【正文】 able use to adjust cooling, and the effect is good. KeyWords： MCU。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電冰箱溫度設(shè)置、電冰箱 過欠壓檢測 、開門 顯示、壓縮機(jī)開啟延時(shí) 等功能。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的電冰箱溫控器設(shè)計(jì) 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) I 基于單片機(jī)的電冰箱溫控器的設(shè)計(jì) 摘 要 :單 片機(jī) 是 實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制 系統(tǒng)中心 一個(gè)核心器件。本文設(shè)計(jì)的 基于單片機(jī)的 電冰箱溫度控制 器 系統(tǒng)是利用溫度傳感器 DS18B20 采集電冰箱冷藏室的溫度，通過 INTEL 公司的高效微控制器 STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行 信號(hào)控制 ，從而達(dá)到智能控制的目的。通過對(duì)直冷式電冰箱制冷系統(tǒng)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了電冰箱的智能控制 ，使電冰箱能根據(jù)使用條件的變 化迅速合理地調(diào)節(jié)制冷，且節(jié)能效果良好。 refrigerator。 Overvoltage detection。在人們發(fā)明冰箱之前， 保存 肉類的唯一方法是腌制，而在夏季喝到冰鎮(zhèn)飲料更是一種奢望。 電冰箱作為應(yīng)用較為普及的家用電器 ,近年來 ,隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及控制理論的發(fā)展 ,其呈現(xiàn)迅猛發(fā)展 ,電冰箱向大容量、多功能、無氟、節(jié)能、智能化、人性化方向發(fā)展 ,因此傳統(tǒng)的機(jī)械式、簡單的電子控制難以滿足現(xiàn)代冰箱的發(fā)展要求。冷凍室的溫度為 : 16～ 24 ℃。電冰箱控制的主要任務(wù)就是保持箱內(nèi)食品最佳溫度 ,達(dá)到食品保鮮的目的。 電 冰箱的基本介紹 冰箱的基本原理很簡單：冰箱利用液體蒸發(fā)吸收熱量。所有冰箱都由五個(gè)基本部件組成： 壓縮機(jī) 熱交換管，冰箱外部呈彎曲或盤曲狀的管道 安全閥 冷 交換管，冰箱內(nèi)部呈彎曲或盤曲狀的管道 制冷劑，冰箱內(nèi)蒸發(fā)以制造低溫的液體很多工業(yè)冰箱使用純氨作為制冷劑 ，純氨在 32℃ 時(shí)蒸發(fā)。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 當(dāng)制冷劑冷卻時(shí)，制冷劑液化成液體形式（紫色），并流經(jīng)安全閥。在蒸發(fā)過程中，它會(huì)吸收熱量，發(fā)揮制冷效果。然后，重復(fù)該循環(huán)。溫控器是控制末端裝置，實(shí)現(xiàn)分室溫度控制和節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵。 其控制原理是電冰箱溫控器根據(jù)溫度傳感器測得的室溫與設(shè)定值的比較結(jié)果發(fā)生控制信號(hào)，控制電冰箱壓縮機(jī)電源的開關(guān)，即用切斷和打開壓縮機(jī)電源的方式，調(diào)節(jié) 電冰 箱內(nèi)溫度。這類溫控器產(chǎn)品普遍存在 “溫度設(shè)定分度值過粗 ”、“時(shí)間常數(shù)太大 ”、 “機(jī)械開關(guān)易損壞 ”等問題。這類智能空調(diào)溫控器產(chǎn)品改善了人機(jī)交互界面，解決了 “溫度設(shè)定分度值過粗 ”等問題，但仍存在 “控制精度不高 ”、 “時(shí)間常數(shù)大 ”、 “操作較復(fù)雜 ”等問題。個(gè) 別廠家積極響應(yīng)國家的政策，應(yīng)用新型控制模型和數(shù)控芯片實(shí)現(xiàn)智能控制。這一生產(chǎn)帶動(dòng)電子行業(yè)的發(fā)展。 研究 方法則是采用 C51 單片機(jī)開發(fā)板模擬電冰箱工作環(huán)境 ，并模擬設(shè)定電冰箱各項(xiàng)參數(shù)，以研究電冰箱溫控器的工作原理及設(shè)計(jì)。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 功能要求 通過液晶顯示所設(shè)定的溫度，溫度能隨意調(diào)節(jié)，能自動(dòng)控制電冰箱工作，使其通過制冷達(dá)到所設(shè)定的溫度。 方案一 在日常生活及工農(nóng)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電耦和 熱電 阻。 因此這種選擇就有 如下 主要 缺點(diǎn)： ● 硬件電路復(fù)雜； ● 軟件調(diào)試復(fù)雜； ● 制作成本高； 方案二 采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的高性能數(shù)字 智能溫度傳感器 DS18B20。DS18B20 可以直接讀出被測溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由 6 個(gè)模塊組成： 主控制器、測溫電路、液晶顯示電路、過欠壓檢測電路、按鍵電路、繼電器壓縮機(jī)電路。 S T C 8 9 C5 2 主 控制 器D S 1 8 B 2 0過 欠 壓 檢 測 1 2 8 6 4 液 晶繼 電 器 壓 縮 機(jī)按 鍵 電 路 圖 2 1 溫度控制器總體電路結(jié)構(gòu)框圖 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 3 章 系統(tǒng)的 硬件 設(shè)計(jì) 硬件電路的 重要芯片 介紹 溫控器電路設(shè)計(jì)原理圖如附錄 A 所示，控 制器使用單片機(jī) STC89C52，溫度傳感器使用 DS18B20，及 12864 液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)溫度和其他顯示。如圖 31 所示。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了單片機(jī)具有體積小、成本低、可靠性高、應(yīng)用靈活、開發(fā)效率高、易于被產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)，使其具有很強(qiáng)的面向控制的能力，在工業(yè)自動(dòng)化控制、家用電器、智能化儀表、機(jī)器人、軍事裝置等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。 GND：接地。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器 ， 具有 3 引腳 TO－92 小體積封裝形式 ； 溫度測量范圍為－ 55℃～＋ 125℃ ， 可編程為 9 位～ 12 位 A/D轉(zhuǎn)換精度 ， 測溫分辨率可達(dá) ℃ ， 被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出 ； 其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入 ， 也可采用寄生電源方式產(chǎn)生 。以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20 的管腳排列如圖32 所示： 圖 3 2 DS18B20 的管腳排列圖 DQ： 為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端 。 VDD：為外接供 電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地 ,見圖 32）。 64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 碼（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。 6 4 位R O M 和單 線 接 口存 儲(chǔ) 器 和 控 制 器高 速 緩 沖 存 儲(chǔ)器8 位 C R C 生 成 器溫 度 敏 感 元 件低 溫 觸 發(fā) 器 T L高 溫 觸 發(fā) 器 T H配 置 寄 存 器 圖 3 3 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 用 12 位存貯溫度值 ， 最高位為符號(hào)位 。 23 22 21 20 21 22 23 24 溫度值低字節(jié) LSB S S S S S 26 25 24 溫度值高字節(jié) MSB 高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的 EEPROM 組成 ， 使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì) TH、 TL 或配置寄存器寫入。 高速暫存器是一個(gè) 9 字節(jié)的存儲(chǔ)器。 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化 → ROM 操作指令 → 存儲(chǔ)器操作指令 → 數(shù)據(jù)傳輸。 在圖 34（ a）中， A1,A2 是專用電壓比較器 LM119。在使用時(shí)，必須外接上拉電阻。 此電路的工作原理是： 當(dāng)輸入電壓 UiUR2 時(shí)，比較器 A1 的輸出管截止，而比較器 A2 的輸出管導(dǎo)通，此時(shí)窗口比較器的輸出電平將由比較器 A2 輸出電平確定為低電平。 只有當(dāng)輸入電壓處于窗口電壓之內(nèi)， 即 UR2UiUR1 時(shí)，比較器 A1 和 A2輸出管均截止，窗口比較器輸出電平是由上拉負(fù)載電阻拉向高電平。 R61034512U1A1058967U1BVCCUiUR1UR2R9R10 V o hV o l0U iU R 1U R 2 (a) (b) 圖 3 4 過欠壓檢測電路 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 12864 液晶連接電路 液晶顯示 屏 有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中?？梢燥@示 8 4 行 16 16 點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 帶中文字庫的 128 64 每屏可顯示 4 行 8 列共 32 個(gè) 16 16點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示 RAM可顯示 1 個(gè)中文字符或 2 個(gè) 16 8 點(diǎn)陣全高 ASCII碼字符，即每屏最多實(shí)現(xiàn) 32 個(gè)中文字符或 64 個(gè) ASCII 碼字符的顯示。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示 CGROM（中文字庫）、 HCGROM（ ASCII 碼字庫）及 CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。 軟件程序設(shè)計(jì)總體 流程圖 如下圖 41： 開 始L C D 初 始 化定 時(shí) 器 1 初 始 化D S 1 8 B 2 0 讀 取 溫 度顯 示 讀 取 到 的 溫 度 值 判 斷 是 否 有 鍵按 下增 或 減 預(yù) 設(shè) 溫 度 值顯 示 預(yù) 設(shè) 溫 度 值判 斷 壓 縮 機(jī) 是 否該 工 作開 啟 延 時(shí) 功 能判 斷 門 的 開 關(guān)顯 示 開 門 狀 態(tài)YYNN顯 示 關(guān) 門 狀 態(tài)YN 圖 4 1 軟件程序設(shè)計(jì)總體流程圖 由于 51 系列的單片機(jī)沒有停機(jī)的指令，所以可以利用主程序設(shè)置死循環(huán)反復(fù)運(yùn) 行各個(gè)任務(wù)。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 15 顯示子程序 在 本次設(shè)計(jì)中，顯示子程序包括三部分 ： 往 LCD 液晶顯示屏發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令子程序， LCD 液晶屏初始化子程序，顯示數(shù)據(jù)處理程序。其流程圖如圖 42 所示。 LCD液晶屏初始化完成后就可以顯示各種字符了，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 3) 顯示數(shù)據(jù)處理程序 調(diào)用方式： void lcd_mesg(uchar code *adder1) 函數(shù)說明：顯示全屏的內(nèi)容 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 調(diào)用方式： void lcd_mesg2(uchar add,uchar code *adder2) 函數(shù)說明：顯示某一行的內(nèi)容 調(diào)用方式： void LCD_w_wd(uchar add2,int wwd,uchar fs) 函數(shù)說明： 溫度顯示處理并送入 LCD 的指定區(qū)域 這些函數(shù)的使用可以使得顯示內(nèi)容時(shí)， 非常合適的處理好了頁切換和列切換，只要通過查表送至 12864 液晶顯示屏 RAM 中便可顯示自如。 讀 DS18B20 程序流程圖如圖 44。 2） 讀溫度子程序的主要功能是讀出 DS18B20 的 RAM 中的 9 個(gè)字節(jié)。在讀出時(shí)須進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 3） 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換開始命令。在本程序中，采用 2s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換完成。 4） 計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進(jìn)行 BCD 碼 的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。 DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度為 9~12 位可選，為了提高精度采用 12 位。擴(kuò)大十倍，四舍五入后便可將 精度精確到 ℃。在編寫程序過程中，如果直接對(duì) 代表溫度值的變量 yskey 的值在 20~20 操作對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換將很復(fù)雜和麻煩。 程序的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程圖如下圖 45： 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 開 始判 斷 有 鍵 是 否 按 下是 否 為 加 溫 度 鍵 y s k e y 值 自 增 1 y s k e y 值 自 減 1返 回 y s k e y 值YYNN 圖 4 5 預(yù)置溫度調(diào)節(jié)程序流程圖 yskey 返回給主函數(shù)中 的 ys 后， 要得到真實(shí)的溫度值， 只需要判斷 ys 是大于等于 20，還是小于 20 的。將其值送入指定的溫度顯示區(qū)域，我們便能夠適時(shí)的看到 調(diào)節(jié)的 預(yù)置溫度了。