冰箱溫度智能控制系統(tǒng)的設計本科學位論文

PAGEPAGE10冰箱溫度智能控制系統(tǒng)的設計目錄第一章 概

論 4一．電冰箱的系統(tǒng)組成 4二．工作原理： 6三．本系統(tǒng)采用單片機控制的電冰箱主要功能及要求 6第二章硬件部分 7一．系統(tǒng)結構圖 7二．微處理器（單片機） 7三．溫度傳感器 12四．電壓檢測裝置 16五．功能按鍵 16六．壓縮機，風機、電磁閥控制 17七．故障報警電路 17第三章

軟件部分 18一、主程序：MAIN 18二、初始化子程序：INTI1 22三、鍵盤掃描子程序：KEY 23四．打開壓縮機子程序：OPEN 26五．關閉壓縮機：CLOSE 27六．定時器0中斷程序：用于壓縮機延時 28七．延時子程序 29第四章

分析與結論 30電冰箱溫度測控系統(tǒng)設計目前市場銷售的雙門直冷式電冰箱，含有冷凍室和冷藏室，冷凍室通常用于冷凍的溫度為-6～-18℃；冷藏室用于在相對冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，室溫一般為0～10℃一．電冰箱的系統(tǒng)組成液體由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時，會吸收很多熱量，簡稱為“液體汽化吸熱”，電冰箱就是利用了液體汽化的過程中需要吸熱的原理來制冷的。蒸氣壓縮式電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖如圖1-1所示，主要由壓縮機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管、蒸發(fā)器等部件組成，其動力均來自壓縮機，干燥過濾器用來過濾贓物和干燥水分，毛細管用來節(jié)流降壓，熱交換器為冷凝器和蒸發(fā)器。制冷壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑，經壓縮后成為高溫高壓的過熱蒸氣，排入冷凝器中，向周圍的空氣散熱成為高壓過冷液體，高壓過冷液體經干燥過濾器流入毛細管節(jié)流降壓，成為低溫低壓液體狀態(tài)，進入蒸發(fā)器中汽化，吸收周圍被冷卻物品的熱量，使溫度降低到所需值，汽化后的氣體制冷劑又被壓縮機吸入，至此，完成一個循環(huán)。壓縮機冷循環(huán)周而復始的運行，保證了制冷過程的連續(xù)性。圖1-1電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖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的啟、停，使冰箱內的溫度保持在設定溫度范圍內。冷凍室用于冷凍食品通常用于冷凍的溫度為－3°C～－15°C,冷藏室用于相對于冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，溫度一般為0°C～10°C，當測得冷冷凍室溫度高至－3°C~0°C時或者是冷凍室溫度高至10二．工作原理：根據(jù)冷藏室和冷凍室的溫度情況決定是否開壓縮機，若冷藏室的溫度過高，則打開電磁冷門V1,關閉閥門V2，V3，同時打開壓縮機，產生高溫高壓過熱蒸氣，經過冷凝器冷凝，干燥過濾器干燥，毛細節(jié)流管降壓后，在蒸發(fā)器汽化制冷，產生低溫低壓的干燥氣體。經過電磁閥門V1流入冷藏室，使冷藏的溫度迅速降低，當溫度達到要求時關閉壓縮機，同時關閉電磁閥門V1。若是冷凍室的溫度過高，則應打開V2關閉V1,V3。電磁閥門V3主要用于冷凍室的化霜。需要化箱時打開V3,從壓縮機流出的高溫高壓氣體流經冷凍室可勻速將冷凍室霜層汽化。達到化霜的效果。一般化霜的時間要短，不然會傷存放的食品。三．本系統(tǒng)采用單片機控制的電冰箱主要功能及要求：1、 設定2個測溫點，測量范圍：－26°C～＋26°C，精度±0.52、 利用功能鍵分別控制溫度設定、冷藏室及冷凍室溫度設定等；3、 制冷壓縮機停機后自動延時3分鐘后方能再啟動；4、 電冰箱具有自動除霜功能；5、 開門延時超過20秒發(fā)聲報警；6、工作電壓為180～240V，當欠壓或過壓時，禁止啟動壓縮機并用指示燈顯示。硬件部分設計一．系統(tǒng)結構圖控制系統(tǒng)結構如圖2-1所示，主要由電源開關，電壓檢測裝置，溫度傳感器，功能按鍵，單片機，延時電路，顯示電路，指示燈電路，除霜裝置和故障報警裝置等。圖2-1控制系統(tǒng)結構圖二．微處理器（單片機）微處理器是本系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，鑒于本系統(tǒng)為實時控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運行時需要進行大量的運算，所以單片機采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。1．主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器

·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路2．管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。三．溫度傳感器在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。我們在為冰箱測溫系統(tǒng)中，為了克服上面提到的三個問題，采用了新型數(shù)字溫度傳感器DS1820，在對其測溫原理進行詳細分析的基礎上，提出了提高DS1820測量精度的方法，使DS1820的測量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的測溫效果四．電壓檢測裝置電壓檢測裝置是為了保護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，采用WB系列電壓越限報警傳感器WB系列電壓越限報警傳感器以電壓隔離傳感器為基礎，增配比較器電路、基準電壓設定電路、輸出驅動電路組成，用來隔離監(jiān)測主回路中的交流或直流電壓，當被監(jiān)測的電壓超過預先設定的上限值，或低于預先設定的下限值時，給出開關量控制信號。本系列產品測控一體化、體積小、精度高、使用方便，報警界限值可以由用戶根據(jù)需要隨時進行調整，具有很高的性能/價格比。五．功能按鍵因本系統(tǒng)使用的按鍵數(shù)目少，故按鍵采用硬件去抖。按鍵電路如圖2-6所示。用兩個與非門構成一個RS觸發(fā)器。當按鍵未按下時輸出為1;剛鍵按下時輸出為0。此時即使用按鍵的機器性能，使按鍵因彈性抖動而產生瞬時斷開(抖動跳開B)，只要按鍵不返回原來狀態(tài)A，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會改變，輸出保持為0,不會產生抖動的波形。也就是說，即使B點的電壓波形是抖動的，但經雙穩(wěn)態(tài)電路之后，其輸出為正規(guī)的矩形波。圖2-6按鍵電路六．壓縮機，風機、電磁閥控制壓縮機，風機工作原理是制冷系統(tǒng)內制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。同時軸流風扇吸入的室外空氣流經冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過過濾器、節(jié)流機構后噴入蒸發(fā)器，并在相應的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量。同時貫流風扇使空氣不斷進入蒸發(fā)器的肋片間進行熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室內。如此室內空氣不斷循環(huán)流動，達到降低溫度的目的。而冰箱沒有風扇靠自然對流來進行熱量交換。電磁閥的工作原理非常簡單，阻流板就象一個閘門，一個彈簧讓它處于關閉狀態(tài)，上面一個電磁鐵芯，鐵芯（低部橡膠）壓在阻流板中間（凸起）的一個小眼兒上，外面一個電磁線圈，接通電源后鐵芯別吸上去，小眼兒開始進氣，壓力達到頂開彈簧后電磁閥打開。七．故障報警電路報警電路主要用示電冰箱使用過程中出現(xiàn)的故障，包括系統(tǒng)自身故障，外界故障，和誤操作，如：冰箱內溫度太高，外界電壓波動大，未關好冰箱門或是開門時間太長等等。四個指示燈作用：L1：設置冷藏室溫度時亮L2：設置冷凍室溫度時亮L3：壓縮機運行時亮L4：電源過壓或欠壓時亮第三章

軟件部分本系統(tǒng)軟件主要由主流程、功能子程序、中斷服務程序組成。采用主程序調用功能子程序，子程序盡可能少的調用其它子程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)溫度在－64°C～64各溫度值均用全程變量形式存放，如下：60H冷藏室溫度設定值61H冷凍室溫度設定值62H冰箱運行時冷藏室溫度實際值63H冰箱運行時冷凍室溫度實際值64H用于存放壓縮機，電源狀態(tài)和壓縮機關機延時狀態(tài)值其中：最低0位COMP存放壓縮機狀態(tài)標志：1壓縮機開啟0壓縮機關閉第1位TIME_OUT離上次關閉壓縮機是否已有5S：1否0是第2位UP電壓過欠壓標志：1過欠壓0正常65H，66H用于存放化霜時間計數(shù)67H用于壓縮機關閉延時計數(shù)一、主程序：MAIN主程序由初始化，鍵盤掃描，顯示，溫度采集，溫度控制和定時化霜子程序組成，為系統(tǒng)軟件的主干部分，化霜采用定時化霜，每三十分鐘化霜一次，化霜原理見概論電冰箱式作原理部分，其流程圖如圖3-1所示：程序如下：圖3-1主程序流程圖ORG0000HAJMPMAINORG0003HLJMPDY_INTORG000BLJMPTIME0_INTORG0030HDATAEQUP1.0V1EQUP1.3V2EQUP1.4V3EQUP1.5SET_KEYEQUP1.5V3EQUP1.5V3EQUP1.5 SET_KEYEQUP1.5 ADD_KEYEQUP1.6 SUB_KEYEQUP1.7 L1EQUP0.6 L2EQUP0.7 L3EQUP2.5 L4EQUP2.6 MAIN：CLRASTART：LCALLINIT1 ;初始化LCALLKEY ;鍵盤掃描LCALLGETWD ;獲得冷藏室溫度MOV62H,R0INCDATALCALLGETWD ;獲得冷凍室溫度MOV63H,R0DECDATAMOVR3,62H ;顯示兩室溫度值MOVR4,63HLCALLDISPMOVA,60HCLRCHIGH：CJNEA,62H,HIGH1 ;冷藏室溫度等于高于設定值時AJMPHIGH2 HIGH1：JCHIGH3HIGH2：SETBV1 ;開啟壓縮機LCALLOPENAJMPLOWHIGH3：MOVA,61HCLRCCJNEA,63H,HIGH4 ;冷凍室溫度等于高于設定值時AJMPHIGH5HIGH4：JCLOWHIGH5：SETBV2 ;開啟壓縮機LCALLOPENLOW：MOVA,61HCLRCCJNEA,63H,LOW1 ;冷凍室溫度等于低于最低值時AJMPLOW2LOW1：JNCLOW3LOW2：CLRV2 ;關閉壓縮機LCALLCLOSEAJMPLSLOW3：MOVA,60HCLRCCJNEA,62H,LOW4 ;冷凍室溫度等于低于最低值時AJMPLOW5LOW4：JNCLSLOW5：CLRV1 ;關閉壓縮機LCALLCLOSELS：MOVR1,#10H ;延時1SLS1：LCALLDLY_100MS DJNZR1,LS1INC65H ;化霜時間計數(shù)加1MOVA,65HCJNEA,#00H,LS2INC66HLS2：MOVA,65HCJNEA,#08H,LOOPMOVA,66HCJNEA,#07H,LOOPJBV1,LOOP ;化霜定時時間到且V1,V2均關閉JBV2,LOOPSETBV3 ;打開V3開始化霜MOVR0,#50 ;化霜時間5SLS3：LCALLDLY_100MS DJNZR0,LS3LOOP：AJMPSTART END

四．打開壓縮機子程序：OPEN程序流程圖如下圖3-3如示：圖3-3打開壓縮機子程序

入口參數(shù)：全局變量COMP,TIME_OUT,UP COMP壓縮機開啟標志：1壓縮機開啟0壓縮關閉 TIME_OUT離上次關閉壓縮機是否已有3S：1否0是 UP電壓過欠壓標志：1過欠壓0正常作用：根據(jù)條件打開壓縮機返回值：無程序如下：OPEN：CLRAMOVA,64HMOVCOMP,ACC.0MOVTIMP_OUT,ACC.1MOVUP,ACC.2JBCOMP,EXIT ;壓縮機處于關閉狀態(tài)JBTIMP_OUT,EXIT ;距上次關閉有3sJBUP,EXIT ;電壓正常SETBCOMP ;置壓機狀態(tài)位SETBTIME_OUT ;置TIME_OUT位MOVACC.0,COMPMOVACC.1,TIME_OUTMOV64H,ASETBP2.4 ;打開壓縮機SETBL3 ;打開壓縮機運行指示燈EXIT：MOVR7,#10H ;延時一段時間退出MOVR6,#0FFHNOPNOPDJNZR6,DL1DJNZR7,DL2RET五．關閉壓縮機：CLOSE關閉壓縮機后用定時器0中斷計時，做為下次是否開壓縮機的依據(jù)，因為壓縮機不能連續(xù)啟停。程序如下：CLOSE：CLRACLRP2.4 ;關閉壓縮機CLRL3 ;關閉壓縮機運行指示燈MOVA,64H ;清空壓縮機狀態(tài)標志CLRACC.0MOV64H,AMOVTMOD,#01H ;設置T0工作于模式1MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHSETB