冰箱溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本科學(xué)位論文

PAGEPAGE10冰箱溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)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(jié)構(gòu)圖 7二．微處理器（單片機(jī)） 7三．溫度傳感器 12四．電壓檢測(cè)裝置 16五．功能按鍵 16六．壓縮機(jī)，風(fēng)機(jī)、電磁閥控制 17七．故障報(bào)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(jī)子程序：OPEN 26五．關(guān)閉壓縮機(jī)：CLOSE 27六．定時(shí)器0中斷程序：用于壓縮機(jī)延時(shí) 28七．延時(shí)子程序 29第四章

分析與結(jié)論 30電冰箱溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前市場(chǎng)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(duì)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(shí)，會(huì)吸收很多熱量，簡(jiǎn)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(jī)、冷凝器、干燥過濾器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等部件組成，其動(dòng)力均來自壓縮機(jī)，干燥過濾器用來過濾贓物和干燥水分，毛細(xì)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(jī)吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑，經(jīng)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(jīng)干燥過濾器流入毛細(xì)管節(jié)流降壓，成為低溫低壓液體狀態(tài)，進(jìn)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(jī)吸入，至此，完成一個(gè)循環(huán)。壓縮機(jī)冷循環(huán)周而復(fù)始的運(yùn)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(jī)的啟、停，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。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(duì)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(dāng)測(cè)得冷冷凍室溫度高至－3°C~0°C時(shí)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(jī)，若冷藏室的溫度過高，則打開電磁冷門V1,關(guān)閉閥門V2，V3，同時(shí)打開壓縮機(jī)，產(chǎn)生高溫高壓過熱蒸氣，經(jīng)過冷凝器冷凝，干燥過濾器干燥，毛細(xì)節(jié)流管降壓后，在蒸發(fā)器汽化制冷，產(chǎn)生低溫低壓的干燥氣體。經(jīng)過電磁閥門V1流入冷藏室，使冷藏的溫度迅速降低，當(dāng)溫度達(dá)到要求時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)，同時(shí)關(guān)閉電磁閥門V1。若是冷凍室的溫度過高，則應(yīng)打開V2關(guān)閉V1,V3。電磁閥門V3主要用于冷凍室的化霜。需要化箱時(shí)打開V3,從壓縮機(jī)流出的高溫高壓氣體流經(jīng)冷凍室可勻速將冷凍室霜層汽化。達(dá)到化霜的效果。一般化霜的時(shí)間要短，不然會(huì)傷存放的食品。三．本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制的電冰箱主要功能及要求：1、 設(shè)定2個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍：－26°C～＋26°C，精度±0.52、 利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定等；3、 制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)3分鐘后方能再啟動(dòng)；4、 電冰箱具有自動(dòng)除霜功能；5、 開門延時(shí)超過20秒發(fā)聲報(bào)警；6、工作電壓為180～240V，當(dāng)欠壓或過壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)并用指示燈顯示。硬件部分設(shè)計(jì)一．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要由電源開關(guān)，電壓檢測(cè)裝置，溫度傳感器，功能按鍵，單片機(jī)，延時(shí)電路，顯示電路，指示燈電路，除霜裝置和故障報(bào)警裝置等。圖2-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖二．微處理器（單片機(jī)）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(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，所以單片機(jī)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(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)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(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2．管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)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(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。三．溫度傳感器在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。我們?cè)跒楸錅y(cè)溫系統(tǒng)中，為了克服上面提到的三個(gè)問題，采用了新型數(shù)字溫度傳感器DS1820，在對(duì)其測(cè)溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了提高DS1820測(cè)量精度的方法，使DS1820的測(cè)量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的測(cè)溫效果四．電壓檢測(cè)裝置電壓檢測(cè)裝置是為了保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，采用WB系列電壓越限報(bào)警傳感器WB系列電壓越限報(bào)警傳感器以電壓隔離傳感器為基礎(chǔ)，增配比較器電路、基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路組成，用來隔離監(jiān)測(cè)主回路中的交流或直流電壓，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電壓超過預(yù)先設(shè)定的上限值，或低于預(yù)先設(shè)定的下限值時(shí)，給出開關(guān)量控制信號(hào)。本系列產(chǎn)品測(cè)控一體化、體積小、精度高、使用方便，報(bào)警界限值可以由用戶根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，具有很高的性能/價(jià)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(gè)與非門構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器。當(dāng)按鍵未按下時(shí)輸出為1;剛鍵按下時(shí)輸出為0。此時(shí)即使用按鍵的機(jī)器性能，使按鍵因彈性抖動(dòng)而產(chǎn)生瞬時(shí)斷開(抖動(dòng)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(huì)改變，輸出保持為0,不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。也就是說，即使B點(diǎn)的電壓波形是抖動(dòng)的，但經(jīng)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(jī)，風(fēng)機(jī)、電磁閥控制壓縮機(jī)，風(fēng)機(jī)工作原理是制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。同時(shí)軸流風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽凝結(jié)為高壓液體。高壓液體經(jīng)過過濾器、節(jié)流機(jī)構(gòu)后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量。同時(shí)貫流風(fēng)扇使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)行熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室內(nèi)。如此室內(nèi)空氣不斷循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到降低溫度的目的。而冰箱沒有風(fēng)扇靠自然對(duì)流來進(jìn)行熱量交換。電磁閥的工作原理非常簡(jiǎn)單，阻流板就象一個(gè)閘門，一個(gè)彈簧讓它處于關(guān)閉狀態(tài)，上面一個(gè)電磁鐵芯，鐵芯（低部橡膠）壓在阻流板中間（凸起）的一個(gè)小眼兒上，外面一個(gè)電磁線圈，接通電源后鐵芯別吸上去，小眼兒開始進(jìn)氣，壓力達(dá)到頂開彈簧后電磁閥打開。七．故障報(bào)警電路報(bào)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(nèi)溫度太高，外界電壓波動(dòng)大，未關(guān)好冰箱門或是開門時(shí)間太長(zhǎng)等等。四個(gè)指示燈作用：L1：設(shè)置冷藏室溫度時(shí)亮L2：設(shè)置冷凍室溫度時(shí)亮L3：壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)亮L4：電源過壓或欠壓時(shí)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(wù)程序組成。采用主程序調(diào)用功能子程序，子程序盡可能少的調(diào)用其它子程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shè)定值61H冷凍室溫度設(shè)定值62H冰箱運(yùn)行時(shí)冷藏室溫度實(shí)際值63H冰箱運(yùn)行時(shí)冷凍室溫度實(shí)際值64H用于存放壓縮機(jī)，電源狀態(tài)和壓縮機(jī)關(guān)機(jī)延時(shí)狀態(tài)值其中：最低0位COMP存放壓縮機(jī)狀態(tài)標(biāo)志：1壓縮機(jī)開啟0壓縮機(jī)關(guān)閉第1位TIME_OUT離上次關(guān)閉壓縮機(jī)是否已有5S：1否0是第2位UP電壓過欠壓標(biāo)志：1過欠壓0正常65H，66H用于存放化霜時(shí)間計(jì)數(shù)67H用于壓縮機(jī)關(guān)閉延時(shí)計(jì)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(shí)化霜子程序組成，為系統(tǒng)軟件的主干部分，化霜采用定時(shí)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(shè)定值時(shí)AJMPHIGH2 HIGH1：JCHIGH3HIGH2：SETBV1 ;開啟壓縮機(jī)LCALLOPENAJMPLOWHIGH3：MOVA,61HCLRCCJNEA,63H,HIGH4 ;冷凍室溫度等于高于設(shè)定值時(shí)AJMPHIGH5HIGH4：JCLOWHIGH5：SETBV2 ;開啟壓縮機(jī)LCALLOPENLOW：MOVA,61HCLRCCJNEA,63H,LOW1 ;冷凍室溫度等于低于最低值時(shí)AJMPLOW2LOW1：JNCLOW3LOW2：CLRV2 ;關(guān)閉壓縮機(jī)LCALLCLOSEAJMPLSLOW3：MOVA,60HCLRCCJNEA,62H,LOW4 ;冷凍室溫度等于低于最低值時(shí)AJMPLOW5LOW4：JNCLSLOW5：CLRV1 ;關(guān)閉壓縮機(jī)LCALLCLOSELS：MOVR1,#10H ;延時(shí)1SLS1：LCALLDLY_100MS DJNZR1,LS1INC65H ;化霜時(shí)間計(jì)數(shù)加1MOVA,65HCJNEA,#00H,LS2INC66HLS2：MOVA,65HCJNEA,#08H,LOOPMOVA,66HCJNEA,#07H,LOOPJBV1,LOOP ;化霜定時(shí)時(shí)間到且V1,V2均關(guān)閉JBV2,LOOPSETBV3 ;打開V3開始化霜MOVR0,#50 ;化霜時(shí)間5SLS3：LCALLDLY_100MS DJNZR0,LS3LOOP：AJMPSTART END

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

入口參數(shù)：全局變量COMP,TIME_OUT,UP COMP壓縮機(jī)開啟標(biāo)志：1壓縮機(jī)開啟0壓縮關(guān)閉 TIME_OUT離上次關(guān)閉壓縮機(jī)是否已有3S：1否0是 UP電壓過欠壓標(biāo)志：1過欠壓0正常作用：根據(jù)條件打開壓縮機(jī)返回值：無程序如下：OPEN：CLRAMOVA,64HMOVCOMP,ACC.0MOVTIMP_OUT,ACC.1MOVUP,ACC.2JBCOMP,EXIT ;壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)JBTIMP_OUT,EXIT ;距上次關(guān)閉有3sJBUP,EXIT ;電壓正常SETBCOMP ;置壓機(jī)狀態(tài)位SETBTIME_OUT ;置TIME_OUT位MOVACC.0,COMPMOVACC.1,TIME_OUTMOV64H,ASETBP2.4 ;打開壓縮機(jī)SETBL3 ;打開壓縮機(jī)運(yùn)行指示燈EXIT：MOVR7,#10H ;延時(shí)一段時(shí)間退出MOVR6,#0FFHNOPNOPDJNZR6,DL1DJNZR7,DL2RET五．關(guān)閉壓縮機(jī)：CLOSE關(guān)閉壓縮機(jī)后用定時(shí)器0中斷計(jì)時(shí)，做為下次是否開壓縮機(jī)的依據(jù)，因?yàn)閴嚎s機(jī)不能連續(xù)啟停。程序如下：CLOSE：CLRACLRP2.4 ;關(guān)閉壓縮機(jī)CLRL3 ;關(guān)閉壓縮機(jī)運(yùn)行指示燈MOVA,64H ;清空壓縮機(jī)狀態(tài)標(biāo)志CLRACC.0MOV64H,AMOVTMOD,#01H ;設(shè)置T0工作于模式1MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHSETB