【正文】 8 系統(tǒng)總原理圖 23 5 電冰箱控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ............................................................ 24 編程思路 24 主程序 28 冷凍室溫度控制 29 結(jié) 論 ............................................................................................... 32 致 謝 ............................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................... 34 附 錄 ............................................................................................... 35 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 1 1 緒 論 課題的提出及意義 在當(dāng)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(yù)言： 21 世紀(jì)將是智能家電的世紀(jì)。 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(jī)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(jī)、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(jìn)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(dāng)冷藏室使用較頻繁時，冷藏室的感溫頭不斷通知壓縮機(jī)啟動。有效的青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 2 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(jī)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(qiáng)為 1128 帕的高壓、高溫蒸氣，進(jìn)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(jī)、加熱絲等外部器件的動作。 總體設(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(jī)點(diǎn)與關(guān)機(jī)點(diǎn)之間，則不開機(jī)，直到溫度回升到開機(jī)點(diǎn)時才能開機(jī)。 C 冷凍傳感器：開機(jī)點(diǎn)溫度為 10℃，關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度為 15℃。當(dāng) 其中有一傳感器溫度達(dá)到開機(jī)點(diǎn)時，則開機(jī)；當(dāng)兩者溫度都達(dá)到各自關(guān)機(jī)點(diǎn)時才關(guān)機(jī)。 （ 4） 自動化霜功能： 壓縮機(jī)累計工作 18 小時177。從進(jìn)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(jìn)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(jī)運(yùn)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(diǎn)通過軟件來實(shí)現(xiàn)。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 5 四、系統(tǒng)進(jìn)入自動化霜狀態(tài)后單片機(jī)控制壓機(jī)風(fēng)機(jī)斷開，接通化霜加熱絲。一進(jìn)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(fù)超溫報警功能。 六 、每次壓機(jī)停機(jī)后，屏蔽允許開機(jī)標(biāo)志位，調(diào)用延時子程序，延時時間到后，恢復(fù)允許開機(jī)標(biāo)志位，再進(jìn)入正常工作。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6 3 單片機(jī)的 選型與簡介 Peripheral Interface Controller，采用 CISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分時復(fù)用，即所謂馮 178。它的指令豐富，功能較強(qiáng)，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進(jìn)行，速度受限，價格亦高。 PIC 單片機(jī)的優(yōu)勢 1) PIC 最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)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(yīng)用要求。比 如，一個摩托車的點(diǎn)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(jī)，若采用 40腳且功能強(qiáng)大的單片機(jī)，投資大不說，使用起來也不方便。其中， PIC12C508 單片機(jī)僅有 8 個引腳，是世界上最小的單片機(jī) . 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(yīng)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(shí)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 ,可直接與青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 7 繼電器控制電路相連 ,無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。 PIC 以保密熔絲來保護(hù)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(fù)熔絲。 7) 自帶 看門狗定時器 ，可以用來提高程序運(yùn)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(yīng)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(yīng)用最為廣泛；而 PIC12C5XX 是世界第一個八腳低價位單片機(jī)可用于簡單的智能控制等一些對單片機(jī)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(diǎn)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(dá)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(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。 PIC17CXX 系列 是適合高級復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成 160ns，它是目前世界上 8 位單片機(jī)中性價比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如馬達(dá)控制 等。所以選用了PIC 系列的 PIC16F877 單片機(jī) 。 PIC16F877 單片機(jī) 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 8 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(jī) ,，它具有以下特點(diǎn)： （ 1） 精簡指令集， 35 條單字節(jié)指令，易學(xué)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： 如表 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 9 表 單片機(jī) 執(zhí)行速度 時鐘振蕩 指令周 期 40Hz 100us 1MHz 4us 4 MHz 1us 10 MHz 400ns 20 MHz 200ns （ 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(dú)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(yù)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(yù)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(hù)數(shù)據(jù)的功能，更重要的時它是由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行控制操作的，即外部電路無法對其進(jìn)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(yīng)用。 引腳圖如圖 311， PIC是 8 位的單片機(jī)，以接腳特性分組，每組盡量湊滿 8 支接腳，并將 I/O 命名為PORTA(RA0~RA5)、 PORTB(RB0~RB7)、 PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 和 PORTE(RE0~RE2)等，各分組接口特性說明如下： 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。 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(dá)控制）、 I2C、 SPI（同步串行通訊電路）、 UART（異步串行傳輸電路）等等。當(dāng)整體系統(tǒng)需要多單片機(jī)時，彼此可以經(jīng)由并列傳輸接口來快速傳輸資料。 供電直流電源 圖 41 供電電路圖 PIC 單片機(jī)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)?12V，再 采用單項(xiàng)橋式整流電路，將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡钦骱筮€存在交直流分量，所以要通過濾波去除其中的交流部分。因?yàn)榉€(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(hù)部分 ： 圖 42 掉電記憶 電路 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 為實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)功能需要加一個大容量電容，在電源掉電時給單片機(jī)供電。二極管為保護(hù)作用，在 V1 正常工作時， D2 導(dǎo)通，電容C9 充電，當(dāng)?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(jī)，一般為封閉式結(jié)構(gòu)。壓縮機(jī)電青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 14 動機(jī)一般采用單相 異步電動機(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機(jī)。電角嵌放，副繞組與啟動繼電器相接。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)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(yùn)行。 (2)單相電容啟動式異步電動機(jī) 這種電動機(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(yùn)行。 (3)單相電容啟動電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī) 這種電動機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)電容仍接于電路中。 壓縮機(jī) 在電冰箱這類 小型制冷設(shè)備中，制冷壓縮機(jī)多