【正文】 stem center a core device. This article through the use of the monolithic integrated circuit to the refrigerator test system was improved, and realize the refrigerator intelligent detection, and convenient operation, stable performance. Keywords: refrigerators。 Single chip microputer。 近年來(lái)隨著 科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平有了很大提高，冰箱技術(shù)也從 為家用儲(chǔ)藏食品服務(wù)為主要目的發(fā)展到前服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從實(shí)驗(yàn)室、辦公大樓、商場(chǎng)、交通到文化娛樂(lè)等場(chǎng)所，冰箱產(chǎn)品幾乎無(wú)處不在。目前，伴隨著現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)生產(chǎn)冰箱產(chǎn)品的數(shù)量和種類(lèi)迅速增加，冰箱的生產(chǎn)廠家也隨之增多，為控制產(chǎn)品質(zhì)量、檢測(cè)產(chǎn)品性能，保證冰箱工業(yè)的良性發(fā)展，就需要對(duì)冰箱的性能進(jìn)行科學(xué)的檢驗(yàn)和衡量。隨著冰箱行業(yè)的蓬勃發(fā)展，冰箱性能測(cè)試技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高，和國(guó)際的差距也在逐步縮小。電冰箱測(cè)試的自動(dòng)化，可以避免人為因素對(duì)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性和測(cè)試結(jié)果的影響，使其檢測(cè)準(zhǔn)確而迅速。 發(fā)展概況 上世紀(jì) 60 年代初期，為了滿足我國(guó)開(kāi)發(fā)研制制冷壓縮機(jī)的需要，機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所自行設(shè)計(jì)、建造了第一套符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的制冷壓縮機(jī)性能試驗(yàn)裝置，該裝置為我國(guó)中型制冷壓縮機(jī)的研制提供了大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)也拉開(kāi)了我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造冰箱性能試驗(yàn)裝置的序幕。其中對(duì)冰箱性能的監(jiān)控、質(zhì)量的檢測(cè)是他們的關(guān)鍵環(huán)：就這就為冰 箱試驗(yàn)裝置的發(fā)展提供了良機(jī)。六七十年代，我國(guó)冰箱行業(yè)逐漸發(fā)展，自行設(shè)計(jì)建造冰箱性能試驗(yàn)裝置成為必要，但是當(dāng)時(shí)我國(guó)的冰箱技術(shù)水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，產(chǎn)品種類(lèi)少，試驗(yàn)裝置幾乎全是人工讀數(shù)測(cè)量，手動(dòng)調(diào)節(jié)工況方式。 到了 20 世紀(jì) 80 年代中期，隨著我國(guó)改革開(kāi)發(fā)，市場(chǎng)對(duì)冰箱產(chǎn)品提出了日益增多的需求和越來(lái)越高的功能要求，各類(lèi)冰箱產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相繼頒布出臺(tái)，相應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)裝置也被大多數(shù)企業(yè)所重視。哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)和廣州電器科學(xué)研究所自動(dòng)化分所相繼研制出冰箱性能測(cè)試系統(tǒng)并推廣使用。自動(dòng)化儀表初步被運(yùn)用于冰箱性能試驗(yàn)裝置測(cè)控系統(tǒng)中，這一階段的儀表主要以模擬儀表為 主，控制規(guī)律靠硬件完成，試驗(yàn)參數(shù)以傳感器輔助人工讀數(shù)為主，數(shù)據(jù)處理還是采用人計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，手寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告，繪制分析曲線。這些試驗(yàn)裝置的引進(jìn)，對(duì)后來(lái)國(guó)內(nèi)測(cè)試技術(shù)、測(cè)控系統(tǒng)的改進(jìn)的發(fā)展起劍了非常積極的推動(dòng)作用。我國(guó)的冰箱產(chǎn)品水平日益提高，品種增加，新標(biāo)準(zhǔn)山臺(tái)，由于新標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法人都等 同采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，研究單位和企業(yè)相繼自行設(shè)計(jì)、建設(shè)了新的試驗(yàn)裝置，新裝置的技術(shù)水平和制造水平及測(cè)量?jī)x表水平都達(dá)到了一個(gè)新高度。到了 90 年代，許多企業(yè)涉足冰箱行業(yè)，使得在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。 課題研究目的及意義 現(xiàn)今時(shí)代在家用電器領(lǐng)域中，對(duì)家電產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀造型、耐用性等方面的要求越來(lái)越高。制冷性能主要包括儲(chǔ)藏溫度和耗電量?jī)煞矫?，他們?GB805911~4 家用制冷器具的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和 GB1202112《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級(jí)》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制。中小型制造企業(yè)由于其生產(chǎn)規(guī)模和資金限制，無(wú)法使用這種在線測(cè)試系統(tǒng)，而采 用人工目測(cè)溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 存在比較大的誤差，而且測(cè)試數(shù)據(jù)記錄凌亂，難以管理。 3 本課題研究目的是通過(guò)了解冰箱的制冷原理，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)冰箱制冷性能測(cè)試自動(dòng)化，事實(shí)告訴我們這項(xiàng)研究非常必要，不僅可以減小人工檢測(cè)帶來(lái)的人為檢測(cè)誤差，而 且還大大降低了檢測(cè)時(shí)間與成本。在電冰箱中多采用活塞式和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，一般為封閉式結(jié)構(gòu)。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)一般采用單相異步電動(dòng)機(jī)，輸出功率在 以上的全封閉式壓縮機(jī)組才使用三相異步電動(dòng)機(jī)。電角嵌放，副繞組與啟動(dòng)繼電器相接。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 75%左右的同步轉(zhuǎn)矩時(shí)，啟動(dòng)繼電器切斷副繞組，這時(shí)只有主繞組參與運(yùn)行。 (2) 單相電容啟動(dòng)式異步電動(dòng)機(jī) 這種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能與電阻分相式基本相同，只是在副繞組中串聯(lián)一啟動(dòng)電容 (45uF~100uF)。啟動(dòng)完 成后繼電器動(dòng)作，切斷副繞組，只有主繞組參與運(yùn)行。 (3) 單相電容啟動(dòng)電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī) 這種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能與上述二種基本相同，不過(guò)電路中有兩只電容。啟動(dòng)完成后，啟動(dòng)繼電器將啟動(dòng)電容切斷、運(yùn)轉(zhuǎn)電容仍接于電路中。 二 啟動(dòng)繼電器 在電冰箱這類(lèi)小型制冷設(shè)備中，制冷壓縮機(jī)多采用單相分相式異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)繼電器的作用是幫助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后自 動(dòng)斷開(kāi)副繞組，避免燒壞副繞組線圈。 (1) 重錘式啟動(dòng)繼電器 重錘式啟動(dòng)繼電器是目前電冰箱中廣泛采用的啟動(dòng)元件，主要有繼電器線圈、銜鐵、重錘、動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)等組成。在接通電源瞬間，電流經(jīng)溫控器、過(guò)載保護(hù)器，進(jìn)入壓縮機(jī)主繞組，通電繼電器線圈形成回路，因此時(shí) 5 電流較大，電磁力克服重錘重力而使副線圈接通，于是滿足了電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成條件，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。 (2) PTC 啟動(dòng)器 PTC 啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)與工作原理如下： PTC 元件是具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，是一種鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷晶體。 溫控器接通時(shí)，電流通過(guò)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)主繞組，同時(shí)經(jīng)過(guò) PTC 啟動(dòng)器進(jìn)入電動(dòng)機(jī)副繞組，這時(shí)壓縮機(jī)啟動(dòng)，因 PTC 啟動(dòng)器自身發(fā)熱升溫，超過(guò)居里點(diǎn)，電阻值 急劇增大，副繞組相當(dāng)于斷路只有主繞組參與運(yùn)行。 因 PTC 啟動(dòng)器無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪音、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、受電壓波動(dòng)影響小、與電動(dòng)機(jī)匹配條件較寬松，因而有代替重錘啟動(dòng)繼電器的趨勢(shì)。如松下 330M355 型啟動(dòng)器 ，電阻 值 33Ω，耐壓 355V； 470N400 型啟動(dòng)器，電阻值 47Ω，耐壓 400V。 選用 PTC 時(shí)，可 根據(jù)壓縮機(jī)功率特性，主要從常溫電阻、最大沖擊電流等考慮選擇合適的 PTC 元件型號(hào) (3) 電容啟動(dòng)器 電容啟動(dòng)器是一種輔助啟動(dòng)裝置，主要用于冷藏箱等制冷設(shè)備中。當(dāng)電源電壓低時(shí)，壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，這時(shí)電動(dòng)機(jī)電流增大，會(huì)導(dǎo)致過(guò)載保護(hù)器開(kāi)路，甚至燒壞電動(dòng)機(jī)繞組。 電容器的好壞的判別方法：測(cè)量前，先將電容器兩引線短接，使其放電。否則說(shuō)明電容已損壞，應(yīng)按原容量、耐壓更換新件。 (1) 外接式 外接過(guò)載保護(hù)器由雙金屬片，動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、電熱絲和外殼組成。當(dāng)有較大電流流過(guò)時(shí)，電熱絲發(fā)熱升溫，雙金屬片受熱彎曲，觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷電源，以保護(hù)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)不被燒壞。 (2) 內(nèi)埋式 內(nèi)埋式過(guò)熱保護(hù)繼電器一般用于功率較大的全封閉式壓縮機(jī)中，直接控制繞組溫度，使用中只要繞組 溫度超出正常范圍，即可切斷電源。 (1) 半自動(dòng)化霜 半自動(dòng)化霜裝置是在普通壓力式溫控器基礎(chǔ)上，加裝化霜控制板、化霜彈簧、化霜按扭桿、化霜平衡彈簧和化霜溫度調(diào)節(jié)螺絲等組成。 在化霜期間，因化霜定時(shí)器內(nèi)部電阻遠(yuǎn)大于化霜加熱器內(nèi)阻，因而在加在化霜加熱器上的電壓很小 (約 10V)，產(chǎn)生的熱量較小。霜化完，蒸發(fā)器溫度上升到雙金屬溫控器跳開(kāi)溫度時(shí)，觸頭動(dòng)作，加熱器停止加熱，約 2min 后，內(nèi)部觸頭跳回壓縮機(jī)回路，進(jìn)行下一周期制冷。 五 電加熱器 電冰箱中使用的電加熱器主要包括除霜加熱器和排水加熱器，一般為加熱管。若將選擇 開(kāi)關(guān)調(diào)至“熱”位置，仍不見(jiàn)有熱風(fēng)吹出，可能是電熱絲故障，電熱器出現(xiàn)故障時(shí)，一般應(yīng)更換新件。 蒸氣壓縮式電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖如圖 所示，主要由壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等部件組成，其動(dòng)力均來(lái)自壓縮機(jī)，干燥過(guò)濾器用來(lái)過(guò)濾贓物和干燥水分，毛細(xì)管用來(lái)節(jié)流降壓，熱交換器為冷凝器和蒸發(fā)器。壓縮機(jī)冷循環(huán)周而復(fù)始的運(yùn)行，保證了制冷過(guò) 7 程的連續(xù)性。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?C～ 13?C 是 啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)冷凍室溫度低于－ 15?C～－ 18?C 或都冷藏室溫度低于 0?C～－ 3?C 時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用 數(shù)量龐大，也高居各類(lèi)傳感器之首。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中 ,采用單片溫度傳感器 ,比如 AD590,LM35 等 .但這些芯片輸出的 都是模擬信號(hào) ,必須經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī) ,這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 .另外 ,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器 ,不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量 .即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一 采用 了單總線的 數(shù)據(jù)傳輸 ， 由數(shù) 字溫度計(jì) DS1820 和微控制器 AT89C51 構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接 。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。但是 PC 機(jī)輸出信號(hào)不能直接與 DS18B20 通信。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合， PC 機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來(lái)很多麻煩！ 方案二： 此方案采用 AT89C51 八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。該系統(tǒng)采用的是 RS485 串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。 整體的檢測(cè)方案如下： 圖 22 冰箱制冷系統(tǒng)檢測(cè)模型 本文也具體考慮溫度采集模塊的設(shè)計(jì)，使用方案：使用單片機(jī)和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。單總線溫度傳感器可以采用 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 系列，這類(lèi)溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，且多路溫度傳感器可以掛在 1 條總線上，共同占用單片機(jī)的 1 個(gè) I/O 口即可實(shí)現(xiàn)。 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 單片機(jī)芯片介紹 AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP 的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，芯 片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 管腳說(shuō)明 單片機(jī)引腳如 下： 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1P80C51UBPN 圖 32 AT89C51 單片機(jī)引腳圖 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 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。 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(mén)電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 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。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)。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 表 31 P3 口的特殊功能 口管腳 備選功能 RXD 串行輸入口 TXD 串 行輸出口 /INT0 外部中斷 0 /INT1 外部中斷 1 T0 計(jì)時(shí)器 0 外部輸入 T1 計(jì)時(shí)器 1 外部輸入