基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)

1、命運如同手中的學(xué)紋,無論多曲折,終掌握在自己手中。你今天的日積丿I累，終會變成別人的望塵莫及。12計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計成績評定表設(shè)計課題:基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)學(xué)院名稱:電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：自動0801學(xué)生姓名:田冠枝學(xué) 號:200848280126指導(dǎo)教師:臧海河設(shè)計地點： 2#421設(shè)計時間：2011062720110703指導(dǎo)教師意見：成績：簽名：年 月 日命運如同手中的學(xué)紋,無論多曲折,終掌握在自己手中。你今天的日積丿I累，終會變成別人的望塵莫及。23計算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計設(shè)計課J學(xué)院名稱: 專業(yè)班級: 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 設(shè)計地點: 設(shè)計時間:基于單片機(jī)的電冰

2、箱控制系統(tǒng)電氣工程學(xué)院自動0801田冠枝200848280126臧海河2#4212011.06.27-2011.07.03命運如同于中的學(xué)紋.無論多曲折,終掌握在自己手中。計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名田冠枝專業(yè)班級自動化0801學(xué)號200848280126題目基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬課題指導(dǎo)教師臧海河主要內(nèi)容利用單片機(jī)設(shè)計一個自動門控制系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：（1）電源 過欠壓保護(hù)功能（2）壓縮機(jī)開啟延時功能（3）自動除霜功能（4）電 冰箱溫度自動調(diào)節(jié)功能（5）功能鍵控制功能（6） LED顯示功能（7） 關(guān)機(jī)提示功能（8）連續(xù)速凍功能（9）溫度測量功能（10）

3、故障自檢 報警功能任務(wù)要求第1天，熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，針對課題查閱技術(shù)資料。第2天，確定設(shè)計方案。要求對設(shè)計方案進(jìn)行分析、比較、論證，畫 出方框圖，并簡述工作原理。第3-4天，按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元 件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細(xì)論述。第5-7天，撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、 格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅不少于5000字。主要參 考資料1 梁潔婷.單片機(jī)應(yīng)用綜合實習(xí)指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社， 20032 陳永甫.電子電路智能化設(shè)計實例與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出 版社，2005邱興永.怎樣修理電冰箱M.北京：人

4、民郵電出版社，19994張靖武.周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，2007審査意見系（教研室）主任簽字：年月日你今天的日積丿J累.終會變成別人的望塵莫及。34命運如同于中的學(xué)紋.無論多曲折,終掌握在自己手中。目錄1引言錯誤!未定義書簽。1.1課題背景11.2主要實現(xiàn)功能12總體方案設(shè)計錯誤!未定義書簽。2.1控制系統(tǒng)方案設(shè)計22.2基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)整體布局錯誤!未定義書簽。2.3功能原理分析33硬件電路設(shè)計43.1單片機(jī)的選擇53.2 A/D轉(zhuǎn)換電路53.2ADC0809 介紹63.2.2ADC0809 與 AT89C51 單片機(jī)接口電路63.3鍵

5、盤電路及其顯示電路73.4溫度采集及除霜電路83.4.1溫度采集電路83.4.2除霜電路9343傳感器的選擇93.5制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟停電路103.5控制電路圖103.5.2工作原理113.6電源電壓檢測電路113.7報警電路124軟件設(shè)計124.1程序設(shè)計語言124.2程序主要模塊134.2.1主程序模塊134.2.2T0中斷服務(wù)程序模塊144.2.3T1中斷服務(wù)程序模塊155總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄系統(tǒng)總原理圖18你今天的日積丿J累.終會變成別人的望塵莫及。44命運如同手中的掌紋,無論多曲折,終學(xué)握在自己手中。1.引言1.1課題背景電冰箱是利用電能在箱體內(nèi)形成低溫環(huán)境，用于冷藏冷凍各

6、種食品和其他物 品的家用電器設(shè)備。電冰箱是每個家庭現(xiàn)代化廚房必備的家用電器，它的主要任 務(wù)就是控制壓縮機(jī)、化霜加熱等來保持箱內(nèi)食品的最佳溫度，達(dá)到食品保鮮的LI 的，即保證所儲存的食品在經(jīng)過冷凍或冷藏之后，保持色、味、水分、營養(yǎng)基本 不變。電冰箱是第一次家電革命浪潮的主導(dǎo)產(chǎn)品，是每個家庭必備的電器設(shè)備。從 1918年世界上第一臺電機(jī)壓縮式電冰箱研制成功，至今已走過89個年頭。這期 間，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電冰箱也在不斷的演變和更新，尤其是近年來高 新技術(shù)的迅猛崛起，更使得電冰箱的發(fā)展日新月異?，F(xiàn)代社會每一個家庭都處在 快節(jié)奏的生活中，人們大多已無閑暇的時間和精力花費在經(jīng)常性的采購日常生活

7、用品上。因此，集中時間大量采購的新型生活方式已為越來越多的人所接受，從 而決定了大容量電冰箱將是一種國際化的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的機(jī)械式直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮 機(jī)的啟、停，使電冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圉內(nèi)。一般，當(dāng)蒸發(fā)器溫度升至 3、5C時啟動壓縮機(jī)制冷；當(dāng)溫度低于-10-20C時停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)“。隨著 家用電冰箱的普及，人們對電冰箱的控制功能要求越來越高，這對電冰箱控制器 提出了更高的要求，多功能、智能化是其發(fā)展方向之一，傳統(tǒng)的機(jī)械式、簡單的 電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展要求。隨著微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)以其體積小、價格低、應(yīng)用靈活等優(yōu)點在 家用電器、儀器儀表

8、等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行控制，可以使 電冰箱的控制更準(zhǔn)確、靈活、直觀。1. 2主要實現(xiàn)功能本論文所設(shè)計的基于51單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心 控制壓縮機(jī)的啟動和停止，解決了傳統(tǒng)電冰箱控制系統(tǒng)存在的不足，可以使控制 更準(zhǔn)確，更靈活。本系統(tǒng)處于監(jiān)控狀態(tài)時，具有以下功能：（1）電源過欠壓保護(hù)功能：為了使電冰箱安全可靠地運行，要求其電源電壓在 180V240V之間。因此，當(dāng)電源電壓小于180V或大于240V時，禁止啟動壓縮 機(jī)并用指示燈顯示。（2）壓縮機(jī)開啟延時功能：該功能要求壓縮機(jī)停機(jī)時間超過3min才能啟動，以 延長圧縮機(jī)的壽命。這就要求在每次電冰箱上電時，都

9、要檢查壓縮機(jī)停機(jī)是否到 你今天的日積丿J累，終會變成別人的望塵莫及。55命運如同手中的掌紋,無論多曲折,終學(xué)握在自己手中。3min,若未達(dá)到，需延時到3min后才能啟動。因此，在設(shè)訃時應(yīng)有判斷與延時 功能。（3）自動除霜功能:冷凍室中的水分會凝結(jié)成霜，因此，電冰箱應(yīng)有自動除霜功 能。該功能的實現(xiàn)方法是通過累計壓縮機(jī)運行時間和檢測環(huán)境溫度，來判斷是否 滿足化霜條件（霜厚達(dá)到3mm）,當(dāng)霜厚達(dá)到3mm時，接通化霜加熱絲，同時斷開 壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，30分鐘后斷開化霜加熱絲，接通壓縮機(jī)，再過15分鐘后接通風(fēng) 機(jī)。（4）電冰箱溫度自動調(diào)節(jié)功能：該功能是電冰箱應(yīng)具備的主要功能。電冰箱設(shè) 有冷凍室和冷藏室，冷

10、凍室的溫度為一16C一26C,冷藏室的溫度為2C 10C,在該溫度范圍內(nèi)，食品保鮮效果較好，因此，對控制器的要求是將冷凍室 和冷藏室的溫度自動控制在各自的范圍內(nèi)。（5）功能鍵控制功能：利用功能鍵分別控制冷凍室溫度、冷藏室溫度、速凍設(shè) 定等。（6）LED顯示功能：利用LED顯示冷凍室溫度、冷藏室溫度,壓縮機(jī)的啟、停和 速凍、報警狀態(tài)。（7）關(guān)機(jī)提示功能：開門超過2min將聲音報警,提醒用戶及時關(guān)門。（8）連續(xù)速凍功能：連續(xù)速凍時間設(shè)定范圍廣8小時。（9）溫度測量功能：設(shè)定3個測溫點，測量范圍-26+26 C,精度0.5 C；（10）故障自檢報警功能：該功能要求在電冰箱運行過程中，不斷診斷電冰箱的

11、 運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重故障時，電冰箱停機(jī)并報警顯示。2.總體方案設(shè)計系統(tǒng)基本原理方案是整個設(shè)計過程的依據(jù)，也是貫穿整個設(shè)計系統(tǒng)的靈魂 線，它的好壞直接關(guān)系到整個方案的成敗。在其設(shè)計上要經(jīng)過查詢考證、深思熟 慮、反復(fù)推敲，有時離不開大量的實驗，最后再比較兒種選定方案而得出的。2. 1控制系統(tǒng)方案設(shè)計控制系統(tǒng)在整個智能電冰箱控制中的地位是至關(guān)重要的，它控制著整個系 統(tǒng)的運行，是系統(tǒng)是否正常運行的關(guān)鍵。選用的控制系統(tǒng)是否合理是關(guān)系到整個 系統(tǒng)設(shè)計成敗的關(guān)鍵。因此此必須慎重地選擇控制系統(tǒng)。當(dāng)前對電冰箱控制系統(tǒng) 的方案主要有以下兩種。1. 機(jī)械控制方式所謂的機(jī)械控制方式，即根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)

12、的啟、停，使電 冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。一般，當(dāng)蒸發(fā)器溫度升至35C時啟動壓 縮機(jī)制冷;當(dāng)溫度低于-10-20時停止制冷,關(guān)斷壓縮機(jī)。這種控制方式，電路 相對簡單，操作方便，使電冰箱的控制不夠準(zhǔn)確、靈活、直觀。你今天的日積丿J累，終會變成別人的望塵莫及。66命運如同手中的掌紋,無論多曲折,終學(xué)握在自己手中。2. 智能控制方式所謂的智能控制方式，即自動控制方式，用單片機(jī)控制制冷壓縮機(jī)的啟、 停,使電冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。這些過程不需要任何的人工操作, 全部自動進(jìn)行，使電冰箱的控制更準(zhǔn)確、靈活、直觀。經(jīng)過慎重地考慮、科學(xué)地論證和實驗，本論文采用了第二種方案；用單片 機(jī)作為控制

13、系統(tǒng)的核心部分，來控制著系統(tǒng)的運行。選用單片機(jī)的好處是：單片 機(jī)控制功能強(qiáng)、體積小、功耗低、性能高、速度快、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用靈活廣泛、 價格低廉、通用性強(qiáng)等。2. 2基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)的整體布局智能電冰箱系統(tǒng)山傳感器（霜厚傳感器、冷藏室溫度傳感器、冷凍室溫度傳 感器）、微控單元單片機(jī)、壓縮機(jī)、加熱絲、LED顯示器、語音輸出等組成。其 中傳感器整個硬件中最重要的組成部分，是系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵；微控單元是系 統(tǒng)的軟件部分，控制整個系統(tǒng)的運行，是系統(tǒng)是否正常工作的保證。設(shè)計系統(tǒng)整 體布局框圖如圖2-1所示圖2-1設(shè)汁系統(tǒng)整體布局框圖2. 3功能原理分析基于51單片機(jī)控制的單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作原

14、理是這樣的：傳感器（霜厚 傳感器、冷藏室溫度傳感器、冷凍室溫度傳感器）隨時處于待工作狀態(tài)。當(dāng)霜的厚度達(dá)到3mm時，霜厚傳感器就會感應(yīng)到，將產(chǎn)生模擬量信號，并將 產(chǎn)生的模擬信號傳送到A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器接收到模擬信號后將其轉(zhuǎn)換為數(shù) 字量信號，并將數(shù)字信號輸送到單片機(jī)；單片機(jī)接受到信號后，將數(shù)字量信號進(jìn) 行分析、判斷、處理，給出除霜命令。智能電冰箱控制系統(tǒng)工作后，霜的厚度逐 你今天的日積丿J累，終會變成別人的望塵莫及。78命運如同手中的掌紋,無論多曲折,終學(xué)握在自己手中。漸改變，當(dāng)霜的厚度調(diào)整到規(guī)定值時，除霜命令的自動解除，一個工作過程就算 是這樣完成了。霜厚傳感器接著等待進(jìn)入下一個工作過程

15、。當(dāng)冷藏室的溫度低于2C或高于10C時，冷藏室溫度傳感器就會感應(yīng)到，將 產(chǎn)生模擬信號，并將產(chǎn)生的模擬信號傳送到A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器接收到模擬 信號后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，并將數(shù)字信號輸送到單片機(jī)：單片機(jī)接受到信號 后，將數(shù)字量信號進(jìn)行分析、判斷、處理，給出調(diào)整冷藏室溫度命令。智能電冰 箱控制系統(tǒng)工作后，冷藏室內(nèi)的溫度逐漸改變，當(dāng)冷藏室內(nèi)的溫度調(diào)整到規(guī)定范 圍時，調(diào)整冷藏室的命令的自動解除，一個工作過程就算是這樣完成了。冷藏室 傳感器接著等待進(jìn)入下一個工作過程。當(dāng)冷凍室的溫度低于-26C或高于-16C時，冷凍室溫度傳感器就會感應(yīng)到， 將產(chǎn)生模擬信號，并將產(chǎn)生的模擬信號傳送到A/D轉(zhuǎn)換器；A

16、/D轉(zhuǎn)換器接收到模 擬信號后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，并將數(shù)字信號輸送到單片機(jī)：單片機(jī)接受到信 號后，將數(shù)字量信號進(jìn)行分析、判斷、處理，給出調(diào)整冷凍室溫度命令。智能電 冰箱控制系統(tǒng)工作后，冷凍室內(nèi)的溫度逐漸改變，當(dāng)冷凍室內(nèi)的溫度調(diào)整到規(guī)定 范圉時，調(diào)整冷凍室的命令的自動解除，一個工作過程就算是這樣完成了。冷凍 室傳感器接著等待進(jìn)入下一個工作過程。 3.硬件電路設(shè)計電冰箱控制器的主要任務(wù)就是控制壓縮機(jī)、化霜加熱等來保持箱內(nèi)食品的最 佳溫度，達(dá)到食品保鮮的目的，即保證所儲存的食品在經(jīng)過冷凍或冷藏之后，保 持色、味、水分、營養(yǎng)基本不變。用LED將設(shè)定溫度或?qū)嶋H溫度顯示出來。基于51單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)

17、的硬件結(jié)構(gòu)采用了模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包 括：A/D轉(zhuǎn)換電路、溫度采集電路、除霜電路、鍵盤電路、LED顯示電路、制冷 壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、?？刂齐娐贰㈦娫措妷簷z測電路、語音輸出報警電路、 直流電源供電電路、晶體振蕩電路等模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示你今天的日積丿J累，終會變成別人的望塵莫及。88命運如同手中的掌紋,無論多曲折.終掌握在自己手中。你今天的日枳丿J累.終會變成別人的望塵莫及。99鍵盤電路直流電源 供電電路冷藏室溫 度傳感器放大器冷凍室溫 度傳感器晶體震蕩電路AT89C51A/D轉(zhuǎn)換電路霜厚傳感器欠電壓保護(hù)壓縮機(jī)功放1加熱絲圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)是整個測控

18、系統(tǒng)的核心部件，它直接影響到整個系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計 并對系統(tǒng)的功能、性價比以及研制周期起決定性作用。本控制系統(tǒng)的單片機(jī)釆用 美國ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89651,它是80651微控制器系統(tǒng)的派生。 AT89C51芯片采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在 單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，而且價格低，是目前性能 比較高的單片機(jī)之一。該芯片完全滿足系統(tǒng)需要，不需要再外擴(kuò)程序存儲器和數(shù) 據(jù)存儲器，可以大大簡化系統(tǒng)的硬件電路。此外，AT89C51單片機(jī)在市場上的貨 源充

19、足，技術(shù)比較成熟，同時也具有較好的開發(fā)環(huán)境。3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路X：釆用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模擬輸 入通道，本系統(tǒng)只用了其中4個通道IN0IN3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測通 道，IN1作為冷藏室溫度檢測通道，IN2作為除霜檢測通道,IN3作為電源電壓檢測 通道。命運如同手中的掌紋,無論多曲折.終掌握在自己手中。3. 2.1 ADC0809 介紹ADC0809是一種比較典型的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器CMOS工藝，可實現(xiàn)8 路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用 譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100 us左右，釆用雙排28

20、引腳封裝，可以和微機(jī)直接 接口。1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器 和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量 分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù) 字量，當(dāng)0E端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：ADC0809八路模擬量開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入, 共用1個A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對ADDA、ADDB、ADDC 三個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于8路模擬通道的選擇。8位A/D轉(zhuǎn) 換器是逐次逼近式，三態(tài)輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。2. 主要特征：（1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫耍唬?）轉(zhuǎn)換時間為100 us：（4）單個+ 5V電源供電；（5）模擬輸入電壓范圍0+ 5V,不需零點和滿刻度校準(zhǔn)；（6）工作溫度范圍為-40+ 85攝氏度；（7）低功耗，約15mWo3. 工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE二1,將地址