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1、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，还应根据具体硬件测控电路，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的
2、控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。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AT89S51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，开门报警等功能。 目录l 目 录 2 -l 概论 设计思想- 3 -工作原理- 3 -设计的主要功能及要求- 4 -l 硬件设计系统结构图- 5 -微处理器（单片机）- 5 -温度传感器- 6 -DS1820使用中注意事项.- 9 - 电压检测装置- 10 -功能按键- 10 -故障报警电路- 10 -系统原理图.- 11 -l 软件部分主程序- 12 -
3、初始化子程序- 15 -键盘扫描子程序- 16 -打开压缩机子程序- 18 -关闭压缩机子程序- 19 - 延时子程序.- 20 -总结.- 21-l 心得体会- 22 -l 参考文献.-23-概论l 设计思想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，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
4、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.l 工作原理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
5、被压缩机吸入，在被吸回压缩机的过程中，制冷剂蒸气仍然从外界吸取热量进行汽化，因此压缩机的吸气管也是低于环境温度的，用手摸感到些凉。而压缩机的排气管却相反，因为排气管内是高温高压的制冷过热蒸气，故其外表温度比环境温度高，用手触摸的感觉是热的。至此，完成一个循环。压缩机制冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性，因此充分发挥了制冷剂的特性。制冷剂在系统内要经过四个连续的热变化过程：即压缩、冷凝、节流、蒸发。制冷系统内所有部件的根本任务是保证这四个过程的顺利进行。l 设计的主要功能及要求(1)设定2个测温点，测量范围：26C26C，精度0.5C；(2)利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温
6、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180240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。 硬件设计l 系统结构图控制系统结构如图1.1 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。过欠压检测压缩机通断电延时电路LED显示键盘8155 单片机AT89C51除霜电路压缩机控制故障报警装置温度传感器 1.1控制系统结构图l 微处理器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
7、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。他是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。INTEL公司的AT89C51芯片具有以下特性：l 4KB片内在系统可编程Flash程序存储器；l 时钟频率为033MHz；l 128字节片内随机读写存储器（RAM）；l 32个可编程输入/输出引脚；l 2个16位定时/计数器；l 5
8、个中断源，2级优先级；l 全双工串行通信接口；l 监视定时器；l 2个数据指针。单片机引脚如图1.2图1.2 AT89C51 单片机引脚图l 温度传感器DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，其内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图1.3所示。 图 1.3 DS18B20管脚图与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性：(1)独特的单线接口方式，DS1820在与微处理
9、器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。(2)DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。(3)DS1820在使用中不需要任何外围元件。(4)温范围55125，固有测温分辨率0.5。(5)测量结果以9位数字量方式串行传送DS1820测温原理如图1.4所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预
10、置值减到0时，温度寄存器的值将加1 ，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图1.4 DS1820测温原理图 在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5以9位数据格式表示，其中最低有效位（LSB）由比较器进行0.25比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25时，清除温度寄存器的最低位（LSB），当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25，置位温度寄存器的最低位（LSB）。DS18B20有六条控制命令，如表2.1所示：表2-1 DS18B20控
11、制命令指 令 约定代码 操 作说明 温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU CPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成
12、温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。l DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇
13、编语言实现。(2)在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。(3)连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距
14、离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。(4)在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。l 电压检测装置电压检测装置是为了保护系统的稳定运行，采用WB系列电压越限报警传感器WB系列电压越限报警传感器以电压隔离传感器为基础，增配比较器电路、基准电压设定电路、输出驱动电路组成，用来隔离监测主回路中的交流或直流电压，当被监测的电压超过预先设定的上限值，或低于预先设定的下限值时，给出开关量控制信号。l 功能按键图1.5按键电路因本系统使用的按键数目少，故按键采用硬件去抖。按键电路如图1.5所示。用两个与非门构成一个RS触发器。当按键未按下时输出为1;刚键按下时输出为0。此时即使用按键的机器性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开(抖动跳
