支持多點組網功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。（4）工作電源: 35v/dc（5）在使用中不需要任何外圍元件（6）測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送（7）不銹鋼保護管直徑 6（8） 適用于dn1525, dn40dn250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫（

50、9）標準安裝螺紋 m10x1, m12x1.5, g1/2”任選（10）pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。ds18b20的工作原理：ds18b20測溫原理如圖4-11所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)

51、，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。溫度寄存器=0高溫度系數(shù)晶振=0預置低溫度系數(shù)晶振計數(shù)器1預置比較斜率累加器計數(shù)器2圖4-11 ds18b20的工作原理ds18b20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：（1）光刻rom中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼。64位光刻rom的排列是：開始8位 （28h）是產品類型標號，接著的48位是該ds18b20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（crc=x8+x5+x4+1）

52、。光刻rom的作用 是使每一個ds18b20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個ds18b20的目的。（2）ds18b20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/lsb形式表達，其中s為符號位。這是12位轉化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18b20的兩個8比特的ram中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07d0h，+25.06

53、25的數(shù)字輸出為0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為fe6fh，-55的數(shù)字輸出為fc90h 。（3）ds18b20溫度傳感器的存儲器 ds18b20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eepram,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 th、tl和結構寄存器。（4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：配置寄存器結構如表4.2表4.2 配置寄存器結構tmr1r011111 低五位一直都是1，tm是測試模式位，用于設置ds18b20在工作模式還是在測試模式。在ds18b20出廠時該位被設置為0，用 戶不要去改動。r1和r0用來設置分辨率，如下表所示：（ds18b20出

54、廠時被設置為12位）溫度分辨率設置表；如表4.3表4.3 溫度分辨率r1r0分辨率溫度最大轉換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms高速暫存存儲器：高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表4.4所示。當溫度轉換命令發(fā)布后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應的溫度計算： 當符號位s=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當s=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表4.4 暫存寄存器分布寄存器內容字節(jié)地址溫度值低位（ls byte）0溫度值高位（ms byte）1高