基于单片机的冰箱温度智能控制系统的设计.doc
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基于单片机的冰箱温度智能控制系统的设计
摘要:
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完善。
电冰箱温度控制系统是利用温度传感器DS18B20采集电冰箱冷藏室和冷冻室的温度,通过INTEL公司的高效微控制器MCS-C51单片机进行数字信号处理,从而达到智能控制的目的。
本系统可实现电冰箱冷藏室和冷冻室的温度设置、电冰箱自动除霜、开门报警等功能。
本文在第一章介绍了电冰箱的系统组成及工作原理,第二章论述了本控制系统的硬件设计部分。
第三章论述了系统的软件设计部分。
通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进和采用模糊控制技术,实现了电冰箱的双温双控,使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷量,且节能效果良好。
目录
第一章 概 论 4
一.电冰箱的系统组成 4
二.工作原理:
6
三.本系统采用单片机控制的电冰箱主要功能及要求:
6
第二章硬件部分 7
一.系统结构图 7
二.微处理器(单片机) 7
三.温度传感器 12
四.电压检测装置 16
五.功能按键 16
六.压缩机,风机、电磁阀控制 17
七.故障报警电路 17
第三章 软件部分 18
一、主程序:
MAIN 18
二、初始化子程序:
INTI1 22
三、键盘扫描子程序:
KEY 23
四.打开压缩机子程序:
OPEN 26
五.关闭压缩机:
CLOSE 27
六.定时器0中断程序:
用于压缩机延时 28
七.延时子程序 29
第四章 分析与结论 30
致谢 31
参考文献:
32
电冰箱温度测控系统设计
第一章概 论
随着集成电路技术的发展,单片微型计算机的功能也不断增强,许多高性能的新型机种不断涌现出来。
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件,在工业生产中称为必不可少的器件,尤其在日常生活中发挥的作用也越来越大。
人们对家用电冰箱的控制功能越来越高,这对电冰箱控制器提出了更高的要求。
多功能,智能化是其发展方向之一,传统的机器控制,简单的电子控制已经难以满足发展的要求。
而采用基于单片机温度控制系统,不仅可大大缩短设计新产品的时间,同时只要增加少许外围器件在软件设计方面就能实现功能的扩展,以及智能化方面的提高,因此可最大限度地节约成本。
本文即为基于单片机的电冰箱温度控制系统。
目前市场销售的双门直冷式电冰箱,含有冷冻室和冷藏室,冷冻室通常用于冷冻的温度为-6~-18℃;冷藏室用于在相对冷冻室较高的温度下存放食品,要求有一定的保鲜作用,不能冻伤食品,室温一般为0~10℃.
传统的电冰箱温度一般是由冷藏室控制,冷藏室、冷冻室的不同温度是通过调节蒸发器在两室的面积大小来实现的,温度调节完全依靠压缩机的开停来控制.但是冰箱内的温度受诸多因素的影响,如放入冰箱物品初始温度的高低、存放品的散热特性及热容量、物品在冰箱的充满率、环境温度的高低、开门的频繁程度等.因此对这种受控参数及随机因素很多的温度控制,既难以建立一个标准的数学模型,也无法用传统的PID调节来实现.一台品质优良的电冰箱应该具有较高的温度控制精度,同时又有最优的节能效果,而为了达到这一设计要求采用模糊控制技术无疑是最佳的选择.
一.电冰箱的系统组成
液体由液态变为气态时,会吸收很多热量,简称为“液体汽化吸热”,电冰箱就是利用了液体汽化的过程中需要吸热的原理来制冷的。
蒸气压缩式电冰箱制冷系统原理图如图1-1所示,主要由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成,其动力均来自压缩机,干燥过滤器用来过滤赃物和干燥水分,毛细管用来节流降压,热交换器为冷凝器和蒸发器。
制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂,经压缩后成为高温高压的过热蒸气,排入冷凝器中,向周围的空气散热成为高压过冷液体,高压过冷液体经干燥过滤器流入毛细管节流降压,成为低温低压液体状态,进入蒸发器中汽化,吸收周围被冷却物品的热量,使温度降低到所需值,汽化后的气体制冷剂又被压缩机吸入,至此,完成一个循环。
压缩机冷循环周而复始的运行,保证了制冷过程的连续性。
图1-1电冰箱制冷系统原理图
直冷式电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停,使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。
冷冻室用于冷冻食品通常用于冷冻的温度为-3°C~-15°C,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品,要求有一定的保鲜作用,不能冻伤食品,温度一般为0°C~10°C,当测得冷冷冻室温度高至-3°C~0°C时或者是冷冻室温度高至10°C~13°C是启动压缩机制冷,当冷冻室温度低于-15°C~-18°C或都冷藏室温度低于0°C~-3°C时停止制冷,关断压缩机。
采用单片机控制,可以使控制更为准确、灵活。
二.工作原理:
根据冷藏室和冷冻室的温度情况决定是否开压缩机,若冷藏室的温度过高,则打开电磁冷门V1,关闭阀门V2,V3,同时打开压缩机,产生高温高压过热蒸气,经过冷凝器冷凝,干燥过滤器干燥,毛细节流管降压后,在蒸发器汽化制冷,产生低温低压的干燥气体。
经过电磁阀门V1流入冷藏室,使冷藏的温度迅速降低,当温度达到要求时关闭压缩机,同时关闭电磁阀门V1。
若是冷冻室的温度过高,则应打开V2关闭V1,V3。
电磁阀门V3主要用于冷冻室的化霜。
需要化箱时打开V3,从压缩机流出的高温高压气体流经冷冻室可匀速将冷冻室霜层汽化。
达到化霜的效果。
一般化霜的时间要短,不然会伤存放的食品。
三.本系统采用单片机控制的电冰箱主要功能及要求:
1、 设定2个测温点,测量范围:
-26°C~+26°C,精度±0.5°C;
2、 利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定等;
3、 制冷压缩机停机后自动延时3分钟后方能再启动;
4、 电冰箱具有自动除霜功能;
5、 开门延时超过20秒发声报警;
6、工作电压为180~240V,当欠压或过压时,禁止启动压缩机并用指示灯显示。
第二章硬件部分
一.系统结构图
控制系统结构如图2-1所示,主要由电源开关,电压检测装置,温度传感器,功能按键,单片机,延时电路,显示电路,指示灯电路,除霜装置和故障报警装置等够成。
图2-1控制系统结构图
二.微处理器(单片机)
微处理器是本系统的核心,其性能的好坏直接影响系统的稳定,鉴于本系统为实时控制系统,系统运行时需要进行大量的运算,所以单片机采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51?
指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.主要特性:
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时间:
10年
·全静态工作:
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2.管脚说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
3.振荡特性
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
4.芯片擦除:
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RA
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- 基于 单片机 冰箱 温度 智能 控制系统 设计