1、摘 要I本科毕业论文（20 届）基于单片机的冰箱温度控制系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要II摘 要单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ） ，是集CPU、 ROM、定时、计数和多种接口于一体的微控制器。其中 51 单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种，广泛应用于各个领域。本课题设计的电冰箱的电控系统主要应用 AT89C51 单片机作为核心控制元件进行分析和设计，对各部分的软件编程、硬件电路设计、及调试进行了介绍。近年来，随着微电子技术、传感器技术以及计算机控制技术的发展，人们对电冰箱的控
2、制功能要求越来越高，这对电冰箱控制器提出了更高的要求，多功能、人性化和节能是其发展方向。传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求。为此，本文介绍了采用 AT89C51 单片机作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制。通过 DS18B20 温度传感器对冷藏室温度、冷冻室温度进行检测，并将产生的模拟信号，通过 ADC0809 进行 A/D 转换送入单片机；对霜厚度则通过热敏电阻进行温度检测后产生中断信号送入单片机。温度检测信号经单片机处理后输出用于调节压缩机和加热器的工作，满足消费者对温度的设置要求，实现自动除霜功能。经过实践证明，经过反复的模拟运行、调试，修改，最后形成了一套完整的程序
3、系统。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。关键词：单片机、ADC0809、DS18B20、电冰箱AbstractIIIAbstractSCM is microcomputer (Single-Chip Microcomputer) which is a set of CPU, RAM, ROM, the timing, number and variety of integrated micro-controller interface. The 51 microprocessor which is quite typica
4、l and representative is widely used in various fields. The main topics designed by chip microcomputer AT89C51 finish the function of controlling the fridge. This paper introduces the electric refrigerators electrically controlled system, including software, hardware design, and commissioning the pro
5、blems encountered in design as well as solutions.In these years, with the development of microprocessors and sensor, the demand of function of fridge is becoming higher and higher. Users need it has many functions, personal-like interface and little waste of power. However, the traditional fridge ca
6、n not finish all the functions. As a result, this paper introduces the system which uses AT89C51 as the center of the control system, having sound system to remind users. The 51-computer gets the temperature parameter from the integration temperature sensor and the ADC0809 that transforms the analog
7、 parameter to the digital parameter. Then, the 51-computer puts out the signal to control the run and stop of compressor and heater.After repeated debugging and revision, the final form of a complete set of procedures system is completed. Practice has proved that the system is steady, and it has the
8、 advantages of a simple hardware circuits, software functions, reliable control system, high cost performance, practical and reference value.Keyword：AT89C51, ADC0809, DS18B20, .Refrigerator目 录IV目 录摘 要.IABSTRACT.II目 录.III第一章 绪论.11.1 论文研究的背景和意义.11.2 电冰箱的发展现状.11.3 论文的任务和研究内容.2第二章 总体设计方案.42.1 总体设计方案简介.4
9、2.2 设计方案的可行性分析和预期目标.5第三章 系统硬件设计.63.1 单片机最小系统.63.1.1 AT89C51 单片机的概况.63.1.2 时钟电路.93.1.3 复位电路.103.1.4 单片机系统电源设计.113.2 温度检测电路.123.2.1 温度传感器.123.2.2 转换器与单片机接口.143.3 除霜控制电路.153.3.1 热敏电阻简介.163.3.2 运算放大器.163.3.3 霜厚检测电路.173.4 键盘和显示电路.183.4.1 LED 简介 .18目 录V3.4.2 接口芯片 8279 简介.183.4.3 键盘显示电路设计.203.5 开门报警电路.223.
10、6 电源电压检测电路.24第四章 系统软件设计.264.1 主程序.264.2 T0 中断服务程序.264.3 T1 中断服务程序.26结 论.30参考文献.31致 谢.32附录一 总电路图.33附录二 程序清单.34第一章 绪 论- 1 -第一章 绪 论1.1 论文研究的背景和意义冰箱是人们日常生活中较为常用的家用电器，随着微电子技术、传感器技术和控制技术的发展，人们对电冰箱的控制功能要求越来越高，这对冰箱控制器提出了更高的要求，电冰箱朝多功能、节能、智能化和人性化方向发展，传统的机械式控制、简单的电子控制已经难以满足其发展要求，而以单片机为核心的电冰箱控制器具有功能强、成本低、测温精度高、
11、通用性强等特点，正得到越来越广泛的应用。本次设计以单片机为核心，将来自温度传感器的信号经 A/D 转化后送入单片机，与给定值比较，算出温度调节量，最终控制压缩机的起停。通过本次设计，可以培养我们分析问题和解决问题的能力，掌握 MCS51 单片机的硬件设计与软件设计，从而使我们将学到的理论知识应用于实践中，为将来走向社会奠定良好的基础。 1.2 电冰箱的发展现状早在 1800 年，一位有发明天才的马里兰农场主托马斯 莫尔就找到了正确的方法。17 世纪中期， “冰箱”这个词才进入了美国语言，在那之前，冰箱只是刚刚开始影响美国普通市民的饮食。随着城市的发展冰的买卖也逐渐发展起来。它渐渐地被旅馆、酒馆
12、、医院以及被一些有眼光的城市商人用于肉、鱼和黄油的保鲜。中国冰箱业于 20 世纪 80 年代起步后，经过 20 年高速发展，人们对家用电冰箱的控制功能越来越高，这对电冰箱控制器提出了更高的要求。多功能，智能化以及节能减排是现今的主要发展方向，传统的机器控制，简单的电子控制已经难以满足发展的要求，而采用基于单片机温度控制系统已经成为主流，具有很强的性价比，通过软件设计就能实现功能的扩展，以及智能化的提高，最大限度地节约了成本。第一章 绪 论- 2 -随着家用电冰箱的发展和普及，其耗电量占民用总用电量的比例越来越大，因而，提高冰箱的能源效率，增加我国家电产品在国内外市场上的竟争力，一与国际水平接轨
13、，已成为生产企业的重一要任务。为了鼓励企业生产节能冰箱和用户购买节能冰箱，世界各国采取了一系列的政策措施。如美国颁布了能源法，制定了包括冰箱在内的十二种家用电器的能耗限制标准；日本实施了家用电器系列节能标准；欧洲对冰箱实行了能效等级标准；此外，加拿大、澳大利亚、台湾、香港等国家和地区也制定或实施了电冰箱的能效标准。节能问题已成为全球关心的一大课题。总之，在家电市场竟争日趋激烈的今天，如何在节能减排技术上领先一步，以提升产品的高科技含量来占领市场，从而引异家电产品的更新换代，已成为家电行业竞争的前沿阵地。1.3 论文的任务和研究内容本毕业设计的设计任务。（1）设定两个测温点，测量范围：-18+1
14、8，精度 0.5。（2）利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定。（3）制冷压缩机停机后自动延时三分钟后方能再启动。（4）电冰箱具有自动除霜功能。（5）开门延时超过 20 秒发出报警。（6）工作电压为 180240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机。系统设定 3 个测温点，测量范围-18+18，精度0.5：利用功能键分别控制温度设定、速冻设定及冷藏温度设定等；利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态；制冷压缩机停机后自动延时 3min后放能再启动；电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达 3mm 时自动除霜；开门延时超过 2min 发声报警；工作电压为 180240V
15、，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。自动调节功能是电冰箱应具备的主要功能。电冰箱设有冷冻室和冷藏室，冷冻室的温度为618，冷藏室的温度为010，在该温度范围内，食品保鲜效果较好，因此，对控制器的要求是第一章 绪 论- 3 -将冷冻室和冷藏室的温度自动控制在各自的范围内。冷冻室中的水分会凝结成霜，因此，电冰箱应有自动除霜功能。该功能的实现方法是通过累计压缩机运行时间和检测环境温度，来判断是否满足化霜条件，当满足化霜条件时，接通化霜加热丝，同时断开压缩机和风机，30 分钟后断开化霜加热丝，接通压缩机，再过 15 分钟后接通风机。电源过欠压保护功能，为了使电冰箱安全可靠地运行，要求其电源
16、电压在 180V240V 之间。因此，当电源电压小于 180V 或大于 240V 时，压缩机应自动停机并报警显示。压缩机开启延时功能，该功能要求压缩机停机时间超过 3 分钟才能启动，以延长压缩机的寿命。这就要求在每次电冰箱上电时，都要检查压缩机停机是否到 3 分钟，若未达到，需延时到 3分钟后才能启动。因此，在设计时应有判断与延时功能。故障自检报警功能，该功能要求在电冰箱运行过程中，不断诊断电冰箱的运行状态，当发现严重故障时，电冰箱停机并报警显示。第二章 总体设计方案- 4 -第二章 总体设计方案2.1 总体设计方案简介直冷式电冰箱的控制原理是根据传感器的温度控制制冷压缩机的启动与停止，使冰箱
17、内的温度保持在设定的温度范围内。本电冰箱电控系统要完成冷冻室及冷藏室的温度检测和动态显示的功能，霜厚检测及除霜的功能，开门报警功能，温度设置功能，以及电源过欠压保护功能。此设计的电冰箱电控系统是以 AT89C51 作为主控制芯片，ADC0809 为模数转换芯片，DS18B20 温度传感器为温度检测元件，液晶显示器，按键开关等元器件组成,通过软硬件结合实现键盘扫描，液晶显示，I/O 口扩展功能。该系统具有操作简便，实用方便的特点。此设计的总体框图如图 2-1 所示。图 2-1 总体框图外围电路是 AT89C51 工作的基础保障电源电路提供稳定的+5V 工作电压；时钟电路用于产生单片机工作所需的时
18、钟信号；复位电路使单片机实现初始化状态复位。键盘电路用于向系统输入运行参数，控制系统的运行状态。通过键盘扫描等程序设计把键盘输入的数据在液晶显示器上显示。LED 电路用第二章 总体设计方案- 5 -来显示键盘输入的数据，DBS18B20 实现对冷冻室和冷藏室的温度检测，ADC0809 完成对温度的模数转换，将信号上传给单片机，其功能是靠硬件电路的设计和软件程序的结合来实现的。热敏电阻感测温度，判断霜厚程度，产生中断信号，结合单片机软件程序，控制加热器的启动与停止，完成自动除霜的功能。2.2 设计方案的可行性分析和预期目标本设计的硬件由单片机的最小控制系统、温度检测电路、A/D 转换电路、显示电
19、路、电源电压检测电路、报警电路等组成。硬件设计是根据总体设计要求，在所选择机型的基础上，确定系统扩展所要用的存储器、I/O 电路、A/D电路以及有关的外围电路等，然后设计出系统的电路原理图，根据原理图来制作硬件。硬件部分的器件选择要符合设计环境的要求，如温度、湿度、供电条件等。采用温度传感器测得两室温度，通过单线与单片机通信，单片机将此温度值进行保存后，通过控制版面的按键输入某一冷冻室温度设定值，这个设定的温度值由单片机送往右边四位数码。显示的同时，还不断与实测的冷冻室温度进行比较，来控制压缩机的运转状态和电冰箱制冷过程。压缩机运行后，冷冻室温度不断下降，控温程序将对冷冻室温度是否比设定的温度
20、低继续进行比较来控制压缩机停机或保持压缩机开机状态不变。软件部分采用模块化程序设计思想，用 C 语言编制。控制程序主要有三部分：主程序、定时器 T0 中断服务程序和定时器 T1 中断服务程序。还有一些LED 数码管显示程序、 A/D 转换程序、温度传感器程序设计的子程序。本毕业设计的预期目标。（1）通过控制面板上的按钮，对冷冻室和冷藏室的温度进行预先设定，单片机能根据用户设定的温度，控制压缩机的开、停，使冷冻室和冷藏室的温度达到设定的温度，同时在控制面板上有数码管向用户显示两室的实时温度和预设的温度值。（2）当用户开启冰箱门之后，未关严或开门时间过长时发出开门超时报警、提醒用户及时关门以节省电能。
