【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(dòng)控制電路是指對電冰箱所要實(shí)現(xiàn)的諸多功能，如制冷、化霜等進(jìn)行自動(dòng)控制，而無需人為操作。 電冰箱在進(jìn)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(jìn)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(jià)格等要求也越來越高。這就要求設(shè)計(jì)師們考慮到電冰箱功能全、保鮮好、自動(dòng)化程度高、成本低廉等許多問題。從一些參考資料上獲悉當(dāng)前國內(nèi)外電冰箱的主要發(fā)展方向可歸結(jié)為：節(jié)能、環(huán)保、降噪、變頻技術(shù)、 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(luò)化冰箱 。而這些發(fā)展又需要控制電路來實(shí)現(xiàn)。 在當(dāng)今電冰箱市場上，大多數(shù)電冰箱的控制電路仍是采用機(jī)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(jìn)是改進(jìn)電冰箱的措施之一。 在選擇這個(gè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，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(qiáng)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(jià)格非常高。電冰箱的設(shè)計(jì)還有待進(jìn)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(jìn)設(shè)計(jì)，主要是考慮對各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能。而隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，控制芯片生產(chǎn)成本降低，使單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到普通電冰箱上成為可能，加 入軟件來實(shí)現(xiàn)電冰箱的控制電路是大勢所趨的。 針對當(dāng)前市場行情及用戶對電冰箱的要求，本設(shè)計(jì)的全自動(dòng)電冰箱控制電路主要是利用單片機(jī) AT89C52 來實(shí)現(xiàn)的，它的主要特點(diǎn)是成本低、功能強(qiáng)。一塊 AT89C52 的價(jià)格僅十元左右，在單片機(jī)市場上，它是較便宜的了，而它的功能卻非常強(qiáng)，編制適當(dāng)?shù)某绦虮隳軐?shí)現(xiàn)對許多功能的控制。 在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，所實(shí)現(xiàn)的功能是： 1. 箱內(nèi)溫度顯示； 2. 自動(dòng)除霜； 3. 手動(dòng)除霜； 4. 箱內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)； 5. 可人為設(shè)定箱內(nèi)溫度； 6. 過欠壓保護(hù)； 7. 報(bào)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(dòng)除箱是通過 程序編制由控制電路來實(shí)現(xiàn)的；手動(dòng)除霜是利用鍵盤，由用戶根據(jù)實(shí)際情況即時(shí)化霜；箱內(nèi)溫度的自動(dòng)控制是控制電路根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)檢測箱內(nèi)溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，由編制程序做出判斷，決定制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)的啟、停，使電冰箱保持在恒定的溫度；人為設(shè)定箱內(nèi)溫度是 3 用戶根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定自己所需溫度值；過欠壓保護(hù)是利用控制電路根據(jù)電壓的相應(yīng)變化值而做出不同的反應(yīng)，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(gè)范圍，控制電路便會停止工作，從而達(dá)到保護(hù)壓縮機(jī)的目的；報(bào)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(lán)色表示化霜狀態(tài)，而當(dāng)兩個(gè)紅色亮?xí)r，表示待機(jī)狀態(tài)，在控制電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，如由化霜狀態(tài)轉(zhuǎn)到制冷狀態(tài)，二極管便由綠色亮變?yōu)樗{(lán)色亮。各個(gè)功能的具體實(shí)現(xiàn)將在后面一一介紹。 在硬件設(shè)計(jì)上，本設(shè)計(jì)采用了分立的電路板，通過接插針和連接線來連接各個(gè)電路板。這樣在調(diào)試與檢查、檢修上都帶來了方便。 在軟件設(shè)計(jì)上，本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī) AT89C52。本系統(tǒng)軟件分為：主程序、壓縮機(jī)斷電延時(shí)保護(hù)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(shè)計(jì)是針對普通電冰箱，增加實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)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(shù)、抗菌除臭功能等，這是本設(shè)計(jì)中尚未涉及的地方。隨著各項(xiàng)技術(shù)的提升，全自動(dòng)電冰箱控制電路設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步完善。 4 2 電冰箱的制冷原理 電冰箱的發(fā)展速度非?？欤瑤缀蹩煲占暗矫總€(gè)家庭。它是制冷原理的典型應(yīng)用，制冷是指用人工的方法制造出一個(gè)低于自然界環(huán)境溫度的低溫環(huán)境，并且在必要長的時(shí)間內(nèi)維持所需要的低溫狀態(tài) [1]。 應(yīng)用于制冷技術(shù)的不僅僅是局限于家庭內(nèi)，它更廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究 、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、商業(yè)和公用設(shè)施等領(lǐng)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(dá) ～ 。 (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(yùn)行時(shí)噪聲較低的旅館客房中，其性能系數(shù)大致為 ～ ／Ｗ。 (3) 半導(dǎo)體冰箱 半導(dǎo)體制冷，結(jié)構(gòu)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(gè)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(shè)置蒸發(fā)器，用小型風(fēng)扇將流經(jīng)蒸發(fā)器吸收熱量后的冷空氣通過風(fēng)道吹和冷凍室和冷藏室，形成箱內(nèi)空氣的強(qiáng)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(jié)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(guān)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(gè)月 三星 ＜－１８ ３個(gè)月 高二星 ＜－１５ １．８個(gè)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(jī)、冷凝器冷凝器 壓縮機(jī) 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(gè)必不可少的基本部件，如圖 所示。在電冰箱當(dāng)中，節(jié)流閥是用毛細(xì)管代替的。 在電冰箱制冷時(shí)，制冷劑由壓縮機(jī)排出，此時(shí)，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(jī)。不斷循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)制冷。 8 3 整機(jī)設(shè)計(jì)方案 從上個(gè)世紀(jì)初以來，特別是從第二次世界大戰(zhàn)以來，控制科學(xué)與控制技術(shù)得到了迅 速發(fā)展 [2] 。同樣的，單片機(jī)的飛速發(fā)展，更加加快了控制技術(shù)發(fā)展的步伐?，F(xiàn)在，單片機(jī)的應(yīng)用數(shù)量與型號也非常多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá) 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(dāng)今單片機(jī)廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。針對具體情況，我們應(yīng)如何選擇呢？ 方案１ 選用 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。 RISC 就是指采用精簡指令集。它的主要特點(diǎn)是：采用 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分離，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)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(shí)，這種單片機(jī)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(shí)現(xiàn)超小型化，但這種芯片不可反復(fù)擦寫。屬于 RISC 結(jié)構(gòu)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(jī)、臺灣義隆的 EM78 系列等[3]。 方案２ 選用 CISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。 CISC 就是指采用集中指令集。它的主要特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用，即所謂馮 ?諾伊曼結(jié)構(gòu)。它的指令豐富，功能較強(qiáng)，速度快，可反復(fù)擦寫，價(jià)格低廉， 但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)行。屬于 CISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)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(guān)系較簡單的小家電，可用采用 RISC 型單片機(jī)，因?yàn)椴豢煞磸?fù)擦寫，稍為復(fù)雜一些的地方都不選用 RISC 型單片機(jī)。而 CISC 型單片機(jī)則不然，本設(shè)計(jì)由于要實(shí)現(xiàn)對電冰箱采用全自動(dòng)控制，根據(jù)上述兩類單片機(jī)的特點(diǎn)，采用 CISC 類型單片機(jī)比較合適，本設(shè)計(jì)選用了 CSIS 結(jié)構(gòu)的 AT89C52。 整機(jī)設(shè)計(jì)方案 整機(jī)設(shè)計(jì)方案如圖 所示 本設(shè)計(jì)方案由單片機(jī)、傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、鍵盤輸入、電源檢測、顯示電路和壓縮機(jī)、化霜電熱絲驅(qū)動(dòng)電路組成。其設(shè)計(jì)流程為： 單 片 機(jī) 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)碼顯示 驅(qū)動(dòng)電路 壓縮機(jī) 化霜電熱絲 鍵盤輸入 過欠壓保護(hù) 電源檢測 圖 整機(jī)設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字值，再送至單片機(jī)做為控制數(shù)據(jù)，最后由編制程序?qū)崿F(xiàn)對壓縮機(jī)及化霜電熱絲的控制。其中鍵盤電路是實(shí)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(shí)際溫度值和所設(shè)定的溫度值， 電源檢測電路是檢測電源電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)過欠壓保護(hù)功能。 在本設(shè)計(jì)中，主芯片采用的是 AT89C52。 AT89C52 的主要特點(diǎn)是：包含了一個(gè)８位 CPU；一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)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(gè) 16 位定時(shí)器／計(jì)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(gè)８位并行 I/O 端口）；一個(gè)可編程全雙工串行口；具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。很明顯地，AT89C52 是 AT89C51 的改進(jìn)品。 對一般用戶來說，除了上述 特點(diǎn)外， AT89C52 單片機(jī)還存在與 89系列單片機(jī)通用的特點(diǎn)：１．內(nèi)部含 Flash 存儲器；２．和 80C51 插座兼容；３．靜態(tài)時(shí)鐘方式； 4．錯(cuò)誤編程亦無廢品產(chǎn)生；５．可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn) [4]。 除主芯片外，傳感器為 HCTE34B502； A/D 轉(zhuǎn)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(hù)則是利用兩個(gè)繼電器。具體的電路將在后面章節(jié)詳細(xì)介紹。 11 4 硬件電路設(shè)計(jì) 整機(jī)電路 整機(jī)電路如附錄Ａ（ P56）整機(jī)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(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及外圍電路、鍵盤及顯示電路、過欠壓保護(hù)電路、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及電熱絲控制電路和電源電路組成。各個(gè)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(shí)時(shí)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(zhuǎn)換成電壓信號送入ADC0809 內(nèi)部進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 本設(shè)計(jì)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(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 其主要 特點(diǎn) 是 ： ； 2. 12 反應(yīng)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(biāo)稱電阻值 25℃ B參數(shù) 25/50℃ 熱耗散系列 熱時(shí)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(shí)需要 注意 的是： TE 系列體系較小，焊點(diǎn)小，引線兩端不能承受過大拉應(yīng)力。 ，請距引線跟部 5mm 處焊接，焊接時(shí)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(zhuǎn)換電路 在 本設(shè)計(jì)中， A/D 轉(zhuǎn)換電路采用 ADC0809 芯片。其 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D