計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng).doc

遼寧工程技術(shù)大學(xué) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程綜合設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng) 指 導(dǎo) 教 師 院（系、部） 電氣與控制工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 自動(dòng)化14-1 班 學(xué) 號(hào) 1 姓 名 日 期 2017-06-25 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)期2016/2017第2學(xué)期姓名專業(yè)自動(dòng)化班級(jí)14-1課程名稱計(jì)算機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng) 成績(jī) 評(píng)分項(xiàng)目合格評(píng)定不合格評(píng)定設(shè)計(jì)表現(xiàn)1.獨(dú)立工作能力獨(dú)立完成設(shè)計(jì)不能獨(dú)立完成設(shè)計(jì)2.上交設(shè)計(jì)時(shí)間按時(shí)遲交設(shè)計(jì)說(shuō)明書3.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路清晰，結(jié)構(gòu)方案良好，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容完整，結(jié)果正確設(shè)計(jì)思路不清晰，結(jié)構(gòu)方案不合理，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)選擇有錯(cuò)誤，調(diào)理清楚，內(nèi)容不完整，有明顯錯(cuò)誤4.設(shè)計(jì)書寫、字體、排版規(guī)范、整潔、有條理，排版很好不規(guī)范、不整潔、無(wú)條理，排版有問(wèn)題很大5.封面、目錄、參考文獻(xiàn)完整不完整圖紙6.繪圖效果滿足要求很差7.布局合理布局混亂8.繪圖工程標(biāo)準(zhǔn)符合標(biāo)準(zhǔn)不符合標(biāo)準(zhǔn)答辯9.回答問(wèn)題回答基本正確或正確回答不正確總評(píng)定評(píng)定說(shuō)明：（1）不合格標(biāo)準(zhǔn)1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書不合格否決制，即3、4兩項(xiàng)達(dá)不到要求，不予合格；2）9項(xiàng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中，有6項(xiàng)達(dá)不到要求，不予合格。（2）合格標(biāo)準(zhǔn)除設(shè)計(jì)說(shuō)明書的3、4、5項(xiàng)必須滿足要求外，其余6項(xiàng)，至少有4項(xiàng)滿足要求，給予合格。（3）請(qǐng)?jiān)谠u(píng)定欄里打“”評(píng)定，若全部滿足要求，不必分項(xiàng)評(píng)定，只需在總評(píng)定中打“”即可，最后給出最終成績(jī)，并簽字。最終成績(jī)： 評(píng)定教師簽字： 目錄1 引言11.1 課題背景11.2 主要實(shí)現(xiàn)功能12 總體方案設(shè)計(jì)22.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22.2 基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)整體布局32.3 功能原理分析33 硬件電路設(shè)計(jì)43.1單片機(jī)的選擇53.2 A/D轉(zhuǎn)換電路53.2.1 ADC0809介紹63.2.2ADC0809與AT89C51單片機(jī)接口電路63.3 鍵盤電路及其顯示電路73.4 溫度采集及除霜電路83.4.1 溫度采集電路83.4.2 除霜電路93.4.3 傳感器的選擇93.5 制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟停電路103.5.1 控制電路圖103.5.2 工作原理113.6 電源電壓檢測(cè)電路113.7 報(bào)警電路124 軟件設(shè)計(jì)124.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言124.2程序主要模塊134.2.1主程序模塊134.2.2T0中斷服務(wù)程序模塊144.2.3T1中斷服務(wù)程序模塊155 總結(jié)16 致謝 17參考文獻(xiàn)18附錄 系統(tǒng)總原理圖19191. 引言1.1 課題背景電冰箱是利用電能在箱體內(nèi)形成低溫環(huán)境,用于冷藏冷凍各種食品和其他物品的家用電器設(shè)備。電冰箱是每個(gè)家庭現(xiàn)代化廚房必備的家用電器，它的主要任務(wù)就是控制壓縮機(jī)、化霜加熱等來(lái)保持箱內(nèi)食品的最佳溫度，達(dá)到食品保鮮的目的，即保證所儲(chǔ)存的食品在經(jīng)過(guò)冷凍或冷藏之后，保持色、味、水分、營(yíng)養(yǎng)基本不變。電冰箱是第一次家電革命浪潮的主導(dǎo)產(chǎn)品，是每個(gè)家庭必備的電器設(shè)備。從1918年世界上第一臺(tái)電機(jī)壓縮式電冰箱研制成功，至今已走過(guò)89個(gè)年頭。這期間，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電冰箱也在不斷的演變和更新，尤其是近年來(lái)高新技術(shù)的迅猛崛起，更使得電冰箱的發(fā)展日新月異?，F(xiàn)代社會(huì)每一個(gè)家庭都處在快節(jié)奏的生活中，人們大多已無(wú)閑暇的時(shí)間和精力花費(fèi)在經(jīng)常性的采購(gòu)日常生活用品上。因此，集中時(shí)間大量采購(gòu)的新型生活方式已為越來(lái)越多的人所接受，從而決定了大容量電冰箱將是一種國(guó)際化的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的機(jī)械式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,使電冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。一般,當(dāng)蒸發(fā)器溫度升至35時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷;當(dāng)溫度低于-10-20時(shí)停止制冷,關(guān)斷壓縮機(jī)16。隨著家用電冰箱的普及，人們對(duì)電冰箱的控制功能要求越來(lái)越高，這對(duì)電冰箱控制器提出了更高的要求，多功能、智能化是其發(fā)展方向之一，傳統(tǒng)的機(jī)械式、簡(jiǎn)單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展要求。隨著微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)在家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行控制,可以使電冰箱的控制更準(zhǔn)確、靈活、直觀。1.2 主要實(shí)現(xiàn)功能本論文所設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止，解決了傳統(tǒng)電冰箱控制系統(tǒng)存在的不足，可以使控制更準(zhǔn)確，更靈活。本系統(tǒng)處于監(jiān)控狀態(tài)時(shí),具有以下功能:（1）電源過(guò)欠壓保護(hù)功能：為了使電冰箱安全可靠地運(yùn)行，要求其電源電壓在180V240V之間。因此，當(dāng)電源電壓小于180V或大于240V時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)并用指示燈顯示。（2）壓縮機(jī)開(kāi)啟延時(shí)功能：該功能要求壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過(guò)3min才能啟動(dòng)，以延長(zhǎng)壓縮機(jī)的壽命。這就要求在每次電冰箱上電時(shí)，都要檢查壓縮機(jī)停機(jī)是否到3min，若未達(dá)到，需延時(shí)到3min后才能啟動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有判斷與延時(shí)功能。 （3）自動(dòng)除霜功能:冷凍室中的水分會(huì)凝結(jié)成霜，因此，電冰箱應(yīng)有自動(dòng)除霜功能。該功能的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)累計(jì)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間和檢測(cè)環(huán)境溫度，來(lái)判斷是否滿足化霜條件(霜厚達(dá)到3mm)，當(dāng)霜厚達(dá)到3mm時(shí)，接通化霜加熱絲，同時(shí)斷開(kāi)壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，30分鐘后斷開(kāi)化霜加熱絲，接通壓縮機(jī)，再過(guò)15分鐘后接通風(fēng)機(jī)。（4）電冰箱溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能：該功能是電冰箱應(yīng)具備的主要功能。電冰箱設(shè)有冷凍室和冷藏室，冷凍室的溫度為1626，冷藏室的溫度為210，在該溫度范圍內(nèi)，食品保鮮效果較好，因此，對(duì)控制器的要求是將冷凍室和冷藏室的溫度自動(dòng)控制在各自的范圍內(nèi)。 （5）功能鍵控制功能：利用功能鍵分別控制冷凍室溫度、冷藏室溫度、速凍設(shè)定等。（6）LED顯示功能：利用LED顯示冷凍室溫度、冷藏室溫度,壓縮機(jī)的啟、停和速凍、報(bào)警狀態(tài)。（7）關(guān)機(jī)提示功能：開(kāi)門超過(guò)2min將聲音報(bào)警,提醒用戶及時(shí)關(guān)門。（8）連續(xù)速凍功能：連續(xù)速凍時(shí)間設(shè)定范圍18小時(shí)。（9）溫度測(cè)量功能：設(shè)定3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍-26+26 ，精度0.5 ；（10）故障自檢報(bào)警功能：該功能要求在電冰箱運(yùn)行過(guò)程中，不斷診斷電冰箱的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，電冰箱停機(jī)并報(bào)警顯示。2.總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)基本原理方案是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的依據(jù)，也是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的靈魂線，它的好壞直接關(guān)系到整個(gè)方案的成敗。在其設(shè)計(jì)上要經(jīng)過(guò)查詢考證、深思熟慮、反復(fù)推敲，有時(shí)離不開(kāi)大量的實(shí)驗(yàn)，最后再比較幾種選定方案而得出的。2.1控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)在整個(gè)智能電冰箱控制中的地位是至關(guān)重要的，它控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是系統(tǒng)是否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。選用的控制系統(tǒng)是否合理是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。因此此必須慎重地選擇控制系統(tǒng)。當(dāng)前對(duì)電冰箱控制系統(tǒng)的方案主要有以下兩種。1.機(jī)械控制方式所謂的機(jī)械控制方式，即根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停,使電冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。一般,當(dāng)蒸發(fā)器溫度升至35時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷;當(dāng)溫度低于-10-20時(shí)停止制冷,關(guān)斷壓縮機(jī)。這種控制方式，電路相對(duì)簡(jiǎn)單，操作方便，使電冰箱的控制不夠準(zhǔn)確、靈活、直觀。2.智能控制方式所謂的智能控制方式，即自動(dòng)控制方式，用單片機(jī)控制制冷壓縮機(jī)的啟、停,使電冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。這些過(guò)程不需要任何的人工操作，全部自動(dòng)進(jìn)行，使電冰箱的控制更準(zhǔn)確、靈活、直觀。經(jīng)過(guò)慎重地考慮、科學(xué)地論證和實(shí)驗(yàn)，本論文采用了第二種方案；用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心部分，來(lái)控制著系統(tǒng)的運(yùn)行。選用單片機(jī)的好處是：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制功能強(qiáng)、體積小、功耗低、性能高、速度快、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用靈活廣泛、價(jià)格低廉、通用性強(qiáng)等。2.2基于單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)的整體布局智能電冰箱系統(tǒng)由傳感器（霜厚傳感器、冷藏室溫度傳感器、冷凍室溫度傳感器）、微控單元單片機(jī)、壓縮機(jī)、加熱絲、LED顯示器、語(yǔ)音輸出等組成。其中傳感器整個(gè)硬件中最重要的組成部分，是系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵；微控單元是系統(tǒng)的軟件部分，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是系統(tǒng)是否正常工作的保證。設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體布局框圖如圖2-1所示圖2-1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體布局框圖2.3功能原理分析基于51單片機(jī)控制的單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理是這樣的：傳感器（霜厚傳感器、冷藏室溫度傳感器、冷凍室溫度傳感器）隨時(shí)處于待工作狀態(tài)。當(dāng)霜的厚度達(dá)到3mm時(shí)，霜厚傳感器就會(huì)感應(yīng)到，將產(chǎn)生模擬量信號(hào)，并將產(chǎn)生的模擬信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器接收到模擬信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)輸送到單片機(jī)；單片機(jī)接受到信號(hào)后，將數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行分析、判斷、處理，給出除霜命令。智能電冰箱控制系統(tǒng)工作后，霜的厚度逐漸改變，當(dāng)霜的厚度調(diào)整到規(guī)定值時(shí)，除霜命令的自動(dòng)解除，一個(gè)工作過(guò)程就算是這樣完成了。霜厚傳感器接著等待進(jìn)入下一個(gè)工作過(guò)程。當(dāng)冷藏室的溫度低于2或高于10時(shí)，冷藏室溫度傳感器就會(huì)感應(yīng)到，將產(chǎn)生模擬信號(hào)，并將產(chǎn)生的模擬信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器接收到模擬信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)輸送到單片機(jī)；單片機(jī)接受到信號(hào)后，將數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行分析、判斷、處理，給出調(diào)整冷藏室溫度命令。智能電冰箱控制系統(tǒng)工作后，冷藏室內(nèi)的溫度逐漸改變，當(dāng)冷藏室內(nèi)的溫度調(diào)整到規(guī)定范圍時(shí)，調(diào)整冷藏室的命令的自動(dòng)解除，一個(gè)工作過(guò)程就算是這樣完成了。冷藏室傳感器接著等待進(jìn)入下一個(gè)工作過(guò)程。當(dāng)冷凍室的溫度低于-26或高于-16時(shí)，冷凍室溫度傳感器就會(huì)感應(yīng)到，將產(chǎn)生模擬信號(hào)，并將產(chǎn)生的模擬信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器接收到模擬信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)輸送到單片機(jī)；單片機(jī)接受到信號(hào)后，將數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行分析、判斷、處理，給出調(diào)整冷凍室溫度命令。智能電冰箱控制系統(tǒng)工作后，冷凍室內(nèi)的溫度逐漸改變，當(dāng)冷凍室內(nèi)的溫度調(diào)整到規(guī)定范圍時(shí)，調(diào)整冷凍室的命令的自動(dòng)解除，一個(gè)工作過(guò)程就算是這樣完成了。冷凍室傳感器接著等待進(jìn)入下一個(gè)工作過(guò)程。.3.硬件電路設(shè)計(jì)電冰箱控制器的主要任務(wù)就是控制壓縮機(jī)、化霜加熱等來(lái)保持箱內(nèi)食品的最佳溫度，達(dá)到食品保鮮的目的，即保證所儲(chǔ)存的食品在經(jīng)過(guò)冷凍或冷藏之后，保持色、味、水分、營(yíng)養(yǎng)基本不變。用LED將設(shè)定溫度或?qū)嶋H溫度顯示出來(lái)。基于51單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用了模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括：A/D轉(zhuǎn)換電路、溫度采集電路、除霜電路、鍵盤電路、LED顯示電路、制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟停控制電路、電源電壓檢測(cè)電路、語(yǔ)音輸出報(bào)警電路、直流電源供電電路、晶體振蕩電路等模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的核心部件,它直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),并對(duì)系統(tǒng)的功能、性價(jià)比以及研制周期起決定性作用。本控制系統(tǒng)的單片機(jī)采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89C51,它是80C51微控制器系統(tǒng)的派生。AT89C51芯片采用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，而且價(jià)格低，是目前性能比較高的單片機(jī)之一。該芯片完全滿足系統(tǒng)需要，不需要再外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件電路。此外，AT89C51單片機(jī)在市場(chǎng)上的貨源充足，技術(shù)比較成熟，同時(shí)也具有較好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路115采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模擬輸入通道,本系統(tǒng)只用了其中4個(gè)通道IN0IN3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測(cè)通道,IN1作為冷藏室溫度檢測(cè)通道,IN2作為除霜檢測(cè)通道,IN3作為電源電壓檢測(cè)通道。3.2.1 ADC0809介紹ADC0809是一種比較典型的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器CMOS工藝，可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s左右，采用雙排28引腳封裝，可以和微機(jī)直接接口。1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)：ADC0809 由一個(gè)8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8 個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：ADC0809八路模擬量開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用1個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)ADDA、ADDB、ADDC三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于8路模擬通道的選擇。8位A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，三態(tài)輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。2. 主要特征：（1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?； （3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s；（4）單個(gè)5V電源供電； （5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)； （6）工作溫度范圍為-4085攝氏度； （7）低功耗，約15mW。3.工作過(guò)程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3.2.2 ADC0809與AT89C51單片機(jī)接口電路1.ADC0809與AT89C51單片機(jī)的連接如圖3-2所示。圖3-2ADC0809與單片機(jī)接口電路圖中ADC0809的A、B、C三端通過(guò)地址鎖存器接于P0口的P0.0、P0.1、P0.2,這三端控制模擬通道的選擇。P2.7與、端經(jīng)與非門接于0809的ALB、START、/OB端,控制0809的啟動(dòng)、讀、寫。0809的BOC端懸空,轉(zhuǎn)換后利用軟件延時(shí)一段時(shí)間再讀結(jié)果,不用中斷方式。3.3 鍵盤電路及顯示電路功能鍵及LED顯示電路采用6個(gè)功能鍵控制冷凍室、冷藏室及速凍溫度設(shè)定，4位LED數(shù)碼管負(fù)責(zé)顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機(jī)啟、停和報(bào)警等狀態(tài)。功能鍵及LED顯示電路如圖3-3所示 圖3-3 功能鍵及LED顯示電路顯示和鍵盤輸入均通過(guò)AT89C51 的串行口。顯示輸出通道和鍵盤輸入通道的選擇由端口線P3.2和與非門完成。當(dāng)P3.2為“ 1”時(shí)，AT89C51的TXD端輸出同步脈沖通過(guò)與門發(fā)送到顯示移位寄存器74LS164的移位脈沖輸 入端，這樣AT89C51欲顯示的數(shù)據(jù)，由RXD端輸出，移位讀入到顯示器通道。當(dāng)P3.2為“0” 時(shí)，AT89C51的RXD的數(shù)據(jù)僅能被移位讀入到鍵盤掃描用的移位寄存器中。由于顯示通道采用 LED數(shù)碼管并用74LS164作為驅(qū)動(dòng)器，所以簡(jiǎn)化了線路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示字位擴(kuò)充方便，驅(qū)動(dòng) 程序設(shè)計(jì)容易。鍵盤工作原理也很簡(jiǎn)單，AT89C51通過(guò)RXD向鍵盤掃描移位寄存器74 LS164逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0”，每次發(fā)送后即從P3.4端讀入鍵盤信號(hào)，若讀得“0”表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。3.4 溫度采集電路和除霜電路3.4.1 溫度采集電路溫度傳感器選用了MF53-1型熱敏電阻,具有負(fù)溫度系數(shù),靈敏度較高。熱敏電阻RT的阻值和溫度的關(guān)系為:R(t)=286/(26.8+t)-2.68k。A點(diǎn)電壓與溫度的關(guān)系為：V=（2.685）/ R(t)+2.68=1.26+0.047t利用溫度傳感器可以很容易測(cè)得冷藏室溫度和冷凍室溫度。3.4.2 除霜電路把熱敏電阻安裝在距蒸發(fā)器3mm的某個(gè)合適的位置上，當(dāng)霜厚大于3mm時(shí)，熱敏電阻Rt接觸到霜從而感受到較低的溫度，其電阻值變大，A點(diǎn)溫度降低，運(yùn)算放大器輸出信號(hào)有變化，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)單片機(jī)分析、判斷，給出除霜命令。除霜電路如圖3-4所示：圖3-4 除霜電路3.4.3 傳感器的選擇傳感器是一種轉(zhuǎn)換器件，它以一定的精度將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系并易于測(cè)量的電量。它一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)調(diào)節(jié)電路三部分組成。傳感器組成框框圖如圖3-5所示。圖3-5 傳感器組成框框圖傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)有：線性度、靈敏度、遲滯性、重復(fù)性與分辨率。在選擇傳感器時(shí)，不必要求這幾項(xiàng)指標(biāo)是最優(yōu)，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，在保證主要性能指標(biāo)滿足要求的前提下，使整個(gè)系統(tǒng)性價(jià)比達(dá)到最優(yōu)14。 1.溫度傳感器的選擇：本論文所采用的溫度傳感器Rt主要由冷凍室、冷藏室、冷凍室蒸發(fā)器盤管、冷藏室蒸發(fā)器盤管速凍室、環(huán)境溫度檢測(cè)等溫度傳感器組成。主控器不斷采集冷凍室、冷藏室及環(huán)境溫度，并根據(jù)設(shè)置值及采集值控制各部件的運(yùn)行。本論文的溫度傳感器Rt主要是指冷藏室溫度傳感器RS和冷凍室溫度傳感器DS，它們都是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻.溫度升高時(shí),阻值變小;當(dāng)溫度降低時(shí),阻值變大。我們知道，電冰箱一般設(shè)有冷凍室和冷藏室，冷凍室用于速凍食品，在冷凍室中的食品可以存放較長(zhǎng)的時(shí)間，冷凍室的溫度為-16 -26左右；冷藏室以不凍傷食品又有保鮮作用為準(zhǔn)，冷藏室的溫度為2 10左右；冷凍室食品中的水分會(huì)凝結(jié)成霜，到一定程度還要除霜。2.霜厚傳感器的選擇：本論文采用一種用于制冷系統(tǒng)的電容式霜厚傳感器，其特征在于包括一對(duì)金屬電極和一個(gè)固定裝置，其中，第一電極為制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器的金屬表面或緊貼在蒸發(fā)器表面的金屬片，第二電極為與第一電極相對(duì)并保持一定間隔的金屬片，第二電極表面涂覆有防潮絕緣材料，并由固定裝置加以固定，利用兩電極之間的電容變化測(cè)定霜的厚度。制冷系統(tǒng)采用這種霜厚傳感器可及時(shí)化霜，提高制冷效果，有利于食品的保存，并能節(jié)省耗電。3.5 制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、?？刂齐娐?.5.1 控制電路圖制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、?？刂齐娐穲D如圖3-6所示：圖3-6制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、?？刂齐娐穲D3.5.2 工作原理AT89C51單片機(jī)控制信號(hào)經(jīng)P1.3和P1.4端口輸出，并在P1.7的控制下鎖存在74LS273中，74LS273的輸出再經(jīng)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器DS2003后驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器RELAY1和RELAY2。當(dāng)DS2003的16端有高電平輸出時(shí)，RELAY1的3，4引腳端接通，使加熱絲接通電源而除霜。當(dāng)DS2003的15端輸出高電平時(shí)，RELAY2的3，4端接通，使壓縮機(jī)繞組接通電源而啟動(dòng)，開(kāi)始制冷。74LS273鎖存控制信號(hào)，一方面增加輸出功率，另一方面也防止單片機(jī)復(fù)位時(shí)引起控制的誤動(dòng)作。采用固態(tài)繼電器作為壓縮機(jī)和除霜電熱絲的開(kāi)關(guān)：屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，內(nèi)部是大功率的晶閘管電路，不產(chǎn)生火花，無(wú)電磁干擾并使高壓與單片機(jī)系統(tǒng)隔離。3.6 電源電壓檢測(cè)電路該電源電壓檢測(cè)電路包括：一分壓電路、一上拉電路、以及一切入下拉電路等。分壓電路接收一輸入電源電壓，經(jīng)分壓處理后輸出一分壓電壓。上拉電路接收輸入電源電壓，當(dāng)輸入電源電壓低于一既定閾值時(shí)，上拉電路將輸入電源電壓及于一輸出端輸出。而切入下拉電源與分壓電路和上拉電路連接，當(dāng)輸入電源電壓高于既定閾值時(shí)，則切入下拉電路根據(jù)分壓電壓將輸出端的電壓拉低。電源電壓檢測(cè)電路電路圖如圖3-8所示：-+5V10K0.1F LED100K68K220V20VTIL1131KLM324-圖3-7 電源電壓檢測(cè)電路電路圖3.7報(bào)警電路報(bào)警電路主要用于冷凍室溫度過(guò)高時(shí)，冷凍溫度顯示會(huì)以一定的頻率顯示，并用語(yǔ)音提示“冷凍室超溫”。此時(shí)應(yīng)檢查冰箱門是否關(guān)好（請(qǐng)將冰箱門關(guān)好），是否一次性放入大量較熱的食品，冰箱工作一段時(shí)間后，冷凍室溫度降低，冷凍溫度顯示停止閃爍，超溫報(bào)警功能自動(dòng)消除。4.軟件設(shè)計(jì)軟件程序是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。軟件程序編程程序質(zhì)量的高低是系統(tǒng)是否正常運(yùn)行的保證。4.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序語(yǔ)言是編寫程序所運(yùn)用的工具，恰當(dāng)?shù)剡x擇編寫程序的語(yǔ)言是編寫程序的第一部，更是良好的開(kāi)始。在單片機(jī)的應(yīng)用中，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。僅由硬件組成的單片機(jī)系統(tǒng)是不能工作的，還必須配備各種功能的軟件才能發(fā)揮作用。軟件是指能完成各項(xiàng)功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，如操作、監(jiān)控、管理、計(jì)算和自診斷等。它是硬件系統(tǒng)的靈魂，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是指計(jì)算機(jī)能夠理解和執(zhí)行的語(yǔ)言，它隨著計(jì)算機(jī)的誕生而誕生隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，迄今為止，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言很多，但通常分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言等三類。本測(cè)控系統(tǒng)軟件主要采用匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言與系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，具有指令豐富、尋址方式、轉(zhuǎn)移指令多、執(zhí)行速度快的優(yōu)點(diǎn)。4.2程序主要模塊本測(cè)控系統(tǒng)軟件編程采用了模塊化，子程序設(shè)計(jì)思路。即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小程序模塊組成，它們之間通過(guò)軟件連接。連接的原則是：模塊內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散，按功能劃分模塊，即便于調(diào)試，鏈接，又便于移值、修改。本系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想,用匯編語(yǔ)言編制，主要完成數(shù)據(jù)采集，判斷，參數(shù)設(shè)置，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行等功能，所包括的主要模塊有：主程序、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序和定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序。4.2.1 主程序模塊主程序模塊的主要功能是完成定義字節(jié)、系統(tǒng)初始化、協(xié)調(diào)微單元各個(gè)組成部分有效工作等任務(wù)，其中系統(tǒng)初始化完成了指定堆棧指針（sp）初值，對(duì)內(nèi)部RAM清零，設(shè)定T0的工作方式及定時(shí)計(jì)數(shù)初值、開(kāi)中斷、指定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的初值等任務(wù)。本系統(tǒng)主程序是整個(gè)電冰箱的總控制程序,如控制各單元初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示、鍵盤程序的啟動(dòng)與重復(fù)等。主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖4.2.2 T0中斷服務(wù)程序模塊T0工作于定時(shí)方式,定時(shí)時(shí)間為100ms,中斷10次為1s。中斷服務(wù)程序主要完成電源欠壓、過(guò)壓處理、開(kāi)門狀態(tài)檢查及處理和溫度采集等。T0中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-2所示。圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖4-2 T0中斷服務(wù)程序流程圖4.2.3 T1中斷服務(wù)程序模塊T1工作于計(jì)數(shù)方式，通過(guò)計(jì)數(shù)達(dá)到延時(shí)3 min的目的。T1的中斷服務(wù)程序主要完成3 min定時(shí) 及溫度、除霜、速凍等各種檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，比較、分析以控制執(zhí)行元件工作。T1中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-3所示：圖4-3 T1中斷服務(wù)程序流程圖5.總結(jié)本設(shè)計(jì)主要介紹了冰箱的控制系統(tǒng)，介紹了8051單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計(jì)還采用了多種傳感器來(lái)對(duì)冰箱的信號(hào)采集，利用LED來(lái)進(jìn)行信號(hào)的輸出顯示,采用鍵盤輸入來(lái)方便人進(jìn)行控制，我設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能,并設(shè)有報(bào)警電路，有問(wèn)題立即就能發(fā)現(xiàn)。本系統(tǒng)體現(xiàn)測(cè)控一體化、體積小、精度高、使用方便的特點(diǎn)，報(bào)警界限還可以根據(jù)用戶需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，具有很高的性價(jià)比。對(duì)冰箱的使用者來(lái)說(shuō)對(duì)溫度的控制穩(wěn)定性高，還能實(shí)現(xiàn)冰箱溫度的自動(dòng)控制。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)出的冰箱控制系統(tǒng),能夠針對(duì)冰箱的不同狀態(tài)和不同外界條件進(jìn)行控制，運(yùn)行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善；同時(shí)大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了冰箱的穩(wěn)定運(yùn)行?？刂蒲b置具有成本低、抗干擾能力強(qiáng)、控制性能好等優(yōu)點(diǎn),且系統(tǒng)硬、軟件維護(hù)簡(jiǎn)單方便,尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng),具有良好的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)所采用的傳感器性能穩(wěn)定,測(cè)量準(zhǔn)確，大大簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝,具有較高的性價(jià)比,有較大的工程應(yīng)用價(jià)值,而且利用計(jì)算機(jī)單片機(jī)技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。我在這次冰箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，很是受益匪淺，嘗試了很多的第一次，感覺(jué)這設(shè)計(jì)挺難的，從中學(xué)到了很多東西，整天都呆在電腦前，脖子特別疼，比整天上自習(xí)難受多了，不過(guò)設(shè)計(jì)中雖然辛苦，當(dāng)然在某個(gè)問(wèn)題弄出來(lái)時(shí)是特別高興的。上天不負(fù)有心人，在這次設(shè)計(jì)中學(xué)到了好多。在這次設(shè)計(jì)中了解到只有理論知識(shí)學(xué)好了，才能進(jìn)行對(duì)實(shí)踐進(jìn)行更深的研究，理論服務(wù)于實(shí)踐，實(shí)踐進(jìn)一步加深對(duì)理論的理解。在這次課程設(shè)計(jì)中收獲頗多，在查閱相關(guān)資料的同時(shí)，增長(zhǎng)了不少知識(shí)，學(xué)到了一些書本以外的應(yīng)用性的東西。設(shè)計(jì)過(guò)程中，了解了一些從前沒(méi)有多少接觸的硬件設(shè)備，這學(xué)期完了下學(xué)期開(kāi)始后就該找工作了，相信這次設(shè)計(jì)會(huì)給以后找工作或者進(jìn)行更深一步的研究奠定良好的基礎(chǔ)。 致謝( 黑體二號(hào)居中)本設(shè)計(jì)在導(dǎo)師任志玲的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，無(wú)不凝聚著任志玲導(dǎo)師的心血和汗水，在一學(xué)期的習(xí)期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無(wú)私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向?qū)煴硎旧钌畹母兄x和崇高的敬意。 本設(shè)計(jì)的完成也凝聚了老師的辛勤汗水，是她無(wú)私的幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向任老師表示由衷的謝意。在論文的完成過(guò)程當(dāng)中，同時(shí)得到了同學(xué)的熱情幫助，一并表示深深地感謝! 參考文獻(xiàn)1 梁潔婷單片機(jī)應(yīng)用綜合實(shí)習(xí)指導(dǎo)M北京：高等教育出版社，2003 2 陳永甫電子電路智能化設(shè)計(jì)實(shí)例與應(yīng)用M北京：電子工業(yè)出版社，20053邱興永怎樣修理電冰箱M北京：人民郵電出版社，1999 4 張靖武.周靈彬單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真M北京：電子工業(yè)出版社，20075舒懷林單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20016陳粵初單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，19957房小翠單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京：國(guó)防工業(yè)