【正文】 12 時鐘震蕩電路 13 制冷部分電路 13 按鍵顯示電路 17 溫度檢測電路 18 系統(tǒng)總原理圖 235 電冰箱控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 24 編程思路 24 主程序 24 冷藏室溫度控制 28 冷凍室溫度控制 28 故障處理子程序 29結(jié) 論 32致 謝 33參考文獻 34附 錄 351 緒 論 課題的提出及意義在當今科技迅速發(fā)展，人們生活水平迅速提高的文明社會里，家用電器越來越受到人們的重視。有人曾經(jīng)預言：21世紀將是智能家電的世紀。本文就是利用本專業(yè)知識，開發(fā)出一種適合市場需要的單片機溫度控制系統(tǒng)家用智能電冰箱的主控板。根據(jù)所要求的范圍來控制壓縮機、加熱絲等外部器件的動作。 冰箱的發(fā)展趨勢及其不足自1923年世界第一臺冰箱誕生以來，人們的生活越來越離不開冰箱，尤其是進入九十年代，冰箱的發(fā)展越來越快。1．以人為本 漸趨時尚、個性化。然而，目前市場上出售的冰箱還存在一些不足。另外，冷藏室、冷凍室被迫同時制冷，各間室溫控結(jié)果是“控高不控低”。當冷藏室使用較頻繁時，冷藏室的感溫頭不斷通知壓縮機啟動。有效的解決的目前電冰箱使用過程中的一些問題。而其中最關(guān)鍵的是制冷系統(tǒng)。其具體過程是：通電后壓縮機工作，將蒸發(fā)器內(nèi)已吸熱的低壓、低溫氣態(tài)制冷劑吸入，經(jīng)壓縮后，形成溫度為55℃～58℃，三壓強為1128帕的高壓、高溫蒸氣，進入冷凝器。因蒸發(fā)器內(nèi)壓力 低于冷凝器壓力，液態(tài)制冷劑就立即沸騰蒸發(fā)，吸收箱內(nèi)的熱量變成低壓、低溫的蒸氣。如此不斷循環(huán)，將冰箱內(nèi)部熱量不斷的轉(zhuǎn)移到箱外。根據(jù)所要求的范圍來控制壓縮機、加熱絲等外部器件的動作?？傮w設(shè)計框圖如圖21所示。（2）溫度控制功能：A 剛上電時，若箱內(nèi)溫度處于開機點與關(guān)機點之間，則不開機，直到溫度回升到開機點時才能開機。 C 冷凍傳感器：開機點溫度為10℃，關(guān)機點溫度為15℃。當其中有一傳感器溫度達到開機點時，則開機；當兩者溫度都達到各自關(guān)機點時才關(guān)機。（4）自動化霜功能：壓縮機累計工作18小時177。從進入自動化霜時開始計時，90分鐘內(nèi)超溫報警功能被屏蔽。（6）箱門打開超時報警功能： 如果冰箱門長時間沒閉合，報警系統(tǒng)自動報警。1分鐘，然后進入正?？刂?。 設(shè)計方案為滿足上述功能要求，制定了以下方案：一、使用一個紅色和兩個綠色一個黃色發(fā)光二級管顯示電冰箱的工作狀態(tài)： ① 綠燈：電源指示燈，工作時綠燈常亮。壓縮機運行指示。正常工作時這三組等都為綠色常亮。二、溫度控制功能中的A、B、C、D點通過軟件來實現(xiàn)。 四、系統(tǒng)進入自動化霜狀態(tài)后單片機控制壓機風機斷開，接通化霜加熱絲。一進入化霜狀態(tài)，屏蔽超溫報警功能，定時器計時90分鐘，90分鐘后恢復超溫報警功能。六、每次壓機停機后，屏蔽允許開機標志位，調(diào)用延時子程序，延時時間到后，恢復允許開機標志位，再進入正常工作。453 單片機的選型與簡介Peripheral Interface Controller，采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分時復用，即所謂馮它的指令豐富，功能較強，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進行，速度受限，價格亦高。 PIC單片機的優(yōu)勢1) PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應用要求。比如，一個摩托車的點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機，若采用40腳且功能強大的單片機，投資大不說，使用起來也不方便。其中，PIC12C508單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機.　該型號有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價在3－6元人人民幣。PIC的高檔型號，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳。2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。3) 產(chǎn)品上市零等待（Zero time to market）。4) PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。PIC在推出一款新型號的同時推出相應的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離，給應用帶來極大方便。PIC以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復熔絲。7) 自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI－MSP430相比，但在大多數(shù)應用場合還是能滿足需要的。PIC16C5X系列是最早在市場上得到發(fā)展的系列，因其價格較低，且有較完善的開發(fā)手段，因此在國內(nèi)應用最為廣泛；而PIC12C5XX是世界第一個八腳低價位單片機可用于簡單的智能控制等一些對單片機體積要求較高的地方，前景十分廣闊。PIC16CXXX/PIC16FXXX系列是Microchip近年來重點發(fā)展的系列產(chǎn)品，品種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達到200ns，帶A/D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，雙時鐘工作，比較輸出，捕捉輸入，PWM輸出，I2C和SPI接口，異步串行通訊（USART），模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計中,價格適中，廣泛應用在各類電子產(chǎn)品中。PIC17CXX系列是適合高級復雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如馬達控制等。所以選用了PIC系列的PIC16F877單片機。 PIC16F877單片機圖31 PIC16F877內(nèi)部結(jié)構(gòu)PIC16F877是MICROCHIP公司生產(chǎn)的一款低功耗單片機,，它具有以下特點：（1） 精簡指令集，35條單字節(jié)指令，易學易用；（2） 除地址分支跳轉(zhuǎn)指令（GOTO、CALL）為雙周期指令，其余皆為單周期指令；（3） 執(zhí)行速度： 單片機執(zhí)行速度時鐘振蕩指令周期40Hz100us1MHz4us4 MHz1us10 MHz400ns20 MHz200ns（4） 8級硬件推棧；（5） 多種硬件中斷；（6） 直接、間接、相對三種尋址方式；（7） 帶8位FLASH數(shù)據(jù)寄存器。功能部件結(jié)構(gòu)：（1） 帶8位A/D轉(zhuǎn)換輸入；（2） 高驅(qū)動電流，I/O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示；（3） 雙向可獨立編程設(shè)置I/O引腳；（4） 8位定時器/計數(shù)器TMR0，帶8位預分頻；（5） 16位定時器/計數(shù)器TMR1，睡眠中仍可計數(shù)；（6） 8位定時器/計數(shù)器TMR2,帶有8位的周期寄存器及預分頻和后分頻；（7） 并行口操作；（8） 同步串行口I2C/SPI總線操作；（9） 同步通信接口SCI/USART操作。60ua3V,32KHZ。（2） 全靜態(tài)設(shè)計；（3） 寬工作電壓；（4） 寬工作溫度范圍。另外它的內(nèi)部的FLASH數(shù)據(jù)存儲器不僅有掉電保護數(shù)據(jù)的功能，更重要的時它是由單片機內(nèi)部進行控制操作的，即外部電路無法對其進行讀寫，所以有極高的數(shù)據(jù)保密性，這使得PIC16F877在加密性產(chǎn)品中得到廣泛應用。：PIC16F877除了上述基本電路所占用的7只引腳外，其余的33支引腳都可當做輸出、輸入接腳，輸入輸出端口是單片機基本界面，可以與周邊電路進行電路控制和信號傳輸與檢測。 PIC16F877的PORTA總共有6個位(RA0~RA5)，PORTA的接腳可作為數(shù)字輸出輸入端口，而系統(tǒng)重置后，PORTA自動成為模擬輸入狀態(tài)，可讀取模擬輸入訊號。PORTB總共有8個位(RB0~RB7)，可以撰寫程序規(guī)劃輸入輸出方向、狀態(tài)，其中，要進行燒錄時，使用到三支接腳，分別是Pin36(RB3/PGM)、Pin39(RB6/PGC)與Pin40(RB7/PGD)。 PORTC總共有8個位(RC0~RC7)，除了可作為數(shù)位I/O外，還和一些特殊功能的周邊電路共享接腳，例如CCP（直流馬達控制）、I2C、SPI（同步串行通訊電路）、UART（異步串行傳輸電路）等等。 PORTD總共有8個位(RD0~RD7)，可作一般數(shù)字I/O，并與PSP(Parallel Slave Port)并列傳輸接口共享。 供電直流電源圖41 供電電路圖PIC單片機的供電都是通過如圖41供電電源獲得的。電源部分由以下幾部分組成：1）變壓：先通過變壓器將220V變?yōu)?2V，再采用單項橋式整流電路，將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，但是整流后還存在交直流分量，所以要通過濾波去除其中的交流部分。因為穩(wěn)壓后面需要加二極管等元器件，所以穩(wěn)壓器件選7805。3）掉電保護部分：圖42 掉電記憶電路為實現(xiàn)掉電保護功能需要加一個大容量電容，在電源掉電時給單片機供電。二極管為保護作用，在V1正常工作時，D2導通，電容C9充電，當?shù)綦姇r，D2截止，由于電容為法拉電容，,電容量很大，儲能量很大。 時鐘震蕩電路圖43 時鐘振蕩電路XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩信號提供給微電腦電路作為時基信號。在電冰箱中多采用活塞式和旋轉(zhuǎn)式壓縮機，一般為封閉式結(jié)構(gòu)。壓縮機電動機一般采用單相異步電動機。電角嵌放，副繞組與啟動繼電器相接。當電動機轉(zhuǎn)速達到75%左右的同步轉(zhuǎn)矩時，啟動繼電器切斷副繞組，這時只有主繞組參與運行。(2)單相電容啟動式異步電動機這種電動機的結(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)一啟動電容(45uF~100uF)。啟動完成后繼電器動作，切斷副繞組，只有主繞組參與運行。(3)單相電容啟動電容運轉(zhuǎn)式異步電動機這種電動機的結(jié)構(gòu)和功能與上述二種基本相同，不過電路中有兩只電容。啟動完成后，啟動繼電器將啟動電容切斷、運轉(zhuǎn)電容仍接于電路中。 壓縮機在電冰箱這類小型制冷設(shè)備中，制冷壓縮機多采用單相分相式異步電動機，啟動繼電器的作用是幫助電動機啟動，啟動完成后自動斷開副繞組，避免燒壞副繞組線圈。(1)重錘式啟動繼電器重錘式啟動繼電器是目前電冰箱中廣泛采用的啟動元件，主要有繼電器線圈、銜鐵、重錘、動觸點、靜觸點等組成。在接通電源瞬間，電流經(jīng)溫控器、過載保護器，進入壓縮機主繞組，通電繼電器線圈形成回路，因此時電流較大，電磁力克服重錘重力而使副線圈接通，于是滿足了電動機旋轉(zhuǎn)磁場形成條件，電動機啟動運行。(2)PTC啟動器PTC啟動器結(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，是一種鈦酸鋇半導體陶瓷晶體。溫控器接通時，電流通過壓縮機電動機主繞組，同時經(jīng)過PTC啟動器進入電動機副繞組，這時壓縮機啟動，因PTC啟動器自身發(fā)熱升溫，超過居里點，電阻值急劇增大，副繞組相當于斷路只有主繞組參與運行。因PTC啟動器無觸點、無噪音、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、受電壓波動影響小、與電動機匹配條件較寬松，因而有代替重錘啟動繼電器的趨勢。如松下330M355型啟動器，電阻值33Ω，耐壓355V；470N400型啟動器，電阻值47Ω，耐壓400V。選用PTC時，可根據(jù)壓縮機功率特性，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。其作用是在增加啟動電流的前提下，增加電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，采用電容輔助啟動裝置，就可解決這一問題。然后用萬用表兩表筆分別接電容器兩引線，正常情況下，萬用表兩指針由電阻大的方向向電阻小的方向偏移，然后再回偏。 過載保護器過載保護器一般有外接式和內(nèi)埋式兩大類。一般串聯(lián)在主電路中使用。當電熱絲冷卻后，雙金屬片恢復原狀，又可接通電源。壓縮機電路中，壓縮機的得電與否，主要是靠繼電器決定的。則控制220V接入壓縮機的開關(guān)閉合，壓縮機得電工作。圖45 壓縮機指示電路當三極管基級得電導通。當RB5為低電平時，三極管不導通，使得幾點起的線圈中有沒有消耗的電感。防止線圈燒壞。圖46 報警指示電路 按鍵顯示電路圖47 鍵盤電路鍵盤電路如圖47,。通過按鍵來實現(xiàn)對空調(diào)的控制。當按鍵抬起時，單片機的端口為高電平。圖48 液晶顯示電路顯示電路中使用了HS1286415系列LCD液晶顯示屏，電路圖如圖48。ST7920 同時作為控制器和驅(qū)動器，它可提供 33 路 輸出和 64 路 seg 輸出。漢升實業(yè)有限公司的 HS1286415 系列產(chǎn)品有 HS1286412（有 版本流通市場）和 HS1286415B，HS1286415C。HS1286415 系列產(chǎn)品硬件特性如下：文字與圖形混合顯示功能；畫面清除功能 光標歸位功能 顯示開/關(guān)功能；光標顯示/隱藏功能；顯示字體閃爍功能 光標移位功能功能；顯示移位功能；垂直畫面旋轉(zhuǎn)功能 反白顯示功能；休眠模式。 L 串口*RSTIH/L復位信號，低有效RS(CS)IH/L寄存器選擇端： H 數(shù)據(jù)。電路連接方式如圖49。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。（2）測溫范圍 －55℃～+125℃，℃。（4）工作電源: 3~5V/DC（5）在使用中不需要任何外圍元件（6）測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送（7）不銹鋼保護管直徑 Φ6（8） 適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道