電冰箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)

1、文獻(xiàn)綜述電冰箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：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，對電冰箱控制系統(tǒng)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)展的要求。本文采用MCS一51系列中的8051單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心對電冰箱的工作過程進(jìn)行控制。電路利用溫度傳感器對冷凍室及冷藏室的溫度進(jìn)行檢測，再送入單片機(jī)進(jìn)行分析判斷，當(dāng)蒸發(fā)器的溫度高于一定溫度時就啟動壓縮機(jī)，當(dāng)溫度低于一定溫度時就停止啟動壓縮機(jī)，從而達(dá)到使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)的目的。此外，通過鍵盤對冷凍室及冷藏室溫度進(jìn)行設(shè)定并顯示、對連續(xù)速冷時間進(jìn)行設(shè)定并顯示、開門超時警、工作電

2、壓超限報(bào)警以及自動除霜等功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，電冰箱，控制系統(tǒng)引言隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)也隨之有了很大的發(fā)展，各種新穎的單片機(jī)層出不窮，并以廣泛的應(yīng)用深入到人類生活的各個領(lǐng)域，成為當(dāng)今科技不可缺少的重要工具。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。采用單片機(jī)對電冰箱進(jìn)行控制，可以使電冰箱的控制更準(zhǔn)確靈活直觀。現(xiàn)狀分析1

3、單片機(jī)控制系統(tǒng)1.1對電冰箱的控制要求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)器溫度高至 3 5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)。采用單片機(jī)控制, 可以使控制更準(zhǔn)確、靈活。電冰箱采用單片機(jī)控制主要功能及要求是:a)人工智能, 自動調(diào)溫: 在人工智能狀態(tài)下, 電冰箱能夠隨環(huán)境溫度變化而自動調(diào)節(jié)溫度設(shè)置, 無需人為調(diào)節(jié), 便能達(dá)到最佳制冷效果。b) LED ( 發(fā)光二極管 ) 顯示, 數(shù)字溫控: 利用 LED顯示冷凍室、冷藏室溫度以及壓縮機(jī)啟停和速凍、報(bào)警狀態(tài), 動態(tài)顯示電冰箱的運(yùn)行情況。c)

4、冷藏、冷凍溫度調(diào)節(jié): 利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、速凍設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定等, 冷藏溫度可設(shè)置在 2 10 之間; 冷凍溫度可設(shè)置在- 16 - 26 之間或 - 7 。d) 多溫保鮮功能: 冷凍溫度可設(shè)置在 - 7 , 進(jìn)入多溫保鮮功能, 通過對電冰箱的溫度控制, 使得電冰箱內(nèi)存在多個溫區(qū), 不同的區(qū)域適合存放的食物類別與期限也不同。e)速凍功能: 運(yùn)用細(xì)胞?；罴夹g(shù), 以超強(qiáng)制冷能力, 使食品迅速通過最大冰晶生成帶, 不破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu), 保持細(xì)胞活力, 營養(yǎng)成分不散失, 保鮮效果好。連續(xù)速凍時間設(shè)定范圍 1 h 8 h。f) 自動化霜功能: 電冰箱在運(yùn)行過程中不斷檢測壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行時間

5、、記錄門開啟次數(shù)和時間以及環(huán)境溫度, 判斷是否滿足化霜條件, 滿足化霜條件時接通化 霜加熱絲, 同時斷開壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī), 關(guān)閉風(fēng)門,30min 后斷開化霜加熱絲, 接通壓縮機(jī), 再過 15min后接通風(fēng)機(jī), 進(jìn)入正?？刂蒲h(huán)。g)壓縮機(jī)斷電延時保護(hù)功能: 電冰箱每次開機(jī)上電時, 檢查壓縮機(jī)停機(jī)時間是否已經(jīng)延時5min。壓縮機(jī)若已經(jīng)延時5min, 可以立即啟 動; 若延 時未到5min, 則繼續(xù)延時到5min后才可以啟動。h) 開門延時報(bào)警: 當(dāng)電冰箱開門超過2min 時發(fā)聲報(bào)警。i) 工作電壓保護(hù): 工作電壓180 V 240 V, 當(dāng)欠壓或過壓時, 禁止啟動壓縮機(jī)并用指示燈顯示。1.2系統(tǒng)硬件

6、電路設(shè)計(jì)1.2.1主機(jī)電路控制器以 8051單片機(jī)為核心, 輸入通道由溫度傳感器、霜厚度傳感器和 A /D轉(zhuǎn)換器組成, 兩支溫度傳感器分別用于測量冰箱的冷藏室、冷凍室溫度, 鍵盤主要用于設(shè)定冷藏室、冷凍室的上下限溫度, 啟動除霜、快速冷凍等功能。4位 LED和指示燈可隨時顯示冷藏室和冷凍室溫度。聲訊電路是用于電冰箱工作狀態(tài)的超限報(bào)警等。壓縮機(jī)控制電路用于控制壓縮機(jī)的工作, 以對電冰箱溫度進(jìn)行自動控制。除霜控制電路用于控制接通或斷開電熱絲, 達(dá)到對電冰箱除霜的目的。1.2.2A /D轉(zhuǎn)換電路A /D 轉(zhuǎn)換電路采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。該芯片共有 8路模擬輸入通道, 在本系統(tǒng)中只使用其

7、中 4個通道 IN0 IN3。其中 IN0作為冷藏室溫度檢測通道, IN1作為冷凍室溫度檢測通道, IN2作為除霜 檢 測 通 道, IN3 作 為 電 源 電 壓 檢 測 通 道。ADC0809的 A, B, C 三端通過地址鎖存器接于 P0 口的 P0.0、P0.1、P0.2, 該三端控制模擬通道號的選擇。8位數(shù)據(jù)輸出直接與 P0口的 P 0.0 P0.7 連接, P2.7與 WR、RD端經(jīng)與非門接于 0809的 ALE、START、OE,控制 0809的啟動、讀、寫。1.2.3鍵盤和顯示電路鍵盤及 LED電路采用 6個功能鍵控制冷凍室、冷藏室及速凍溫度設(shè)定。 4位 LED負(fù)責(zé)顯示冷凍室、

8、冷藏室溫度及壓縮機(jī)啟、停和報(bào)警等狀態(tài)。顯示和鍵盤輸入采用 INTEL8279芯片。該芯片是一種專用的可編輯鍵盤、顯示接口器件, 使用該芯片可以很方便地實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和 LED控制兩種功能。該芯片與單片機(jī)連接, 可以提高單片機(jī)的工作效率。8031單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線與 INTEL8279的數(shù)據(jù)總線 D0 D7連接, RD、WR控制線在操作邏輯上INTEL8279的RD、WR信號一致, 可直接相連。P2口的一部分線經(jīng)譯碼器譯碼后的一路輸出作為INTEL8279的片選信號CS。1.2.4除霜電路傳感器選用 MF531型熱敏電阻,具有負(fù)溫度系數(shù),靈敏度較高。把熱敏電阻安裝在距蒸發(fā)器3mm的某個合適的位置上,

9、當(dāng)霜的厚度大于3mm 時,熱敏電阻接觸到霜從而感到較低的溫度,其電阻值 R ( t)變大, 運(yùn)算放大器輸出信號有變化, 經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)分析、判斷, 給出除霜命令, 接通化霜加熱絲, 同時斷開壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī), 30min后斷開化霜加熱絲,接通壓縮機(jī),再經(jīng)15min后接通風(fēng)機(jī)。1.2.5電源過欠壓保護(hù)電路電冰箱的過欠壓保護(hù)電路是在電源變壓器設(shè)計(jì)時就考慮到的, 在變壓器設(shè)計(jì)時, 從變壓器的次極可另外繞一組線圈,經(jīng)整流濾波后的電壓接入單片機(jī)的 A /D輸入端, 當(dāng)電源電壓變化時,此電壓將隨之變化,單片機(jī)把測到的電壓與過欠壓值相比較,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有過欠壓現(xiàn)象時,將通過壓縮機(jī)控制電路切斷壓縮

10、機(jī)電源并報(bào)警, 達(dá)到保護(hù)壓縮機(jī)的效果。1.2.6報(bào)警電路報(bào)警電路比較簡單,利用一個三極管驅(qū)動蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。2模糊控制系統(tǒng)2.1控制系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)采用TOSHIBA公司TMP87C846N八位微處理器構(gòu)成。除了通常的電源供應(yīng)和檢測、溫度設(shè)定輸入外, 系統(tǒng)的被測量有冷凍室溫度、室內(nèi)環(huán)境溫度、冰箱門狀態(tài)、壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度、風(fēng)門狀態(tài)等7類16項(xiàng)。系統(tǒng)的輸出, 除了通常的L ED顯示, 報(bào)警提示電路外, 被控量有壓縮機(jī)的開停、風(fēng)機(jī)的速度、風(fēng)門的開啟度、除霜加熱運(yùn)行等4項(xiàng)。2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1溫控原理風(fēng)冷式電冰箱的制冷系統(tǒng)設(shè)置在冷凍室, 由壓縮機(jī)出來的高溫、高壓液態(tài)制冷劑, 經(jīng)冷凝

11、器冷卻后, 被送到設(shè)置在冷凍室四周的蒸發(fā)器中蒸發(fā)為氣態(tài), 同時吸收外界的熱量, 達(dá)到制冷的目的。壓縮機(jī)的開停決定制冷的程度。在冷藏室和蔬菜室中不設(shè)蒸發(fā)器, 而是將冷凍室的冷氣經(jīng)公用風(fēng)道, 由風(fēng)機(jī)傳送給各溫區(qū), 用各區(qū)的風(fēng)門控制該溫區(qū)的溫度變化。冷凍室和其它溫區(qū)的溫度控制匹配問題用模糊控制器協(xié)調(diào)。2.2.2溫控方案及模糊推理冷凍室和冷藏室的溫度控制方案基本是相同的, 只是控制對象不同。前者控制壓縮機(jī)開停, 后者調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)門?，F(xiàn)以冷凍室為例, 說明溫度控制系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì)問題。模糊控制電冰箱不僅要考慮到冷凍室溫度的恒溫調(diào)節(jié), 同時也要考慮到冷凍室溫度與食品溫度未必相同這一因素。最終應(yīng)使食品溫度

12、保持在某一范圍內(nèi), 從而達(dá)到保鮮的目的, 這是它與傳統(tǒng)的PID 恒溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)追求的控制目標(biāo)間的差別。食品放進(jìn)冷凍室即開始降溫, 經(jīng)過一段時間, 冷凍室的溫度可能已降到給定值, 但這時食品溫度還沒有達(dá)到保鮮溫度的要求, 因此, 這時壓縮機(jī)不應(yīng)關(guān)斷, 必須繼續(xù)制冷, 延長的時間,視放入的食品的熱容量而定。在壓縮機(jī)關(guān)斷以后, 冷凍室的溫度開始回升, 當(dāng)回升到給定值時, 理應(yīng)將壓縮機(jī)再次投入運(yùn)行。但實(shí)際上, 這時食品的溫度由于熱慣性并不與冷凍室空間溫度一致, 從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā),應(yīng)延時起動壓縮機(jī), 延時多長, 也與放入食品的熱容量有關(guān)。以上分析說明, 最后一次投入的食品的熱容量( 初溫和重量) 在以后的

13、壓縮機(jī)控制決策的調(diào)整中起著重要的作用。但投入食品的熱容量是無法檢測的, 不能指望用戶輸入, 而必須利用模糊推理和軟傳感技術(shù) 。投入的食品熱容量的檢測是在食品放入冷凍室并關(guān)門后 5min內(nèi)進(jìn)行的。一般情況下, 冷凍室的溫度都在- 18左右, 當(dāng)食品存入以后冷凍室的溫度急驟上升, 上升的絕對值和變化率, 決定于放入食品的溫度和熱容量。在食品重量相等的情況下, 食品溫度愈高( T1> T 2> T 3) 溫度升高的變化率愈大, 制冷壓縮機(jī)應(yīng)愈早投入運(yùn)行。 在放入食品溫度相同的情況下, 食品質(zhì)量越大(Q1> Q2> Q3) ,其溫度上升變化率愈大, 制冷壓縮機(jī)啟動后溫度的下降愈

14、緩。我們通過實(shí)驗(yàn)摸索了這一規(guī)律, 并且建立了文中所述的模糊推理關(guān)系。同時應(yīng)該指出, 存放食品時, 動作的快慢, 門開啟時間的長短, 以及室溫的高低, 對冷凍室的溫度也有相當(dāng)大的影響, 在判斷食品溫度時應(yīng)該予以考慮。根據(jù)以上分析, 設(shè)計(jì)冷凍室溫度模糊控制推理框圖。初投食品后, 根據(jù)冷凍室溫度及其變化率, 應(yīng)用模糊推理( ) 判斷食品的溫度及熱容量。根據(jù)該次投放食品時開門次數(shù)和持續(xù)時間及當(dāng)時室溫, 應(yīng)用模糊推理( ) 確定修正系數(shù), 前兩者通過乘法器得到該次投放食品的熱容量。這種判斷是一次性的, 只對該次投入食品以后的溫度控制有效。判定的食品熱容量, 作為確定壓縮機(jī)控制決策的模糊推理( ) 的輸入

15、。它的另一個輸入是冷凍室給定溫度與實(shí)際溫度的差值, 差值為零是壓縮機(jī)開停的理論界面, 必須根據(jù)投入食品的熱容量, 應(yīng)用模糊推理( ) 確定開停時間的修正值。必須指出, 這種控制過程是一次性的, 以每次投入食品為周期, 但控制策略是一貫的, 推理法則是一致的。對于原來存放在冷凍室的食品, 納入箱體熱慣性考慮, 不參與控制過程, 引起的誤差在工程上是允許的。3.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)3.1背景因特網(wǎng)的普及使得人們可以把日常使用的家用電器與網(wǎng)絡(luò)相接，人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程控制、產(chǎn)品當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取，運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志等，而且還可以在產(chǎn)品生產(chǎn)者和使用者之間建立一種信息渠道，其一生產(chǎn)廠商可以通過用戶對產(chǎn)品的在

16、線登錄注冊、產(chǎn)品的故障信息上傳得到相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如產(chǎn)品分布、故障信息等；其二用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)在某種程度上進(jìn)行生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品控制程序的升級、修改等。由于具有上述特點(diǎn)，使得目前家用電器業(yè)界積極研究開發(fā)的新一代信息電器產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)家電。家庭網(wǎng)絡(luò)的信息控制中心 上與 Internet網(wǎng)相連，下則通過無線收發(fā)模式與諸多家用電器產(chǎn)品進(jìn)行各種信息數(shù)據(jù)的交換。網(wǎng)絡(luò)電冰箱的電腦控制器中,信息的收發(fā)設(shè)計(jì)上考慮到家庭應(yīng)用的特定環(huán)境可以采用無線模式。收到的信息可通過的串口與產(chǎn)品控制器相接，也可以通過器件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、緩存。3.2網(wǎng)絡(luò)電冰箱程序設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化電冰箱電腦控制器的用戶可在遠(yuǎn)方監(jiān)控家電運(yùn)行狀況，查詢電冰箱的食品信息

17、并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品注冊，既可保護(hù)商家利益，又能為商家提供市場信息。在家電產(chǎn)品故障后自動將故障代碼送給廠商，可接受廠商饋送的維修信息，為售后服務(wù)提供方便。在IEG1IGE 的大環(huán)境下H充分利用藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢，通過構(gòu)成家庭信息網(wǎng)絡(luò)和信息電器產(chǎn)品，將會對國內(nèi)家用電器行業(yè)帶來一次沖擊。3.3控制程序的基本構(gòu)成電冰箱電腦控制器的控制程序主要可分為四大部分：主程序、通信程序、上電復(fù)位和自檢程序等模塊。主程序主要有監(jiān)控程序、鍵盤查詢、顯示管理、外部信息接收處理以及其他子程序段組成。通信程序主要有數(shù)據(jù)判斷、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)匹配、數(shù)據(jù)發(fā)送以及其他子程序段。上電復(fù)位模塊及自檢程序模塊是通用技術(shù)。趨向預(yù)測單片機(jī)是智能

18、家電的核心單元，電冰箱控制系統(tǒng)采用單片機(jī)是其一大趨勢。除此之外，再將模糊控制技術(shù)用于電冰箱，可以有效提高電冰箱的性能，電冰箱控制系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)是其第二個發(fā)展趨勢。同時，電冰箱控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是其又一發(fā)展趨勢。參考文獻(xiàn)【1】 孫振偉，劉云浩.基于AVR單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【J】.電子設(shè)計(jì)工程，2011，（10）.【2】 呂佩舉.一種基于單片機(jī)的變頻電冰箱控制系統(tǒng)【J】.家電科技，2004，（08）.【3】 張春芝,馮海明.電冰箱單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【J】.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，（3）.【4】 程啟明.電冰箱的8098單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【J】.電腦,1995，（01）.

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