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1、毕业设计（论文）1 绪论11课题背景当今科技发展日新月异，人们生活水平迅速提高，家用电器越来越受到人们的重视。随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用己经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性，信息技术和网络化技术的发展，为家用电器的智能化提出了更高的要求 。将信息技术与家电控制技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化，满足人们舒适、高节奏的生活需要，正是消费类电子产品下一步的发展趋势。随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用己经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性，信息技术和网络化技术的发展。当前，
2、世界许多国家家用电器制造商和科研机构都投入了大量人力物力和资金，运用现代高新科技，研制和开发着眼于21世纪的家用电器。有人曾经预言：21世纪将是智能家电的世纪。所谓智能家电，是指运用现代最新科技，通过计算机及其他辅助设备来研制开发的新一代具有智能功能的家用电器，能够尽量带给人们方便，满足人们的需求。 本文就是利用本专业知识，开发出一种适合市场需要的单片机温度控制系统-家用智能电冰箱的主控板。本课题在对家用电冰箱发展状况及其市场调研的基础之上，提出了一种基于PIC16C711单片机的电冰箱主控板的设计方法。12电冰箱的现状电冰箱让鲜货随手可取，人们的生活已经越来越离不开电冰箱。20世纪以前，用冰
3、箱保存食物是不可想象的，20世纪没有电冰箱的生活是不可想象的。时下，家电产品日新月异，家用电冰箱也不例外。近几年，我国电冰箱市场将进入新一轮消费高潮，产品类型新老交替。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010。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
4、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。 针对上述的情况，本文给出了一种新型智能电冰箱的设计方法。有效的解决的目前电冰箱使用过程中的一些问题。372 温度控制系统总体设计方案21引言 本章主要提出了温度控制系统的总体的设计思想，画出总体设计框图。详细介绍了单片机温度控制系统的功能特点，为满足上述功能要求，制定了一系列的实施方案。22设计思想 该系统是以单片机为核心实现温度控制的，通过传感器采集外部温度信号，然后把温度信号
5、转变为电信号，再通过A/D转换模块进入单片机，单片机通过运算得出温度值，根据所要求的范围来控制压机、风机、加热丝等外部器件的动作。总体设计框图如图2-1所示。 单 片机信号采样冷藏温度传感器冷冻温度传感器冷藏室冷冻室按键信号状态指示外部器件 图2-1 PIC16C711外部结构图 Figure 2-1 the configuration23 功能特点本装置具有以下功能： 状态指示功能 温度控制功能A 刚上电时，若箱内温度处于开机点与关机点之间，则不开机，直到温度回升到开机点时才能开机。B 冷藏室内开机温度固定不可调，关机温度可调，调节范围为-16-28。 C 冷冻传感器：开机点温度为-10，关
6、机点温度为-15。D 冷藏传感器与冷冻传感器同时控温。当其中有一传感器温度达到开机点时，则开机；当两者温度都达到各自关机点时才关机。 超温报警功能冷冻传感器的温度不能超过-5，超过-5时要求系统自动报警。 低温补偿功能 自动化霜功能：压机累计工作18小时30分钟，自动化霜。从进入自动化霜时开始计时，90分钟内超温报警功能被屏蔽。 强制化霜功能：强制化霜时间为30秒 传感器故障保护功能A 当冷藏传感器出现开路或短路故障时，开关机由冷冻传感器单独控制。B当冷冻传感器出现开路或短路故障时，开关机由冷藏传感器单独控制。C当冷藏传感器和冷冻传感器同时出现开路或短路时，进入开机20分钟，停机20分钟的固定
7、循环状态。D 在传感器故障时，红色指示灯闪烁;当传感器与超温报警条件同时存在时，红色指示灯的传感器故障报警显示功能优先。 延时保护功能: 每次压机关机后，强制停机5分钟1分钟，然后进入正常控制。 掉电记忆功能：掉电60分钟内，记忆自动化霜状态值及压机累计工作时间。24 设计方案为满足上述功能要求，制定了以下方案：一、使用三个不同颜色的发光二极管指示三个不同的工作状态： 绿灯：电源指示灯，工作时绿灯常亮。 黄灯：低温补偿指示灯，进入低温补偿状态时黄灯常亮。 红灯：超温报警及传感器故障指示灯，进入超温报警状态时，红灯常亮，传感器出现故障时，红灯闪烁。二、温度控制功能中的A、C、D点通过软件来实现，
8、而B点的功能通过电位器的调节来实现。三、自动报警采用光报警形式，设定红灯为报警灯，当冷冻传感器温度-5时，系统进入报警状态，红灯常亮，一旦冷冻传感器温度低于-5，红灯熄灭。四、单片机外部加一低温补偿键，当键按下时，单片机进入低温补偿状态，黄灯亮，接通补偿加热丝。再按下低温补偿键，黄色切换指示灯灭，断开补偿加热丝，退出低温补偿状态。五、系统进入自动化霜状态后单片机控制压机风机断开，接通化霜加热丝。工作30分钟后，断开加热丝，接通压机，再过15分钟，接通风机，自动化霜结束，进入正常控制。一进入化霜状态，屏蔽超温报警功能，定时器计时90分钟，90分钟后恢复超温报警功能。六、单片机外加一强制化霜键，键
9、按下时断开压机和风机，接通化霜加热丝，30秒后，断开化霜加热丝进入正常控制。七、传感器故障保护功能的实现关键在于检测故障的方法，我是通过检测温度采样信号来判断的，当信号为0v时，说明传感器开路；为5v时，说明传感器开路。检测故障后置标志位，然后执行相应程序。八、每次压机停机后，屏蔽允许开机标志位，调用延时子程序，延时时间到后，恢复允许开机标志位，再进入正常工作。九、掉电记忆功能：在电源部分加一储能元件，在电源掉电时继续给单片机供电。25其它控制算法 不同的控制对象，所采用的算法有所不同。例如对于热惯性大、时间滞后明显、耦合强、难于建立精确数学模型的大型立式淬火炉，可以采用人工智能模糊控制算法，
10、通过对淬火炉电热元件通断比的调节，实现对炉温的自动控制，也可以采用仿人智能控制（SHIC）算法和PID控制算法的联合控制方案，实际应用时应灵活运用。3 单片机选型及其简介31引言 PIC16C711是一种性能高、价格低、小封装、采用CMOS工艺、全静态设计的8位单片机，它是PIC16C5X系列改进型的第一个新成员。对PIC16C5X系列有了解的读者将会看到它是和PIC16C5X向上兼容的，为PIC16C5X编写的程序很容易移植到PIC16C711中。与PIC16C5X系列相比，PIC16C711增加了4种硬件中断及4路的A/D转换，从而使它成为一种性价比很高的单片机，它所具备的特点可以减少设计
11、中的很多外围部件，从而使设计更简洁、可靠、成本更低。PIC16C711同样具有OTP（一次性可编程型），开发起来很方便。本章详细介绍了选择PIC16C711的原因及其主要特点。32单片机选型 通过总体设计的分析，本系统有六路输入和五路输出，所以需要十一个I/O口；五路输入中有三路模拟输入信号，需要经过A/D转换，所以还需要A/D转换模块。 基于以上要求，在设计之前我查阅了大量的单片机资料，并且进行了大量的考察工作。通过考察我发现PIC系列单片机应用广泛，且具有低功耗、高性能、驱动能力强等多方面的优点，自带A/D转换。由于我的设计需要A/D模块，并且需要的I/O口数量不是很多。所以我选择了PIC
12、16C711芯片，因为：（1） PIC16C71单片机具有4路模拟输入功能，这种特点使之能够满足冷藏传感器、冷冻传感器，以及基准电压的的输入，系统不需要专门的A/D转换装置。（2） PIC16C71单片机自身具有1K容量的程序存储器，考虑到电冰箱控制系统控制功能简单，程序量小，可以不需要为系统扩展大容量的程序存储器。（3） PIC16C71单片机总共具有13路I/O端口，可以满足系统功能的要求，不需另外扩展。（4） 另外，PIC单片机价格便宜，指令简单，非常适合开发此类产品。33 PIC16C711简介331 基本特性 美国Microship公司的PIC16C711单片机是一种CMOS工艺的8
13、位单片机,PIC16C711单片机在仪表、控制领域有着得天独厚的条件,具有高性能RISC结构CPU、8级硬件堆栈、13个双向I/O 口、4 路8 位A/D 、8 位定时/计数器；具有中断功能、上电复位和睡眠工作方式；I/O 驱动吸收电流为25mA；片内RAM 容量为68Bytes；片内EPROM容量为1K14；工作电压3 6 V；此外PIC16C711 单片机片内还具有看门狗电路。因此在利用单片机进行模拟量测量的场合, PIC16C711单片机是一种理想单片机, 由于其指令简单(仅35 条),操作方便,自问世以来倍受欢迎。可以肯定, PIC16C711 单片机在我国近年来将得到广泛应用。然而,
14、在许多情况下,数据还需系统机处理,这样必须通过通讯电路完成数据的传递。由于PIC系列单片机没有串行口, 故为PIC系列单片机设计通讯电路与软件是应用此类单片机的必需条件。一、主要功能特点1、RISC特点的CPU（1）仅37条指令，全部为单字节（14位宽）。（2）除分支跳转指令为双周期指令外，其余指令都是单周期指令。（3）指令周期：4MHZ振荡频率下1us.20MHZ下200ns。（4）数据线和指令线独立分开，分别为8位宽和14位宽。（5）片内102414的程序存贮空间。（6）36个8位通用寄存器（SRAM）。15个特殊功能寄存器。（7）8级子程序堆栈。（8）直接、间接和相对三种寻址方式。（9）
15、4个中断源:外部触发中断INT，定时器/计数器RTCC溢出中断，A/D转换结束中断和四个RB端口引脚电平变化引起的中断。2、外围特点（1）13个双向可编程I/O口。（2）I/O口驱动能力强，其灌/拉电流可直接驱动LED显示。（3）带有8位预设倍率的计数器RTCC。（4）4路A/D输入：能采样及保持；转换时间20us;8位分辨率，精度1LSB；外部参考电压输入Vref(Vref=vdd);模拟量输入范围：vssvref。3、微控制器特性（1）内置上电复位电路（POR）。（2）电源上升定时器，以利稳定电源的建立。（3）振荡起振定时器，以利稳定振荡的建立。（4）自振式看门狗（WDT）。（5）程序保密熔丝，保护片内程序代码不被非法拷贝。（6）低功耗模式（SleepMode)。（7）四种用户可选择振荡方式：低成本RC振荡；标准晶体/陶瓷振荡XT；高速晶体/陶瓷振荡HS；低功耗晶体振荡LP。（8）102414用户可编程程序存贮器。4、CM
