電冰箱溫控系統(tǒng)

1、電冰箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求: A、單片機(jī)控制。 B、制冷控制電路、溫度監(jiān)測(cè)及恒溫控制。1、設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。溫度傳感器模塊、鍵盤輸入模塊作為系統(tǒng)的輸入模塊，液晶顯示模塊、溫度控制器模塊、報(bào)警模塊作為系統(tǒng)的輸出模塊，構(gòu)成基本電路，原理框圖如圖1所示。AT89S51鍵盤電路DS18B20 溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸繼電器1壓縮制冷器繼電器2加熱器MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片報(bào)警電路PC機(jī)輸入電源復(fù)位電路LED數(shù)據(jù)顯示時(shí)鐘電路溫度傳感器從設(shè)備環(huán)境采集溫度，單片機(jī)AT89S51獲取采集的溫度值，經(jīng)處理得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過(guò)加

2、熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)設(shè)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟降溫設(shè)備(壓縮制冷器)，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟升溫設(shè)備 (加熱器)。2.測(cè)溫模塊的選擇方案DS18B20是一種單端通信的數(shù)字式溫度傳感器，操作簡(jiǎn)單。我們把單片機(jī)的一條I/O分配給溫度傳感器，即可完成溫度采集。本系統(tǒng)在溫度采集中使用的DS18B20測(cè)溫原理圖如圖2-1所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)，送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振振蕩頻率隨著溫度變化，變化明顯，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖中

3、還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量，計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定。每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中。圖2-1 DS18B20測(cè)溫原理圖DS18B20的內(nèi)部有一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)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。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第1和第2個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S

4、=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。第3和第4字節(jié)是TH 和TL的拷貝，是易失性的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新，第5字節(jié)為配置寄存器，它主要用來(lái)確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。6、7、8字節(jié)保留未用，為全邏輯1，第9字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 DS18B20的溫度采集過(guò)程：如圖3-2所示。圖2-2 DS18B20溫度采集過(guò)程DS18B20 的常用連接電路圖如圖2-3所示。圖2-3 DS18B20連接電路3.各單元的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)時(shí)鐘電路及復(fù)位電路（1）時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)而言是必須的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件構(gòu)成，而這些器件又必須按時(shí)間順序完成。所以在管腳的XTAL1和XTA

5、L2引腳外接石英晶體和倆個(gè)諧振電容，電容采用2個(gè)30u電容，采用12M的石英晶體。這樣就可以構(gòu)成單片機(jī)的基本時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率為12M。電路圖如圖3-1所示：圖3-1 單片機(jī)時(shí)鐘電路（2）復(fù)位電路復(fù)位電路是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，使單片機(jī)處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。而要AT89S51復(fù)位得在RESET引腳上加5V的高電平信號(hào)就可以了。復(fù)位電路參數(shù)為30U的電解電容和10k的電阻。如圖3-2為單片機(jī)的復(fù)位電路。 圖3-2復(fù)位電路（3）單片機(jī)最小系統(tǒng)根據(jù)AT89S51的引腳定義，單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)，如圖3-3所示：圖3-3 單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.2 鍵盤單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)

6、位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 ：為了去抖動(dòng)我采用軟件方法，它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。3.3溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)規(guī)

7、定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò) P1.4 輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管 D1 ，使繼電器 K1 開啟降溫設(shè)備 ( 壓縮制冷設(shè)備 ) ：當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)通過(guò) P1.5 輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管 D2 ，使繼電器 K2 開啟升溫設(shè)備 ( 加熱器1) 。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。具體電路連接如圖 3-4 所示。圖3-4具體電路連接圖3.4數(shù)碼管的顯示電路(1)LED顯示器七段LED數(shù)碼顯示器是由a、b、c、d、e、f、g、h這8段發(fā)光二極管

8、組成的“8”字型顯示器件。根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的連接形式不同，LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起稱共陽(yáng)極LED；陰極連在一起稱共陰極LED。LED的結(jié)構(gòu)及連接圖如圖3-5所示 圖3-5 LED結(jié)構(gòu)及連接圖（2）LED的接口電路LED數(shù)碼顯示接口電路分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是每個(gè)顯示器都要占用獨(dú)立的具有鎖存功能的I/O接口，顯示的字型碼送到接口電路。在字位數(shù)較多時(shí)，電路比較復(fù)雜，需要的接口芯片較多，成本也較高。因此在實(shí)際應(yīng)用中常常應(yīng)用動(dòng)態(tài)顯示器接口電路如圖4-9所示。它是把所有顯示器的同名字段互相連接在一起，并把它們連到字形口上。每個(gè)數(shù)碼管的公共端受單片機(jī)的

9、I/O口控制。CPU送出字段碼，只有公共端符合條件的數(shù)碼管才顯示。根據(jù)這個(gè)原理，采用分時(shí)導(dǎo)通的辦法，利用人眼的滯留性，達(dá)到動(dòng)態(tài)掃描的目的。圖3-6 數(shù)碼管的顯示電路4.5蜂鳴器電路 本次設(shè)計(jì)采用蜂鳴器電路如圖3-7所示作為報(bào)警裝置。圖3-7 蜂鳴器電路4.6接口通訊單元 接口通訊產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232

10、-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。圖3-8 通訊接口連線圖51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。在本設(shè)計(jì)中采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機(jī)的11腳連接，第9腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接，串口通訊具體如圖4-5。參考文獻(xiàn)1孫傳友、孫曉斌.測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì).北京航空航天大學(xué)出版社.2011