【文章內(nèi)容簡介】 he setting of the frost melting temperature, manually melting of frost, demonstration and alarming and low voltage protection. The most widespread monolithic integrated circuit AT89C52 is used at present in the system to make main chip and ADC0809 to be A/D transformation ponent. The program has used the general C language programming. The hardware electric circuit board uses separate electric circuit board, which can be connected through the electric connector in a line, so it can be advantageous to the hardware debugging and the inspection and mending, and it has a pretty appearance. Keywords: Electric refrigerator。 Automatic control。 Monolithic integrated circuit 1 1 緒論 電冰箱是以人工方法獲取低溫，供儲存食物、藥品等的冷藏與冷凍器具。電冰箱自動控制電路是指對電冰箱所要實現(xiàn)的諸多功能，如制冷、化霜等進行自動控制，而無需人為操作。 電冰箱在進入中國幾十年里，發(fā)展速度非?？?。 隨著人們生活水平的提高，電冰箱已經(jīng)走進千家萬戶，慢慢成為人們生活的必須品。而人們對電冰箱的功能、保鮮 效果及價格等要求也越來越高。這就要求設計師們考慮到電冰箱功能全、保鮮好、自動化程度高、成本低廉等許多問題。從一些參考資料上獲悉當前國內(nèi)外電冰箱的主要發(fā)展方向可歸結為：節(jié)能、環(huán)保、降噪、變頻技術、 模糊控制 、 抗菌、除臭和保濕 、 多間室冰箱和迷你型冰箱 、 網(wǎng)絡化冰箱 。而這些發(fā)展又需要控制電路來實現(xiàn)。 在當今電冰箱市場上，大多數(shù)電冰箱的控制電路仍是采用機械控制方式，僅有少數(shù)高檔電冰箱采用了軟件控制方式。電冰箱控制電路的改進是改進電冰箱的措施之一。 在選擇這個設計題目時，我走訪了國美、蘇寧幾家大型的電器商店，在電冰箱市場上 已經(jīng)出現(xiàn)一些比較高檔的產(chǎn)品。這些高檔產(chǎn)品主要是增強了許多功能，如保鮮性能的提高、環(huán)保性能的提高等。但擁有這些功能的高檔產(chǎn)品并不多，目前上市的大部分電冰箱都還是普通電冰箱，高檔電冰箱的價格非常高。電冰箱的設計還有待進一步的完善，電冰箱制冷循環(huán)系統(tǒng)基本上沒有什么改變，仍然由四大基本部件組成。這就是說，電冰箱的改進設計，主要是考慮對各項功能實現(xiàn)自動控制。 2 從電冰箱的發(fā)展史來看，最初的電冰箱全是靠硬件來實現(xiàn)各項控制功能。而隨著單片機技術的迅速發(fā)展，控制芯片生產(chǎn)成本降低，使單片機控制技術應用到普通電冰箱上成為可能，加 入軟件來實現(xiàn)電冰箱的控制電路是大勢所趨的。 針對當前市場行情及用戶對電冰箱的要求，本設計的全自動電冰箱控制電路主要是利用單片機 AT89C52 來實現(xiàn)的，它的主要特點是成本低、功能強。一塊 AT89C52 的價格僅十元左右，在單片機市場上，它是較便宜的了，而它的功能卻非常強，編制適當?shù)某绦虮隳軐崿F(xiàn)對許多功能的控制。 在本設計當中，所實現(xiàn)的功能是： 1. 箱內(nèi)溫度顯示； 2. 自動除霜； 3. 手動除霜； 4. 箱內(nèi)溫度自動調節(jié)； 5. 可人為設定箱內(nèi)溫度； 6. 過欠壓保護； 7. 報警與二極管指示。 箱內(nèi)溫度顯示包括冷藏室和冷凍室溫度顯示；自動除箱是通過 程序編制由控制電路來實現(xiàn)的；手動除霜是利用鍵盤，由用戶根據(jù)實際情況即時化霜；箱內(nèi)溫度的自動控制是控制電路根據(jù)傳感器實時檢測箱內(nèi)溫度值與設定值進行比較，由編制程序做出判斷，決定制冷系統(tǒng)壓縮機的啟、停，使電冰箱保持在恒定的溫度；人為設定箱內(nèi)溫度是 3 用戶根據(jù)實際情況設定自己所需溫度值；過欠壓保護是利用控制電路根據(jù)電壓的相應變化值而做出不同的反應，只有電源電壓在 180～240V 之間，電路才正常工作，而一旦電源電壓超出這個范圍，控制電路便會停止工作，從而達到保護壓縮機的目的；報警與二極管指示就是利用發(fā)光二極管的不同顏色 指示不同的工作狀態(tài)，紅色表示電源的接通，綠色表示制冷狀態(tài)，藍色表示化霜狀態(tài)，而當兩個紅色亮時，表示待機狀態(tài)，在控制電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化時，如由化霜狀態(tài)轉到制冷狀態(tài)，二極管便由綠色亮變?yōu)樗{色亮。各個功能的具體實現(xiàn)將在后面一一介紹。 在硬件設計上，本設計采用了分立的電路板，通過接插針和連接線來連接各個電路板。這樣在調試與檢查、檢修上都帶來了方便。 在軟件設計上，本設計采用了單片機 AT89C52。本系統(tǒng)軟件分為：主程序、壓縮機斷電延時保護檢測子程序、冷凍室和冷藏室溫度控制子程序、除霜控制子程序、故障檢測子程序等 。 本控制電路設計是針對普通電冰箱，增加實現(xiàn)部分自動控制功能。電冰箱的市場非常大，它的許多功能也在發(fā)生變化，如變頻技術、抗菌除臭功能等，這是本設計中尚未涉及的地方。隨著各項技術的提升，全自動電冰箱控制電路設計有待進一步完善。 4 2 電冰箱的制冷原理 電冰箱的發(fā)展速度非?？?，幾乎快要普及到每個家庭。它是制冷原理的典型應用，制冷是指用人工的方法制造出一個低于自然界環(huán)境溫度的低溫環(huán)境，并且在必要長的時間內(nèi)維持所需要的低溫狀態(tài) [1]。 應用于制冷技術的不僅僅是局限于家庭內(nèi)，它更廣泛的應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究 、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、商業(yè)和公用設施等領域。本章介紹電冰箱的制冷原理。 電冰箱的概述 電冰箱的分類 (1) 壓縮式冰箱 蒸氣壓縮式制冷，是目前主要用于生產(chǎn)和使用最多的冰箱，其性能系數(shù)可達 ～ 。 (2) 吸收式冰箱 吸收式制冷，目前主要用于沒有電源的地區(qū)，或要求冰箱運行時噪聲較低的旅館客房中，其性能系數(shù)大致為 ～ ／Ｗ。 (3) 半導體冰箱 半導體制冷，結構簡單，便于攜帶，多作為汽車用冰箱，其性能系數(shù)約為 ～ ／Ｗ。 途分類 (1) 普通家用電冰箱 它具有冷藏和冷凍兩種功能?？晒┎煌氖称焚A存。 5 (2) 冷凍電冰箱 它沒有冷藏室，只有一個冷凍室，可提供 18℃以下的低溫，專供冷凍較多食品之用。 (1) 直冷式電冰箱 這種冰箱由蒸發(fā)器直接吸收室內(nèi)熱量而冷卻降溫。 (2) 間冷式電冰箱 這種冰箱在冷凍室和冷藏室之間或在冷凍室后壁的夾層中設置蒸發(fā)器，用小型風扇將流經(jīng)蒸發(fā)器吸收熱量后的冷空氣通過風道吹和冷凍室和冷藏室，形成箱內(nèi)空氣的強制循環(huán)來冷卻降溫。這種冰箱冰箱的冷凍室及冷凍物品上不會結箱，又稱為無霜 型電冰箱。 (1) 攜帶式電冰箱 容積在 12～ 20 升范圍內(nèi)。 (2) 臺式電冰箱 容積在 30～ 50 升之間。 (3) 落地式電冰箱 容積在 50 升以上。 (1) 亞溫帶型 (SN)使用環(huán)境溫度為 10～ 32℃。 (2) 溫帶型 (N)使用環(huán)境溫度為 16～ 32℃。 (3) 亞熱帶型 (ST)使用環(huán)境溫度為 18～ 38℃。 (4) 熱帶型 (T)使用環(huán)境溫度為 18～ 43℃。 電冰箱的主要規(guī)格與星級規(guī)定 6 電冰箱的有效容積是指關上門后，冰箱內(nèi)壁所包圍的可供貯藏 物品用空間的容積，單位通常是用升 (L)。 (1) 冷藏室溫度 一般在 0℃以上 10℃以下。 (2) 冷凍室溫度 用星級規(guī)定區(qū)分，見表 電冰箱星級規(guī)定。 表 電冰箱星級規(guī)定 級別 星號 冷凍室溫度（℃） 冷凍室貯藏期 一星 ＜－ ６ ７天 二星 ＜－１２ １個月 三星 ＜－１８ ３個月 高二星 ＜－１５ １．８個月 電冰箱的制冷原理 圖 電冰箱制冷原理圖 電冰箱的制冷是利用蒸氣壓縮式制冷。蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器冷凝器 壓縮機 蒸發(fā)器 節(jié)流閥 制冷劑流向 ** * *** ** 7 和節(jié)流閥是蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的四個必不可少的基本部件，如圖 所示。在電冰箱當中，節(jié)流閥是用毛細管代替的。 在電冰箱制冷時，制冷劑由壓縮機排出，此時，制冷劑為高溫高壓的汽體。經(jīng)過冷凝器，變化為高溫 高 壓的液體， 再通過節(jié)流裝置將制冷劑變化為低溫低壓的液體。再經(jīng)過蒸發(fā)器，再變化為低溫低壓的汽體。最后回到壓縮機。不斷循環(huán)，從而實現(xiàn)制冷。 8 3 整機設計方案 從上個世紀初以來，特別是從第二次世界大戰(zhàn)以來，控制科學與控制技術得到了迅 速發(fā)展 [2] 。同樣的，單片機的飛速發(fā)展，更加加快了控制技術發(fā)展的步伐。現(xiàn)在，單片機的應用數(shù)量與型號也非常多，據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達 1－ 3 億片，且每年以大約 16%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到 1%。當今單片機廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。針對具體情況，我們應如何選擇呢？ 方案１ 選用 RISC 結構的單片機。 RISC 就是指采用精簡指令集。它的主要特點是：采用 RISC 結構的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分離，即所謂哈佛結構。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時進行，由于一般指令線寬于數(shù)據(jù)線，它包含更多 的處理信息，執(zhí)行效率高，速度快。同時，這種單片機指令多為單字節(jié)，程序存儲器的空間利用率大大提高，有利于實現(xiàn)超小型化，但這種芯片不可反復擦寫。屬于 RISC 結構的有Microchip 公司的 PIC 系列、 Zilog 的 Z86 系列、 Atmel 的 AT90S 系列、韓國三星公司的 KS57C 系列 4 位單片機、臺灣義隆的 EM78 系列等[3]。 方案２ 選用 CISC 結構的單片機。 CISC 就是指采用集中指令集。它的主要特點是：數(shù)據(jù)線和指令線分時復用，即所謂馮 ?諾伊曼結構。它的指令豐富，功能較強，速度快，可反復擦寫，價格低廉， 但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進行。屬于 CISC 結構的單片機有 Intel8051 系列、 9 Motorola 和 M68HC 系列、 Atmel 的 AT89 系列、臺灣 Winbond(華邦 )W78 系列、荷蘭 Pilips 的 PCF80C51 系列等。 選擇方案 一般來說，控制關系較簡單的小家電，可用采用 RISC 型單片機，因為不可反復擦寫，稍為復雜一些的地方都不選用 RISC 型單片機。而 CISC 型單片機則不然，本設計由于要實現(xiàn)對電冰箱采用全自動控制，根據(jù)上述兩類單片機的特點，采用 CISC 類型單片機比較合適，本設計選用了 CSIS 結構的 AT89C52。 整機設計方案 整機設計方案如圖 所示 本設計方案由單片機、傳感器、 A/D 轉換電路、鍵盤輸入、電源檢測、顯示電路和壓縮機、化霜電熱絲驅動電路組成。其設計流程為： 單 片 機 傳感器 A/D 轉換 數(shù)碼顯示 驅動電路 壓縮機 化霜電熱絲 鍵盤輸入 過欠壓保護 電源檢測 圖 整機設計方框圖 10 將傳感器放置在電冰箱冷藏室內(nèi)，由溫度傳感器檢測的模擬值經(jīng) A/D轉換變?yōu)閿?shù)字值，再送至單片機做為控制數(shù)據(jù)，最后由編制程序實現(xiàn)對壓縮機及化霜電熱絲的控制。其中鍵盤電路是實現(xiàn)對溫度值的加減、主電源的通斷及化霜電熱絲的控制，顯示電路是顯示冰箱內(nèi)的實際溫度值和所設定的溫度值， 電源檢測電路是檢測電源電壓的變化，以實現(xiàn)過欠壓保護功能。 在本設計中，主芯片采用的是 AT89C52。 AT89C52 的主要特點是：包含了一個８位 CPU；一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路； 8K 字節(jié) ROM程序存儲器； 128 字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存儲器；兩個 16 位定時器／計數(shù)器；可尋址 64K外部數(shù)據(jù)存儲器和 64K 外部程序存儲器空間的控制電路；32 條可編程的 I/O 線（四個８位并行 I/O 端口）；一個可編程全雙工串行口；具有五個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構。很明顯地，AT89C52 是 AT89C51 的改進品。 對一般用戶來說，除了上述 特點外， AT89C52 單片機還存在與 89系列單片機通用的特點：１．內(nèi)部含 Flash 存儲器；２．和 80C51 插座兼容；３．靜態(tài)時鐘方式； 4．錯誤編程亦無廢品產(chǎn)生；５．可進行反復系統(tǒng)試驗 [4]。 除主芯片外，傳感器為 HCTE34B502； A/D 轉換電路是使用ADC0809；數(shù)碼顯示是采用共陰極 LED—— FJ5361AH；鍵盤輸入是采用普通 2＊ 2 鍵盤；過欠壓保護則是利用兩個繼電器。具體的電路將在后面章節(jié)詳細介紹。 11 4 硬件電路設計 整機電路 整機電路如附錄Ａ（ P56）整機電路圖所示。 從電路圖上可以看到 ，它主要由溫度檢測電路、Ａ／Ｄ轉換電路、單片機及外圍電路、鍵盤及顯示電路、過欠壓保護電路、壓縮機驅動電路及電熱絲控制電路和電源電路組成。各個電路的功能將在下面一一介紹。 溫度檢測電路 溫度傳感器檢測電路如圖 所示。 t R T p1001KR t 11KR1至 A D C 0809 圖 溫度傳感器檢測電路 溫度傳感器檢測電路的工作過程：溫度傳感器安裝在冰箱內(nèi)，用于對冰箱內(nèi)的溫度實時檢測，溫度傳感器 RP100 將檢測到的溫度值經(jīng) RT R1（ ADC0809 提供 5V 電源）分壓后轉換成電壓信號送入ADC0809 內(nèi)部進行 A/D 轉換。 本設計采用的溫度傳感器 RP100 是 常州惠昌 傳感器有限公司生產(chǎn)的 TE 系列環(huán)氧樹脂包封型熱敏電阻器 ，具體型號為 HCTE34B502。它 具有高精度和快速反應等優(yōu)點。 其主要 特點 是 ： ； 2. 12 反應速度快 ； 。該系列產(chǎn)品的主要參數(shù)如表 所示。 表 HCTE34B502 及其同系列的其它產(chǎn)品主要參數(shù)表 產(chǎn)品型號 標稱電阻值 25℃ B參數(shù) 25/50℃ 熱耗散系列 熱時間常數(shù) 工作溫度范圍 HCTE32B502□ 5KΩ 3275K ℃ 靜態(tài)空氣中 ≤ 20s靜態(tài)空氣中 40～ +100℃ HCTE33B103□ 10KΩ 3380K HCTE34B502□ 5KΩ 3470K HCTE34B103□ 10KΩ 3470K HCTE39A202□ 2KΩ 3920K HCTE39B502□ 5KΩ 3950K HCTE39B103□ 10KΩ 3950K HCTE39B153□ 15KΩ 3950K 表中 “□”中電阻值誤差為： F～ 177。1%， G～ 177。2%， H～ 177。3%， J～ 177。5%，B 參數(shù) 25/50℃ :177。1%,177。2%。 使用時需要 注意 的是： TE 系列體系較小，焊點小，引線兩端不能承受過大拉應力。 ，請距引線跟部 5mm 處焊接，焊接時間盡量短。 系列熱敏電阻器不能直接 安裝 在水中或液體中使用 [5]。 。 A/D 轉換電路 在 本設計中， A/D 轉換電路采用 ADC0809 芯片。其 內(nèi)部結構如圖 所示。 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D