有關(guān)電冰箱制冷的大學本科方案設計書2方案設計書

1、眾所周知， 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(jīng)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。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(jīng)在家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。 面臨國內(nèi)電冰箱發(fā)展的現(xiàn)狀， 在技術(shù)上還與其他 發(fā)達國家有一定的差距， 我們在原有的基礎上對電冰箱進行了一定的改進， 使其適應 當代個性時尚、節(jié)能環(huán)保、智能高端、精確溫控的發(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(chǎn)品在

2、控制上還增加了人工智能， 使家電性能更優(yōu)異，使用更方便可靠。本次設計基于大量的市場調(diào)查和理論研究。 首先，我對傳統(tǒng)電冰箱控制系統(tǒng)進行 了分析。調(diào)查了 10 多個品牌的電冰箱的控制系統(tǒng)，研究了他們制冷的優(yōu)缺點，吸收 了一些比較好的設計思想。 其后，我又查閱了大量的資料文獻， 其中最多的是國內(nèi)外 最新發(fā)表的關(guān)于制冷方面的論文， 豐富了我們的理論依據(jù)。 然后， 根據(jù)我擁有的材料 用單片機實現(xiàn)電冰箱控制系統(tǒng)的硬件設計， 最后在硬件設計的基礎上實現(xiàn)了其軟件設 計。第 1 章 電冰箱系統(tǒng)概述1.1 單片機概述自從 1971 年微型計算機問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進一步發(fā)展，導 致微型計算機正向兩個

3、方向發(fā)展： 一是高速度、 高性能、大容量的高檔微型計算機及 其系列化，向大、中型計算機挑戰(zhàn)；另一個是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應各種領域需 要的單片機。單片機是指把中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、定時器 / 計數(shù)器以及 I/O 接口電路等主要部件集成在一塊半導體芯片上的微型計算機。 雖然單片機只是一個芯 片，但從組成和功能上看， 它已經(jīng)具有了微型計算機系統(tǒng)的含義， 從某種意義上來說， 一塊單片機就是一臺微型計算機。自從1975年美國德可薩斯公司推出世界上第一個 4位單片機TMS-1000型以來, 單片機技術(shù)不斷發(fā)展， 目前已成為微型計算機技術(shù)的一個獨特分支， 廣泛應用于工業(yè) 控制、儀器儀表智能

4、化、家用電子產(chǎn)品等各個控制領域。(4) 信息與通信技術(shù) 圖形終端機、傳真機、復印機、調(diào)制解調(diào)器、聲響處理器、 數(shù)字濾波器等。1.4 家用電冰箱的發(fā)展趨勢隨著家用電冰箱的發(fā)展和普及,其耗電量占民用總用電量的比例越來越大 ( 美國 為13 %) ,因而,提高冰箱的能源效率, 增加我國家電產(chǎn)品在國內(nèi)外市場上的競爭力, 與國際水平接軌, 已成為生產(chǎn)企業(yè)的重要任務。 為了鼓勵企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能冰箱和用戶購 買節(jié) 能冰箱,世界各 國采取了一系列的政策措 施。 如美 國頒 布了能源法,制定了包括冰箱 在內(nèi)的十二 種家用 電器的能耗限制 標準；日本 實施了家用 電器系列 節(jié)能標準；歐洲對冰箱 實 行了能效等 級標

5、準；此外,加拿大、 澳大利 亞、 臺灣、香港等 國家和地 區(qū)也制定或 實施了 電冰 箱的能效 標準。 我國家用 電器節(jié)能技 術(shù)也是 “九五”國 家重點技 術(shù)開發(fā) 指南中的重大 關(guān) 鍵技術(shù)之一,而且 國家經(jīng)貿(mào) 委已正式確定“九 五”期間，節(jié)能與CFCS替代技術(shù)的開發(fā)將作為 家用 電器行 業(yè)參與國際競爭 、趕超 國際 水平的 重點 項目。 節(jié)能已成 為全球 關(guān)心的一大 課題 。 但由于我 國冰箱工 業(yè)發(fā) 展較晚 ，冰箱 節(jié) 能技 術(shù) 的 開發(fā) 和應用與發(fā)達國 家相比有大的差距，因 此我 們必須加強和 發(fā)達國 家的技 術(shù)交流， 參考 和借 鑒國 外先 進的節(jié)能 經(jīng)驗 和措施，促 進我國 冰箱 節(jié) 能

6、工作的 開展。 同時政府部 門采取 傾 斜政策鼓 勵企業(yè)進 行技 術(shù)創(chuàng) 新，大力 開展節(jié)能產(chǎn)品認 證工作，推動冰箱節(jié)能技術(shù)的快速發(fā)展?？傊?，在家電市場競爭日趨激烈的今天，如 何在節(jié)能、 變頻等技術(shù)領先一步， 以提升產(chǎn)品的高科技含量來占領市場， 從而引導家 電產(chǎn)品的更新?lián)Q代， 已成為家電行業(yè)競爭的前沿陣地。 節(jié)能是世界家電的發(fā)展趨勢。第 2 章 MCS-51 單片機介紹2.1 MCS-51單片機硬件介紹單片機主要組成部分分為中央處理器（CPU）、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器-內(nèi)部RAM內(nèi)部程 序存儲器-內(nèi)部ROM I/O端口、串行口、定時器、終端程序系統(tǒng)。2.2 內(nèi)部主要組成部分介紹2.2.1 MCS-51單

7、片機中央處理器單片機的內(nèi)部最核心的部分是CPU它是單片機的大腦和心臟。CPU勺主要功能是 產(chǎn)生各種控制信號、以控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算和 邏輯運算以及位操作處理等。它的功能可分為運算器和控制器兩種。2.2.2 MCS-51單片機存儲器89C51單片機中共有256個RA單元，包括低128個單元（地址為OOH 7FH）的內(nèi)部RA區(qū)和高128位（地址為80H FFH）的特殊功能寄存器區(qū)。89C51單片機還有4KB的內(nèi)部ROM用于存放程序或表格，稱為程序存儲器。2.2.3 MCS-51單片機中斷系統(tǒng)89C51單片機的中斷功能比較強，有 5個中斷元，即外部中斷2個，定時器中斷

8、2 個，串行中斷1個，有2個中斷優(yōu)先級。中斷控制電路主要包括用于中斷控制的四個寄 存器：定時器控制寄存器TCON串行口控制寄存器SCON中斷允許控制寄存器IE，中 斷優(yōu)先級控制寄存器IP等。2.3 MCS-51單片機引腳介紹piji Pl. L PL2卩5P1.7B9SKTRXD. 'I, <1 _1AL? PX 1P：i, 2INTT/PX3 T0/P3*4 umS7 NIAIJ XTA1U vssMCS-51系列單片機采用40引腳雙列直插式封裝（DIP），4個并行口共有32根引腳, 可分別作為地址線、數(shù)據(jù)線和I/O線；2根電源線；2根時鐘震蕩電路引腳和4根控制線。 MCS-5

9、單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有許多引腳具有第二功IX爪川榔 I丸 I ADIPG. 2/AD2P0. 3 A113 代h 4FU4 n, 5/AU5 P1.6/AD6Fa ;i i?ALE PRO；PSENP2. 7/AD15P2. 5/AD13已.4 Al) 12 PS. 3/ADll 吃.2； AD IdPS.1/AD9 E*2.0/AD6能，以89C51芯片為例，說明各引腳功能如下：圖 2-1 89C51 引腳圖(1) 電源引腳Vcc和VssVss ：接地端。Vcc :芯片+5V電源端。(2) 時鐘信號引腳XTAL1和XTAL2XTAL1、XTAL2當使用單片機內(nèi)部震

10、蕩電路時，用來外接石英晶體和微調(diào)電容， XTAL是片內(nèi)震蕩電路反相放大器的輸入端，XTAL2是片內(nèi)震蕩電路反相放大器的輸出 端，震蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當使用外部時鐘時，XTAL接地，XTAL2接外部時鐘信號源。(3) 控制信號引腳 RST/Vd ALE/PROGPSE和 EAVppRST/V pd: RS是復位信號輸入端。當輸入的復位信號保持兩個機器周期(24個時鐘周期)以上的高電平時有效，用來完成復位操作；第二功能"D乍為備用電源輸入端， 當主電源Vcc發(fā)生故障，電壓降低到低電平規(guī)定值時，可通過 Sd為單片機內(nèi)部RAM!供 電源，以保護片內(nèi)RA中的信息不丟失，使系統(tǒng)在上

11、電后能繼續(xù)正常運行。ALE/PROG :ALE為地址鎖存允許輸出信號。在訪問外部存儲器時，ALE用來鎖存P0口擴展低8位地址的控制信號。在不訪問外部存儲器時，ALE也以時鐘震蕩頻率的1/6的固定頻率輸出， 因而它又可用作對外輸出時鐘信號或其他需要， 例如可以用示波器 查看ALE是否有脈沖信號輸出來確定 89C51芯片的好壞；第二功能 PRO是對內(nèi)部有 EPRO的單片機的EPROM程時編程脈沖輸入端，它和31號引腳的第二功能Vpp一起使 用。PSEN :外部R0的讀選通信號輸出端。在訪問外部 R0時，PSE產(chǎn)生負脈沖作為讀 外部R0的選通信號。而在訪問外部RA或片內(nèi)R0時，不會產(chǎn)生有效PSEN!

12、號。EA /Vpp:EA是訪問外部RO的控制信號。當EA為低電平時，CPU只執(zhí)行外部ROM?的 程序。當EA為高電平且PCS小于0FFF(4K)時，CP執(zhí)行內(nèi)部RO的程序，但當PC勺值超 出4K寸將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外 ROM的程序。對于無片內(nèi)RO的8031或不使用內(nèi)部RO的 89C51,需外擴EPROM此時EA必須接地；第二種功能 Vpp是對8751的片內(nèi)EPRO的+21V 編程電源輸入端。(4) 并行I/O 端口 P0 P1、P2和P3P0 口 (P0.0 P0.7) : P0口是一個8位雙向I/O端口(需外接上拉電阻)。在訪問外 部存儲器時，分時提供低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)線。P0口先輸出

13、片外存儲器的低8 位地址并鎖存在地址鎖存器中，然后再輸入或輸出數(shù)據(jù)。P1 口 (P1.0 P1.7) : P1 口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8位準雙向I/O端口。P1口只能作為一般I/O 口使用P2 口 (P2.0 P2.7): P2口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8位準雙向I/O端口。在訪問外部ROME外部RA時，輸出高8位地址，與P0口提供的低8位地址一起組成16位地址 總線。P0口和P2口用做數(shù)據(jù)/地址線后，不能在作為通用I/O 口使用。P3 口 (P3.0 P3.7) : P3 口是一個內(nèi)部帶上拉電阻的 8位準雙向I/O端口，在系 統(tǒng)中8個引腳都有各自的第二功能。2.4 單片機的時鐘及復位

14、單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。2.4.1 時鐘電路89C51單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部 振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激 振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖2-2所示。圖中，電容器 C01, C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MH2采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩

15、方式所得的時鐘信號比較穩(wěn) 定，實用電路中使用較多。外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖2-2所示。*1XTAL2h L!0圖2-2震蕩電路圖由上圖可見，外部振蕩信號由XTAL2引入，XTAL1接地。為了提高輸入電路的驅(qū)勸能 力，通常使外部信號經(jīng)過一個帶有上拉電阻的 TTL反相門后接入XTAL22.4.2 基本時序單位單片機以晶體振蕩器的振蕩周期（或外部引入的時鐘周期）為最小的時序單位，片 內(nèi)的各種微操作都以此周期為時序基準。振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱 s周期，所以，1個狀態(tài)周期包含有2個振 蕩周期。振

16、蕩頻率foscl2分頻后形成機器周期MC所以，1個機器周期包含有6個 狀態(tài)周期或12個振蕩周期。1個到4個機器周期確定一條指令的執(zhí)行時間，這個時 間就是指令周期。8031單片機指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時間都在1個到4個機器周期之間。4種時序單位中，振蕩周期和機器周期是單片機內(nèi)計算其它時間值 （例如，波特 率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。下面是單片機外接晶振頻率 12MHZ寸的 各種時序單位的大?。籂顟B(tài)周加洛誡牌 ，機器周期0芒=諾礦冊 指令周期機器周期=i沖 振蕩周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833 卩 S2.4.3 復位電路當MCS-5I系列單片機的復位引腳RST全稱R

17、ESET出現(xiàn)2個機器周期以上的高電 平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關(guān)復位。 上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如下圖 A中左圖 所示。圖中電容C1和電阻R1對電源+5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持 RST一段 高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如下圖（A）中右圖所示。上電或開關(guān)復位要求電源接通后， 單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用 開關(guān)操作也能使單片機復位。常用的上電或開關(guān)復位電路如下圖（B）所示

18、。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使 RST寺續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在 運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電 或開關(guān)復位的操作。根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下面給出這兩種復位電路的電容、電阻參考值。下圖(A)中：Cl = 10-30uF，R仁 1kQ下圖(B)中：C: = 1uF，Rl = Ik Q，R2= 10kQA：JThi圖2-3單片機復位電路圖單片機復位后的狀態(tài)：單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使 程序計數(shù)器PO0000H,這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動 后, 片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復位操作不

19、改變片內(nèi) RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能 寄存器復位后的狀態(tài)為確定值。值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應用程序中的初始化部分是十分必要的。說明：表中符號*為隨機狀態(tài)；A= 00H,表明累加器已被清零；特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*B表2-1特殊功能寄存器功能表PSW 00H,表明選寄存器0組為工作寄存器組；

20、SP= 07H,表明堆棧指針指向片內(nèi) RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內(nèi)容寫入到 08H單元中；Po-P3= FFH表明已向各端口線寫入1,此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出；IP = XXX 00000B表明各個中斷源處于低優(yōu)先級；IE = 0XX 00000B表明各個中斷均被關(guān)斷；系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復位是由RESE引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24個振蕩 周期后，51單片機即進入芯片內(nèi)部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA引腳是高電平或低電

21、平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi) 部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。2.5 單片機應用(1) 工業(yè)控制 單片機廣泛應用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，無論是數(shù)據(jù)采集、過 程控制、生產(chǎn)線上的機器人系統(tǒng)，都是用單片機作為控制器。自動化能使工業(yè)系統(tǒng)處 于最佳工作狀態(tài)、提高經(jīng)濟效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動強度。因此，單片機技術(shù)廣泛應用于機械、電子、石油、化工、紡織、食品等工業(yè)領域。(2) 智能化儀器儀表在各種儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化、數(shù)字 化、自動化，提高測試精度和準確度，結(jié)構(gòu)簡單，減少體積及重量，

22、提高其性能價格 比。例如：智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。(3) 智能家電家電產(chǎn)品智能化程度的進一步提高就需要有單片機的參與，例如 “微電腦控制”的洗衣機、電冰箱、微波爐、空調(diào)機、電視機、音響設備等，這里的 微電腦實際上就是“單片機”。(4) 信息與通信技術(shù)圖形終端機、傳真機、復印機、調(diào)制解調(diào)器、聲響處理器、數(shù)字濾波器等。第3章應用芯片介紹3.1 多通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC080芯片介紹3.1.1 電路組成和轉(zhuǎn)換原理ADC080是采用CMO工藝制造的雙列直插式單片8位A/D轉(zhuǎn)換器。分辨率8位，精度 7位，帶8個模擬量輸入通道，有通道地址譯碼鎖存器，輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器。啟動 信號為脈沖啟動方式

23、，最大可調(diào)節(jié)誤差為土 1LSB ADC080內(nèi)部設有時鐘電路，故CLK 時鐘需由外部輸入，fclk允許范圍為500kHz1MH，典型值為640kHz每通道的轉(zhuǎn)換 需6673個時鐘脈沖，大約100110卩S。工作溫度范圍為-40 C +85°C。功耗為15MW， 輸入電壓范圍為05V,單一+5V電源供電。它可以直接與Z80、8085、8080、8031等CPU 相連，也可以獨立使用。3.1.2 ADC0809外部引腳及引腳功能ADC080外部引腳及引腳功能如4-1所示，ADC0809A/轉(zhuǎn)換器，逐次比較寄存器 (SAR) 一個8位三態(tài)輸出緩沖器。ADC080其與單片機接口見總電路圖。(

24、1) IN0IN7 : 8路輸入通道的模擬量輸入端，輸入；(2) D0D7 8位數(shù)字量輸出端；D0為最低位(LSB)，D7為最高位(MSB),輸出， 三態(tài)；(3) ALE :地址鎖存控制信號，輸入,上升沿有效。將地址選擇信號A、B、C鎖入地 址寄存器；(4) START:啟動A/D轉(zhuǎn)換控制信號，輸入，上升沿有效。當輸入一個正脈沖，便 立即啟動A/D轉(zhuǎn)換器，同時使EO變?yōu)榈碗娖剑?5) EOC: A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，高電平有效。EO(由低電平變?yōu)楦唠娖?，表明本次A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束；(6) 0E :輸出允許控制信號，輸入，高電平有效。0咄低電平變?yōu)楦唠娖?，打開三態(tài)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸出

25、到數(shù)據(jù)總線上；(7) VREF(-)、VREF(+):片內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端。VREF(-)不能為負值, VREF(+)不能高于 VCC 且 1/2VREF(-)+VREF(+)與 1/2VCC 之差不得大于 0.1V ；(8) CL0CK時鐘輸入端。500kHz1MH，典型值為640kHz(9) ADD A、B、C: 8路模擬開關(guān)的3位地址選通輸入端。PI.0 憶IPLSPLf>ri. ?KFSKIRXI> PXOTXD PX JTm<i r：1. jIJJTI/PX3T0/P3.4衛(wèi)/PN SS/P3.6X I AL IHAUVSS1 2和Vcc:甜PO.G/A

26、W:饑P0, AIII37一PO. 2/AJ12冊PO,:! AIM35HL 4 AIM:M一15 5 AM5一33PL 6ZAV6:蹙PL 7/AD71031EA/Y1WJ1即J < 1 1: :1229PSLS132KP2. 7 M>15142-P2. ti/AD14'15飾巴.5.1林25P2. 4 ADI 2-1724P2. 3 AD 1123二lJ2. 2/Al>LG旳22P2. L/W=2pa.a w圖3-1 ADC0809引腳圖3.2 其他芯片介紹3.2.1 74LS16474LS164是串行輸入并行輸出的移位寄存器。它具有兩個串行輸入端和8位并行輸 出

27、端。3.2.2 74LS27374LS273為數(shù)據(jù)鎖存器。第4章電冰箱主要電器零部件4.1 壓縮機電動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(zhuǎn)式壓縮機，一般為封閉式結(jié)構(gòu)。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

28、不同，于是形成旋轉(zhuǎn)磁場， 電動機啟動運行。當電動機轉(zhuǎn)速達到75流右的同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩較小，啟動電流較大，適用功率為40W130W(2) 單相電容啟動式異步電動機這種電動機的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)式異步電動機這種電動機的結(jié)構(gòu)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

29、了啟動轉(zhuǎn)矩。啟動完成后，啟動繼電器將啟動電容切斷、 運轉(zhuǎn)電容仍接于電路中。具有啟動轉(zhuǎn)矩較大，運行電流較小的特點，多用于日產(chǎn)冰箱。4.2 啟動繼電器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(jīng)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

30、，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(zhuǎn)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，這時只有主繞組參與運行。(2) PTC啟動器PTC啟動器結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jīng)過PTC

31、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(zhuǎn)后PTC溫度下降，約3min5min 后，又可以重新啟動。因PTC啟動器無觸點、無噪音、結(jié)構(gòu)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 330M35型啟動器，電阻 值33Q，耐壓355V; 470N40C型啟動器，電阻值47Q，耐壓400V。東芝、日立壓縮機 配用PTCt阻一般取22Q，松下、三菱壓縮機取30Q,國產(chǎn)上菱壓縮機取100Q。選用PTC寸

32、，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(zhuǎn)矩。當電源電壓低時，壓縮機電動機啟動 困難，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

33、.3 過載保護器工作原理如下：過載保護器一般有外接式和內(nèi)埋式兩大類。(1) 外接式夕卜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(nèi)埋式內(nèi)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。4.4 化霜裝置電冰箱的化霜方式主要有半自動化霜、全自動化霜、電子化霜和人工除霜。(1) 半自動化霜半自動化霜裝置是在普通壓力式溫控器

34、基礎上， 加裝化霜控制板、 化霜彈簧、 化 霜按扭桿、化霜平衡彈簧和化霜溫度調(diào)節(jié)螺絲等組成。(2) 全自動化霜 全自動化霜器是在半自動化霜器的基礎上增加了裝在蒸發(fā)器上的雙金屬化霜溫 控器和化霜保護熔斷器。在化霜期間， 因化霜定時器內(nèi)部電阻遠大于化霜加熱器內(nèi)阻， 因而在加在化霜加 熱器上的電壓很小(約10V)，產(chǎn)生的熱量較小。當化霜定時器與壓縮機同步運轉(zhuǎn)到調(diào) 定的化霜間隔時間(一般為8h)，化霜定時器斷開與壓縮機的通路，這時220V電壓幾乎 全部加到化霜加熱器上， 進行化霜。 霜化完， 蒸發(fā)器溫度上升到雙金屬溫控器跳開溫 度時，觸頭動作，加熱器停止加熱，約2min后，內(nèi)部觸頭跳回壓縮機回路，進行

35、下一 周期制冷。如此循環(huán)，從而形成了對電冰箱化霜的全自動周期性控制。4.5 電加熱器電冰箱中使用的電加熱器主要包括除霜加熱器和排水加熱器，一般為加熱管。 電加熱器的工作狀態(tài)由溫控開關(guān)控制， 常見故障有電熱絲燒斷、 絲間短路或絕緣 損壞，檢查時可用萬用表測電阻以確定故障。若將選擇開關(guān)調(diào)至“熱”位置，仍不見 有熱風吹出，可能是電熱絲故障，電熱器出現(xiàn)故障時，一般應更換新件。第 5 章 電冰箱控制系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)處于監(jiān)控狀態(tài)時，具有以下功能 :(1) 利用功能鍵分別控制冷凍室溫度、冷藏室溫度等；(2) 利用數(shù)碼管顯示冷凍室溫度、冷藏室溫度，壓縮機的啟、停和報警狀態(tài);(3) 制冷壓縮機停機后自動延時

36、3min后方能再啟動； 具有自動除霜功能，當霜厚達到3mm時自動除霜；(5) 冷藏室溫度超過18 C時聲光報警，提醒用戶采取應急措施；(6) 開門超過2min將聲光報警，提醒用戶及時關(guān)門；(7) 連續(xù)冷凍時間設定范圍18小時；(8) 工作電壓180240V ,當欠壓或過壓時，禁止啟動壓縮機并用指示燈顯示。 本系統(tǒng)硬件主要是由單片機、存儲器、鍵盤、顯示器、傳感放大器、執(zhí)行器、過欠壓檢測、報警器等電路組成。5.1 微電腦硬件控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)的硬件電路由 89C51單片機、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809復位電路、直流電源供電電路、鍵盤顯示電路、LEE顯示電路、電壓檢測和報警電路等組成

37、。晶體撮筋電路復位電辱報警電雛直流電源供電電路AT89C51 單片機A/D棒換器oil圖5-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5.2 微電腦正常工作必備條件電路5.2.1 供電直流電源圖5-2直流電源圖89C51芯片的VCC P3.4拐腳和復位電壓、A/D轉(zhuǎn)換器的VREF(+)都是為+5V供電電 壓的輸入端，該電壓的獲得如上圖5-2所示。整流濾波后得到的直流輸入電壓U1接在輸入端和公共端之間，在輸出端即可得到 穩(wěn)定的輸出電壓U0。為了改善紋波電壓，常在輸入端接入電容 C1, 一般C1的電容為 0.33uF。同時在輸出端接上電容C0,以改善負載的瞬時響應，C0的電容一般為0.1uF。5.2.2 時鐘震蕩電路該電路由

38、89C51的XTAL1和XTAL2卻內(nèi)電路及外接的晶體和外接電容等組成。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩信號提供給微電腦電路作為時基信號。震蕩電路的震蕩頻率為6MHZ由晶體震蕩頻率確定。5.2.3 復位電路89C51的RS腳為復位信號輸入端，低電平復位，在每次開機時進行復位，然后在 +5V勺高電平進入工作狀態(tài)。10uS電容用于使芯片在反復上電的情況下得到可靠復位。5.3 溫度檢測電路溫度檢測電路主要由溫度傳感器和運算放大器等組成如圖5-3所示:5.3.1 溫度傳感器溫度傳感器主要用來接收冷藏室和冷凍室溫度信息及霜厚信息。 冷藏室、冷凍室 傳感器的電阻值隨電冰箱內(nèi)的溫度變化而變化， 溫度越低，其阻值越大。通過

39、溫度的 變化，轉(zhuǎn)化成阻值的變化，引起電壓變化導致控制電路工作，分別控制壓縮機的開、停。這里溫度傳感器選用了 MF53-1型熱敏電阻，具有負溫度系數(shù)，靈敏度較高，和互 換性好、壽命長、價格低的特點，特別是在-26 C +26C范圍內(nèi)，熱敏電阻上分壓與 溫度成線性關(guān)系。其阻值和溫度的關(guān)系為：R(t)=286/(26.8+t)-2.68k Q。溫度傳感器屬于電壓檢測方式， 即通電后隨著溫度改變便有微弱的電壓變化。 此電壓的變化經(jīng) 運算放大器放大后供微電腦進行分析。5.3.2 運算放大電路由比較器和運算放大器組成。用于將微弱的電壓進行放大。為了和 ADC080模擬 輸入電壓05V相匹配，分壓電阻上所得

40、的信號需要經(jīng)兩級 LM32運算放大，前極接成 射級跟隨器，主要是為了得到高輸入阻抗，后級才是為了完成差分放大。5.4 鍵盤電路和顯示電路鍵盤電路和LED顯示電路由串行口擴展5片74LS164實現(xiàn)。系統(tǒng)采用了 2個功能 鍵控制冷凍室、冷藏室，4個LED數(shù)碼管用于顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機啟、 停和故障等狀態(tài)。鍵盤工作原理也很簡單，89C51通過RXD端向鍵盤掃描移位寄存 器74LSI64逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“ 0”，每次發(fā)送后即從T0端讀入鍵盤信號，若讀得“ 0” 表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。5.5 除霜電路除霜電路則是將熱敏電阻安裝在距蒸發(fā)器 3mm的某個合適的位置，當霜厚大于 3mm時，熱

41、敏電阻接觸到霜層，從而感到較低的溫度，其阻值有所變化，運算放大器 輸出信號改變，經(jīng)A/ D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)單片機分析、判斷、給出除霜命令。5.6 過、欠電壓檢測本系統(tǒng)交流電源工作電壓為180240V，為了保護冰箱，電壓過高或過低時自動禁 止壓縮機啟動。電源過欠壓的檢測采用了經(jīng)光電耦合器直接對電源電壓進行檢測的方 法。圖中R和W為降壓電阻，LEE為光電耦合器的反向旁路二極管兼作電源指示燈。調(diào) 節(jié)W可使光電耦合器工作在線性區(qū)，其次級輸出電壓經(jīng)阻容濾波后即得到反映初級輸 入電壓變化的模擬量，該信號經(jīng) LM324電壓跟隨器送至ADC080的IN3引腳進行A/D轉(zhuǎn) 換。采用這種方案，中間環(huán)節(jié)少，反應

42、快，并且在一定電壓范圍內(nèi)，能保護較好的線 性度。電源是否過欠壓由軟件辨識判別。5.7 存儲器由8D鎖存器74LS373用于單片機P0口的地址低8位和數(shù)據(jù)分割。5.8 鍵盤/ 顯示器本系統(tǒng)采用串行口擴展鍵盤和顯示器。單片機RX和TXD分別提供串行輸出數(shù)據(jù)和 移位脈沖。89C51送出的8位串行數(shù)據(jù)經(jīng)74LS164變成并行數(shù)據(jù)，并作為鍵盤的列掃描 信號。顯示部分采用LED數(shù)碼管顯示。他們可設置或顯示有關(guān)溫度、時間和狀態(tài)。5.9 執(zhí)行器本系統(tǒng)包括壓縮機電動機、除霜電熱絲。 89C51產(chǎn)生的控制信號經(jīng)P1.7、P1.3、 P1.4腳輸出，并在74LS273中鎖存。輸出在經(jīng)達林頓型驅(qū)動器 MC141驅(qū)動后

43、控制交流 固態(tài)繼電器SSR1 SSR2使用74LS273鎖存的目的是防止單片機復位時引起輸出控制 的誤操作，同時也增加了輸出驅(qū)動能力。采用 SSF作為壓縮機電熱絲的開關(guān)元件無火 花產(chǎn)生，無觸頭損耗，不產(chǎn)生電磁干擾，并且把控制部分和交流高壓部分光電隔離， 使系統(tǒng)的安全可靠性得到提高。5.10 開關(guān)檢測開關(guān)狀態(tài)的檢測電路由門開關(guān)和LEC發(fā)光二極管組成。開門時，觸點 A接通89C51 的P1.0位高電平；關(guān)門時，觸點B接通，P1.0為低電平。軟件通過對P1.0查詢來分析 門的開閉，并計時開門狀態(tài)的時間。當開門時間超過 2mi n則自動報警以防忘記關(guān)門。5.11 報警器當出現(xiàn)電源過欠壓、溫度超限失控、

44、開門超時等情況時，系統(tǒng)自動發(fā)生報警，并 顯示報警原因。第 6 章 電冰箱控制系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設計思想，用匯編語言編制?？刂瞥绦蛑饕腥糠郑?主程序、定時器TO中斷服務程序和定時器T1中斷服務程序。還有一些LED數(shù)碼管顯示 程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、溫度傳感器程序設計的子程序。6.1 主程序主程序是整個電冰箱的總控制程序，如控制各單元初始化、控制中斷、定時、顯 示，鍵盤程序的啟動與重復等。主程序流程圖如圖6-1所示。圖6-1主程序流程圖6.2 TO中斷服務程序TO工作于定時方式，定時時間為100ms ,中斷10次為1s。中斷服務程序主要完 成電源欠壓、過壓處理、開門狀態(tài)檢查及處

45、理和溫度采集等，其流程圖如圖6-2所示保護現(xiàn)場2S6.3 T1中斷服務程序T1工作于計數(shù)方式，通過計數(shù)達到延時3min的目的。T1的中斷服務程序除了完成速凍、除霜、溫度等各種檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，比較、分析以控制執(zhí)行元件（壓縮機、電熱絲）工作。當停電或其他原因引起箱內(nèi)溫度上升超過18C時，冰箱自動報警，超溫報警指示蜂鳴響起，提醒用戶采取應急措施。其流程圖如圖6-3所示速邊:挖制處汁N苗擰悴制處曰!晞除霜蚣.停止降縮 沾築止啟動標志-NXK洛"工超I更¥i l l A dK'C1心動壓縮機NY停止用縮機進延控標志爲1恢址讓場圖6-3 T1中斷服務程序流程圖6.4 A/D

46、轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示子程序圖6-4 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管顯示流程圖結(jié)束語我設計的電冰箱控制系統(tǒng)采用單片機來實現(xiàn)對電冰箱實現(xiàn)控制， 單片機控制家電 的方式靈活、簡單、實用。此設計的電冰箱能夠?qū)﹄娫磳嵭须娫催^欠壓保護，使電冰 箱在正常電壓范圍內(nèi)工作。 也可以實現(xiàn)上面所述的對冷凍室溫度、 冷藏室溫度的自動 調(diào)節(jié)，并顯示當前工作狀態(tài)，同時也具備自動除霜功能。在電冰箱的運行過程中，要 不斷的對電冰箱的當前工作狀態(tài)進行檢測，當發(fā)現(xiàn)故障時，電冰箱停機并報警顯示。通過這次畢業(yè)設計， 使我加深了對智能控制技術(shù)的理解， 基本上掌握了進行一次 設計所要經(jīng)歷的步驟， 我與其他同學一起進行課題分析、 查閱資料， 進行軟件和硬件

47、 的設計，整理說明書直到最后完成整個設計。 作為大學階段一次重要的學習經(jīng)歷我感 覺自己受益非淺， 同時深深的感覺到自己的學習能力在不斷提高， 兩個月的時間就這 樣匆匆的過去了， 對設計由一無所知到現(xiàn)在的一定程度的掌握，起到了非常重要的 作用。這次設計對我的鍛煉是多方面的， 除了對設計過程熟悉外， 我還進一步提高了 作圖，AUTO CA軟件的使用，說明書編輯，各種信息的采集和分析，對 WOF文檔的 使用等多方面的能力。 不久的將來我就要走上工作崗位， 這樣的學習機會對我來說已 經(jīng)不多了，我們非常重視。發(fā)揚團隊合作的精神，互相配合，我與其他同學一起進行 課題分析、查資料，進行設計，整理說明書到最后

48、終于完成了整個設計。若將此系統(tǒng)稍加改動，留出串行口，增加RS23接口電路，就可以方便的通過MODEM 與網(wǎng)絡連接， 實現(xiàn)遠程控制， 這樣即使出門在外也及時處理一些問題。 在科技高速發(fā) 展的今天， 我們?nèi)绻賾媚：刂萍夹g(shù)加入到電冰箱的控制系統(tǒng)， 這樣的電冰箱就 近乎是完美的！ 時間倉促， 在短短的幾個月里完成這么復雜的控制系統(tǒng)， 一定存在缺 點和不足，望老師和同學批評指正。參考文獻1 韓全力，單片機控制技術(shù)及應用 ，電子工業(yè)出版社。2 韓全力，微機控制技術(shù)及應用 ，機械工業(yè)出版社。3 王曉明，電動機的單片機控制 ，北京航空航天出版社。4 曹克澄，單片機原理及應用 ，北京：機械工業(yè)出版社。5

49、王燕芳，微型計算機控制技術(shù) ，北京：電子工業(yè)出版社。6 李 華，MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)，北京航空航天大學出版社7 張春芝，電冰箱單片機控制系統(tǒng)的設計 ，北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報。致謝在本次的設計中首先我要感謝學校， 感謝系領導， 是你們給了我在工作前的一次 鍛煉，通過這次設計， 能夠讓我知道自己的缺點和不足， 也把以前所學的知識深入掌 握，并且加強對知識的應用能力。當然設計的成功同樣也會給我信心去面對挑戰(zhàn)。感謝我的導師王興舉老師、 韓全力老師， 他們嚴謹細致、 一絲不茍的作風一直是 我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 是你們不僅教給我們知識，

50、 還教會了我們怎么樣去運用知識， 來解決身邊的問題。 在 本次設計中是你們和我在一起啟迪我， 指點我。在我們設計時你們陪在我們身邊幫助 我們解決設計中所遇到的問題， 在我們休息時也是你們幫助我查找我們沒有能找到的 資料。在此，我要向你們深深的說聲謝謝！感謝幫我查閱資料、 搜集資料的同學們的幫助， 如果是我一個人在這短短的幾個 月時間里或許根本就無法去完成， 懷念我們曾經(jīng)一起去圖書館翻閱資料的日子， 懷念 我們曾經(jīng)為采用怎么樣的控制方式和采用哪些芯片來進行控制而熱烈爭論的日子， 我 們的友誼地久天長！在論文即將完成之際， 在我們即將離開校園之際， 我的心情無法平靜， 從開始接 觸課題到論文的順利

51、完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這 里請接受我誠摯的謝意！由于時間有限，我的設計存在一定的缺點和不足，希望老師和同學指正。51； LS'lAN'lHI)4hi>-JShI_ W.lkj *r ”刑lk74LSIM血WWWLElh74LS164fiTHTlT7«S F WrIH4 W4LEDil.liD.5ichOK汴嚴至測詛JdK電璋電壓檢測除搐劃糧IkPlDt【：l>s加* A o c AD yoMAAAw6e附錄2溫度采集電路圖附錄3控制電路圖附錄4+5V(45V)直流電壓原理VD附錄5部分程序清單ORG 0000HJMP MAINORG 0003HJMP IT0ORG 0100HMAIN:-15C5CCLR P1.5MOV R3, #65H ; MOV R4 , #99H ;SETB EX0SETB EA