STC89C51冰箱温度控制资料.docx
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STC89C51冰箱温度控制资料
目录
摘要III
AbstractIV
1绪论1
1.1论文研究的背景和意义1
1.2电冰箱电控系统的发展现状2
1.3论文主要设计内容2
2总体设计方案4
2.1总体设计方案简介4
2.2电冰箱电控系统的主要功能和要求5
3系统硬件设计6
3.1AT89C51单片机最小系统6
3.1.1AT89系列单片机的概况6
3.1.2时钟电路9
3.1.3复位电路10
3.1.4单片机系统电源设计12
3.2霜厚检测电路14
3.2.1热敏电阻简介14
3.2.2运算放大器LM32415
3.2.3霜厚检测电路16
3.3冷冻室冷藏室温度检测采样电路17
3.3.1温度传感器AD59017
3.3.2ADC0809简介18
3.3.3冷冻室温度采样电路图20
3.3.4冷藏室温度采样电路图20
3.3.5冷冻室冷藏室温度检测采样原理21
3.3.6过欠压保护电路21
3.4ADC0809与AT89C51接口设计22
3.4.1地址锁存器74LS37322
3.4.2ADC0809与AT89C51的接口电路23
3.5制冷与除霜控制电路24
3.5.1锁存器74LS27324
3.5.2驱动控制电路的设计25
3.6开门报警电路26
3.7键盘显示电路26
3.7.1接口芯片8279简介26
3.7.2LED简介28
3.7.3键盘显示电路设计29
4系统软件设计31
4.1系统主程序31
4.2T0中断服务程序32
4.3T1中断服务程序33
4.4INT0中断服务程序33
5结论35
参考文献36
致谢37
摘要
单片机即单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer),是集CPU,RAM,ROM,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。
其中51单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域。
本课题设计的电冰箱的电控系统主要应用AT89C51单片机作为核心控制元件进行分析和设计,对各部分的软件编程、硬件电路设计、及调试进行了介绍。
本系统分温度测量和信号产生输出两大部分。
温度测量部分以模拟电路为主,配合电压比较模块、A/D转化模块,在误差允许范围内测量温度值,并进行比较,产生电压信号。
信号经A/DC0809进行A/D转换,进入AT89C51单片机。
信号经单片机的控制运算处理,产生控制信号并输出控制压缩机、加热器的启动与停止。
此外,该系统可通过专用键盘接口芯片8279进行温度的设定及显示。
系统扩展LED显示器,显示动态的冷冻室温度和冷藏室温度;系统扩展了多个功能键,通过功能键可人为改变控制设定值从而满足不同用户的不同需要。
近年来,随着微电子技术、传感器技术以及计算机控制技术的发展,人们对电冰箱的控制功能要求越来越高,这对电冰箱控制器提出了更高的要求,多功能、人性化和节能是其发展方向。
传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求。
为此,本文介绍了采用AT89C51单片机作为控制器核心,对电冰箱的工作过程进行控制,并用声音将电冰箱的一些工作过程进行提示,使控制过程更人性化。
通过AD590温度传感器对冷藏室温度,冷冻室温度进行检测,并将产生的模拟信号,通过ADC0809进行A/D转换送入单片机;对霜厚度则通过热敏电阻进行温度检测后产生中断信号送入单片机。
温度检测信号经单片机处理后用语调节压缩机和加热器的工作,满足消费者对温度的设置要求,实现自动除霜功能。
经过实践证明,经过反复的模拟运行、调试,修改,最后形成了一套完整的程序系统。
本系统运行稳定,其优点是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等,具有一定的实用和参考价值。
关键词:
AT89C51单片机,A/DC0809,8279,AD590,电冰箱的电控系统。
Abstract
SCMismicrocomputer(Single-ChipMicrocomputer)whichisasetofCPU,RAM,ROM,thetiming,numberandvarietyofintegratedmicro-controllerinterface.The51microprocessorwhichisquitetypicalandrepresentativeiswidelyusedinvariousfields.
Themaintopicsdesignedbychip–microcomputerAT89C51finishthefunctionofcontrollingthefridge.Thispaperintroducestheelectricrefrigerator’selectricallycontrolledsystem,includingsoftware,hardwaredesign,andcommissioningtheproblemsencounteredindesignaswellassolutions.
Thesystemisdissolvedintotemperaturemeasurementandsignaloutputtwomostvoltagemeasurementpartsinthemaincircuitsimulation,andtiecomparativemodule,A/Dconversionmodule.Surplusmicroprocessorthroughdataprocessing,intherangeofallowableerrortemperaturemeasurementsshowsandgeneratesvoltagesignal.SignalinputissentintoA/DC0809forA/Dconversion.ThenthesignalafterconversionentersAT89C51microprocessor.Theoutputthathasbeendealtwithisusedtocontroltherunandstopofcompressorandheater.Inaddition,thissystemcanfulfillthefunctionofsuccessivetemperaturesettingby8279,achipusedtocontrolkeyboardandshow.ThedesignextendsLEDdisplay,whichdisplaysthedynamicenvironmentaltemperatureandextendsafewfunctionalkeysthatausercaninputtheappropriatetemperatureparameterforthespecialneed.
Intheseyears,withthedevelopmentofmicroprocessorsandsensor,thedemandoffunctionoffridgeisbecominghigherandhigher.Usersneedithasmanyfunctions,personal-likeinterfaceandlittlewasteofpower.However,thetraditionalfridgecannotfinishallthefunctions.Asaresult,thispaperintroducesthesystemwhichusesAT89C51asthecenterofthecontrolsystem,havingsoundsystemtoremindusers.The51-computergetsthetemperatureparameterfromtheintegrationtemperaturesensorandtheADC0809thattransformstheanalogparametertothedigitalparameter.Then,the51-computerputsoutthesignaltocontroltherunandstopofcompressorandheater.
Afterrepeateddebuggingandrevision,thefinalformofacompletesetofproceduressystemiscompleted.Practicehasprovedthatthesystemissteady,andithastheadvantagesofasimplehardwarecircuits,softwarefunctions,reliablecontrolsystem,highcostperformance,practicalandreferencevalue.
Keyword:
AT89C51,A/DC0809,8279,AD590,electricrefrigerator’selectricallycontrolledsystem.
1绪论
1.1论文研究的背景和意义
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中,例如钢铁的水溶温度,不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现,这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。
在现代社会中,温度控制不仅应用在工厂生产方面,其作用也体现到了各个方面。
酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子,温度控制将更好的于社会,电冰箱的出现及大量普及就是一个很好的例子。
随着社会发展,人们对食品温度的控制要求也越来越高,对于电冰箱的温度控制也就相应的不断提高。
随着电子技术的发展,特别是随着大规模集成电路的产生,给人们的生活带来了根本性的变化,如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃,那么单片机的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。
单片机产生于20世纪70年代,发展非常迅速,从8位单片机发展到了32位的单片机,并向双CPU,大存储容量,低功耗发展。
单片机是高科技产品开发过程中不可或缺的关键手段。
它结合传感技术及计算机等高新技术,并综合应用了机械技术发展的新成果,不管是在民用工业,还是在国民经济建设中都有着极其广泛的应用前景,广泛应用于工业自动化,智能仪器仪表的设计制造中,消费电子产品领域,通信方面及武器装备等,含盖了生产、生活、军事各个领域,实现了电子产品的准确化、智能化、最优化和多功能化,发挥着越来越重要的作用,引起了各个国家的高度重视。
依靠单片机的控制技术作为现代高科技的重要组成部分,推动着自动化生产、计算机、材料加工、医疗、纺织等相关领域的发展。
是衡量一个国家科学技术水平的重要标志。
正由于用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点,所以电冰箱的电控系统也采用了单片机为其各功能控制实现的核心。
而我设计的电冰箱的电控系统就是采用了单片机为控制核心,通过电路设计,扩展外围电路,实现电冰箱的温度控制,自动除霜,温度的显示功能,开门报警功能,具有很强的实用性,现实性。
通过本论文的研究,我不仅了解电冰箱的相关知识,还掌握了AT98C51系列单片机的性能特点及连接使用,编程方法,以及一些外围芯片的使用及模拟电路的设计。
1.2电冰箱电控系统的发展现状
世界第一台电冰箱是在1918年由美国的卡尔维纳特公司设计制造出来的,1927年美国通用电器公司首次研制出了全封闭式自动制冷电冰箱。
我国的家用冰箱行业始于1956年改革开放后迅猛发展到,1985年鼎盛时期全国有10多家冰箱生产厂家。
目前已发展到20多家。
冰箱从最初的单门(单冷藏或单冷冻)发展到双门,再到多门,其控制系统也得到了很大的发展与完善。
家用电冰箱的主要发展趋势朝容量及功能两个方向发展,其中以大型化、多功能化、全自动化为主。
其中,其功能的发展主要依靠电冰箱电控系统的不断发展和完善,传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求,因此,这对电冰箱控制器提出了更高的要求,电冰箱的电控系统的发展也成为了电冰箱功能不断提高的关键。
单片机的出现及应用使电冰箱电控系统的简化和完善有了很大的进步。
如目前已经把电脑和数控技术相结合,开发出了数控冰箱,以及具有模糊逻辑思维功能的变频式空调等。
几年前,伊莱克斯集团曾推出未来冰箱模式“屏幕冰箱”,这种“屏幕冰箱”因在冰箱门体上嵌入一台触摸式多媒体电脑而得名。
它是迄今为止世界上智能化程度最高的冰箱。
人们在生活中有时忘记一些重要的日子或数据,如妻子的生日,孩子的培训时间或者是妈妈的手机号,这些信息只需用手轻点一下就能得到,使用者还可以在厨房一边工作一边收看自己喜爱的电视连续剧或者新闻节目。
“屏幕冰箱”可以与电视监视系统相连,用户在厨房里就可以看到门外的来访者。
除了具备一台冰箱的功能以外,“屏幕冰箱”还能够帮助用户管理食物贮存,考虑到将来的商品都会在包装袋上加上电子条形码,“屏幕冰箱”可以通过扫描条码准确地传达不同的储藏室里存放了些什么食物、食品的数量和有效期等信息。
电冰箱的智能化必将随着控制系统的发展而逐步的得到提高。
1.3论文主要设计内容
本设计的目的是利用单片机采集环境温度值,以数字量的形式存储和显示,可以独立作为一种设备对温室温度进行有一定精度的控制,经过简单的运算发出各种控制命令,并能动态的显示当前温度值,设定目标控制温度值。
本设计所采用的控制芯片为AT89C51单片机,此芯片功能强大,能够满足设计要求。
通过对电路的设计,对芯片的外围扩展,使得单片机作为控制器核心,对电冰箱的工作过程进行控制,并用声音将电冰箱的一些工作过程进行提示,使控制过程更人性化。
通过AD590温度传感器对冷藏室、冷冻室温度进行检测,并将产生的模拟信号,通过ADC0809进行A/D转换送入单片机;对除霜电路则采用热敏电阻进行温度检测后产生中断信号送入单片机。
温度检测信号经单片机处理后用于调节压缩机和加热器的工作,满足消费者对温度的设置要求,实现自动除霜功能。
1系统总体介绍
这是一个基于51单片机的电冰箱控制系统,通过51单片机控制其余的温控设备以及其余的扩展设备,从而达到系统预期的目的。
电路简单实用,而且经济廉价,适用于很多场合。
51单片机的控制也很方便简单,而且能做到控制系统的作用。
产品特色有:
人机交互式控制,必要时可根据顾客的个人意愿设置停开时间比,满足不同的需要;
成本低,手动调节部分可以控制在10元以下,主控部分在25元以下,甚至可以更低一些;
可人为控制停机,防止因为制冷剂等原因造成不停进而损坏压缩机;
防止因为断电等高压启动损坏压缩机。
2系统硬件组成
本系统由单片机最小系统、时间控制器、液晶模块、温度采集模块以及给单片机供电的电源模块等模块组成,下面分别做详细的介绍。
2.1单片机供电电路
单片机工作的电压是5V的直流电,所以我们要为单片机供应持续不变的直流电信号,这样才能保证单片机工作的稳定,以及单片机在处理数据上的持续性。
单片机在工作时由时钟频率决定其输出波形。
从市用的普通交流电出发,我们可以设计出给单片机供电的电源电路。
首先把交流电接入小型变压器,把220V的交流电变成15V的交流电,然后经过整流桥整流,滤波电路滤波,可以得到接近12V的直流电压,再经过7805的集成稳压片,就可以得到5V的直流电了。
当然有时候要采用小型蓄电池作为最初的电源,我们把7805的电路另作一个模块放在一边备用。
电路图如图一:
图一:
稳压电路
2.2时间控制器电路
这是一种小型的低成本时间控制器,可人为设定不同的开停比,控制冰箱开或停,模拟温控过程。
电路成本低(小于10元),可靠性较高,适合于广大用户使用。
该模块的电路图如图二所示:
图二:
时间控制器电路
此电路核心为一片555时基电路,在此构成可调占空比的无稳态多谐振荡器。
由555的工作原理可知,其③脚输出电压由②、⑥脚的输入电压决定。
R3、D6、RP2、R5、C3构成充电支路,当C3上的电压小于2/3Vcc(Vcc为555的工作电源电压)时,③脚输出高电平,K1释放,LED1熄灭,一旦C3上的充电电压升高至2/3Vcc时,则555内部RS触发器翻转,③脚输出低电平,K1吸合,LED1点亮,同时⑦脚内部的放电管对地导通,C3通过R4、RP1、D5支路对⑦脚放电,直到C3上的电压降至1/3Vcc时,⑦脚停止放电③脚又恢复输出高电平;此后C3又通过充电支路进行充电……周而复始。
充电时间T1=0.693(R3+R5+RP2)C3
放电时间T2=0.693(R4+RP1)C3
设计中R3取16kΩ,R4取100kΩ,R5取270kΩ,RP1、RP2均取4.7MΩ的电位器,C3为1000μF的低漏电铝电解电容器,则T1、T2的定时最长可达约54分钟。
由于C3漏电流的存在,实际定时可达80分钟。
电路中,RP1、RP2分别为开机调节及定时调节电位器,LED1、LED2分别定时、电源指示。
R1、C1、D1~D4及C2、ZD、R2等组成简单的电容降压稳压电路,提供555时基电路及继电器K1的工作电源。
开机后,电路自动进入延时启动状态,如需快速启动,可按一下轻触开关S1,则可实现快启功能。
对于实际的电路图,C1需选用耐压大于400V的聚丙烯电容器。
K1可选触点电流大于5A的高灵敏度继电器。
C3应选用漏电尽可能低的电解电容器,这样生产时的一致性较好,不然时间误差会很大。
制作完成后,一般情况无须调试。
将电冰箱插入CZ上,RP1、RP2调于最小位置(均为5分钟定时),通电后LED2亮。
约5分钟后,LED1熄灭、K1释放。
如果实现开机时快启,只需按一下S1即可。
调节RP1、RP2,即可完成不同的时间通断比,使接于CZ上的电冰箱受其控制而实现节能。
2.3温度采集电路
我们用到的温度采集芯片是常用的DS18B20,我们用的是形如三极管封装的三脚外形,这种封装的芯片才电路连接上很是方便,三脚分别是电源端、接地端和信号端,只要分别接入电路节能正常工作。
但是在用该芯片对温度采集时还得用到AD转换的芯片。
我们用的是ADS1286P。
在进行温度采集时我们对三个不同地点的温度分别进行采集,用AD转换芯片转换后送给单片机进行数据的分析和处理。
从而再进行对其他模块进行控制。
这种电路在连接和处理上都是很简单的,编程上也很便捷,适合很多场合的使用。
ADS1286P的原理图如图三:
图三:
ADS1286P的原理图
ADS1286P和DS18B20的连接也很方便。
作为一种AD转换的芯片,前者在使用上和其它一些AD处理芯片的应用也差不多。
由于在温度采集时会涉及三个点的采集,所以两者的连接图没有画在一起。
DS18B20的电路图如图四所示:
图四:
温度采集电路
2.4语音控制模块
我们用到的语音芯片是ISD1700系列的ISD1760。
这种芯片的特点有:
可录、放音十万次,存储内容可以断电保留一百年;可以用两种控制方式,两种录音输入方式,两种放音输出方式;可处理多达255段信息;有丰富多样的工作状态提示;多种采样频率对应多种录放时间;音质好,电压范围宽,应用灵活等。
工作电压在2.4V-5.5V,最高不能超过6V,静态电流0.5-1uA,工作电流20mA。
在用该芯片时可以利用独立键盘工作模式,可以用按键进行录放功能,还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。
芯片采用的是28脚直插式封装,管脚图如图五:
图五:
ISD1700系列引脚图
在放音方面,也由两种模式,分别是边沿触发和电平触发模式,都由/PLAY管脚触发。
芯片的擦除还可以采用单个擦出和全体擦除,在该芯片的使用上很是便捷,而且这种芯片设有控制音量大小的管脚和复位管脚以及快进管脚,都能够用按键来进行控制。
在满足要求的前提下,这种芯片的性价比也相对很高,能够适应很多场合的使用。
该芯片的典型应用电路如图六所示:
图六:
ISD1760应用电路
2.5单片机最小系统以及液晶显示模块
这是整个系统的核心部分,是系统工作的必要条件,也是个模块连接到一起的链接枢纽。
在单片机最小系统中,我们需要给单片机工作提供必要的条件:
由外部晶振给与单片机工作的时钟频率,还应有复位电路和供电电路。
单片机采用宏晶公司的STC89C51单片机,这种单片机不仅便宜,而且在使用上也很方便。
它不仅在编程上便捷,在造价上也很经济实惠,而且对于像这种简单的控制也能起到很好的控制作用。
整个系统都由单片机来进行控制,采集到的温度信号传给单片机进行处理,完了再对其余模块进行控制,以达到对整个系统的控制。
图七就是单片机最小系统和液晶显示模块的电路图:
图七:
单片机最小系统+液晶电路
3系统软件设计
系统的软件设计是针对硬件的各个方面,硬件的集成就是软件程序的集成。
其中包括了温度的采集,A/D转换,液晶显示,语音报警以及自动手动的调节部分等等各个部分。
各部分程序的集合就构成了整个系统的完整程序,用51单片机来控制整个系统的实现。
系统中还用到了继电器,这是一个用低电压控制高电压的元器件,能够对一些高于5V的模块进行驱动。
整个程序的设计围绕着各个模块的连接,更关键的是和主控芯片51单片机的连接。
下图是整个系统的硬件组成图,以及各个模块的连接图,从图中我们就可以看出系统软件设计的思路。
如图八
图八:
系统硬件组成图
系统源程序见附录一。
4总结
在这几个月的项目制作中,我们学到了很多的东西,也完成了这个项目。
从这个项目中,我们学到了很多东西,在硬件制作和软件编程上都得到了很大的提高。
整个项目的制作过程就是一个发现问题—解决问题的过程,也可以说是发现困难—解决困难的过程。
在整个过程中我们遇到了很多的困难,包含在整个系统的各个方面。
当我们发现困难的时候,我们会在网上找相关的资料,然后一起讨论,把困难给解决。
当然很多时候,这不是一个很容易的事儿,很多东西不是那么容易就给解决的,这时候我们会从不同的方案中选择、实验,淘汰掉那些不能达到目的的方案,最
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