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1、目录摘 要 11 引言 12 设 计 思 路22.1 设计 任 务 22.2 设计的理 论基础 22.3 冰箱的系 统组成 22.3.1 蒸汽式压缩机 电冰箱 22.3.2 直冷式电冰箱 32.4 总体设计方案选择 32.5 方案总体介绍43 硬件系统 设计 43.1 系统总体结构43.2 温度采集模块53.2.1 温度采集模块 的选择53.2.2 DS18B20 测 温 电路 63.2.3 测量数据 的比较73.3 单片机系统及液晶模块 73.3.1 微处理器（ 单片机）73.3.2 显示电路的设计 83.4 输 出控 制 模 块 94 软 件设 计 94.1 主程序流程框图 104.2 D
2、S18B20 工作 的 流 程 图 125 调 试与 实 验 125.1 使 用说 明 125.1.1 Keil 单片 机 模 拟 仿 真 125.2 功 能测 试 145.2.1 温度测量分辨率 145.3 晶振的选择 14附 录 1 硬 件原 理 图 15冰箱冷藏室温度智能控制系统摘要：本智能温度控制主要由温度采集模块、液晶显示模块、单片机智能 控制模块和输出控制模块组成。此次设计相比于传统的冰箱温度控制器，温度 信号更加精确，利用单片机控制冷藏室温度在1C5 C之间，当温度低于1C, 继电器不工作；当温度高于5 C,继电器开始工作，并且利用液晶显示冷藏室 温度的变化。关键词：温度采集；
3、液晶显示； 温度控制1 引 言随着集成电路的发展， 单片机的功能也越发的多样。单片机因为他本是的 诸多优点， 比如功能强、体积小、可靠性高、开发的周期短， 成为各种检测控 制方面被广泛应用的元器件， 在电子工业生产中变为不可缺少的存在， 特别是 在我们日常的生活生产中也发挥了很多的作用1。而在日常生活中， 冰箱已经 成了家庭生活中不可缺少的一部分， 就此对于冰箱的性能要求也越来越高。在 这其中冰箱的智能温度控制是现今市场上冰箱重要选择。现在市面上的冰箱大多都包含着两部分， 分别是冷藏室和冷冻室。其中冷 藏室用于冷藏食物， 要求有一定的保鲜作用， 不可冻伤食物； 冷冻室一般用于 对食物的冷冻作用
4、。现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通用技术） 和信息处理（计算机技术）。目前信息技术中前端的产品就是传感器， 而其中被 广泛应用在工业生产、科学研究方面的传感器就是温度传感器， 在这些领域中 温度传感器的应用是位于各种传感器的第一位2。智能温度传感器最早是出现在 20 世纪 90 年代的中期，在其内部就应用了A/D转换器，但他测量的温度范围比较低，而且也只有1 C的分辨率。到了 21 世纪以后， 智能温度传感器正在迅速的朝着高精度、多功能、总线标准化、高 可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技 的 方 向 发展 3 。传统电冰箱的温度一
5、般是由冷藏室控制。 冷藏室、冷冻室之间不同的温度 是通过调节蒸发器在两室的面积大小来实现的， 温度的调节完全是依靠压缩机 的开停来控制。 但是影响冰箱内部温度的因素有很多种：如放到冰箱内的食物 他自身温度的大小、还有他们散热性能高低、食物放在冰箱里的充满率大小、 环境温度的高低、开启冰箱门的频率等4。因此对于这种受到诸多参数要求和 很多随机性的温度的控制，如要建立一个相对标准的数学模型是很困难的，同 样的也无法 用传统的 PID 来进行调节。而本次的设 计，主要 是通过温度传 感器 DS18B20 来对电冰箱冷藏室温度 进行采集， 通过 STC89C51 单片机进行 数字 信号的处理，从而达
6、到冷藏室温 度智能控制的目的。2 设 计 思 路2.1 设 计任 务在此次的设计当中，要设计的是一个冰箱冷藏室温度智能控制系统。控制 冰箱冷藏室的温度。使冷藏室的温度控制在15 c之间，当冷藏室温度低于i r 时，继电器停止工作；当冷藏室温度高于5c时，继电器开始工作。2.2 设计的 理 论 基 础这次冰箱冷藏室温度智能控制系统的设计， 主要是通过对于核心芯片单片 机的设计， 使得冰箱内冷藏室温度的控制更为的方便和准确。 一般传统冰箱的 温度控制是分别通过调节蒸发器在冷冻室和冷藏室的面积大小来实现的， 温度 的控制完全依赖于压缩机的开停。 但冰箱内部两室温度的控制是受很多因素的 影响， 比如环
7、境温度、开门的频率或是存放在冰箱内物品的本身散热程度。 因 为这些不定因素的影响， 两室的温度就很难准确的进行控制4。2.3 冰箱 的 系 统组 成2.3.1 蒸汽式压缩机 电冰箱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进行制冷的。蒸气式压缩机电冰箱制冷系统原理图如图 2-1 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
8、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5。2.3.2直 冷图2-1 蒸汽式压缩机X 2 燕发器1 3压轴机：4一拎燧器匸S干煤过滤罰；6-巨细诲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 温度为一3C一15C,冷藏
9、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0C109,当测得冷藏室 温度高至10C13C是启动压缩机制冷，当测得冷藏室温度低于0C3C 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4。2.4 总体设 计 方 案 选择方案一：PID温度控制利用热电偶来进行温度的采集， 而当通过热电偶采集的温度和希望温度的给定值不相同时，PID控制可根据测量的温度信号和希望的温度信号进行比例、 积分、微分的运算6。从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值 恢复到给定值，达到自动控制的效果。但该方案实 施起来并不 稳定，有 着很多的不确
10、定的因素，而 且运用 PID 温 度控制对精度的要求很难满足，无法使温度的控制达到一个理想的效果，此时 就考虑到了运用单片机来进行温度的控制。方案二：单片机温度控制 运用单片机来进行温度的控制，可以直接运用核心单片机芯片对温度传感 器采集来的温度信号进行比较和处理，并通过液晶显示。而且还可以通过温度 的比较来决定是否启动继电器，从而启动或停止压缩机，控制压缩机的工作。运用单片机控制温度相比于 PID ，对于信号的采集调节更加的精确，而且 受其他因素的干扰更加的少。所以在本设计中我选用第二个方案，即单片机温度的控制。2.5 方案 总 体 介绍 本设计通过温度传感器，对冰箱内部冷藏室的温度进行一个
11、采集，对采集 来的温度数据传递到单片机上。由单片机对采集的温度进行比较，最后通过比 较的数据变化来调节其他系统电路的控制，实现一个降温的过程。此外，采集来的温度数据利用液晶显示在显示屏上，来显示冰箱内的温度， 使用户可以了解现在温度变化的过程。3 硬 件 系 统设 计3.1 系统总 体 结 构 冰箱冷藏室温度智能控制器的研究，主要可分为四个主要部分：温度采集 模块、单片机控制模块、显示电路及输出控制模块。图 3-1 为电冰箱温度智能控制系统框图。其 中单片机为核心控制系统，读 取从温度采集模块采集来的温度信号，并进行对比、调节输出到显示电路进行 运行，并产生时钟信号使液晶显示出来，最后控制输出
12、控制电路的运行。输出控制图 3-1 硬件系统框 图3.2 温度 采 集 模块3.2.1 温度采集模块 的选择 温度采集模块主要是对温度信号进行一个采集，并把采集来的信号传输到 核心芯片即单片机当中去，在单片机中进行信号的分析和处理，这部分是本次 设计的关键。在传统的远距离模拟信号温度测量系统中，存在着引线误差补偿、多点测 量切换误差和放大电路零点漂移误差等多个技术问题，而这些问题必须要很好 的解决才可能达到一个较高的测量精度2。方案一：热电偶进行温度采集 热电偶是应用测温工作范围最多的温度采集器件。而且热电偶的测温范围 也非常广，在-200 C到2500 C之间，具体取决于所使用的金属线。并且
13、热电 偶的响应快、不会自身发热而且坚固耐用。但是热电偶采集温度之后信号调理非常复杂，而且处理不当就会引入误差， 导致精度的降低7。 并且除了这一点之外， 热电偶也非常容易受腐蚀， 而且其 本身的精度较低，一般都在1C 2 C之间。方案二：DS18B20进行温度采集DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司生产的的新型数字温度传感器。具 有耐磨耐碰， 体积小， 使用方便， 封装形式多样， 适用于各种狭小空间设备数 字测温和控制领域。 并且 18B20 是独特的单线接口方式， 在与微处理器连接 时仅需要一条口线即可实现微处理器 DS18B20 的双向通讯8。虽然在测温范围中，DS18B20无法和热电偶进行比较，测温范围是-55 C125 C,但DS18B20的精度却比热电偶高，固有的测温分辨率为0.5 C。并 且 DS18B20 自身就具有 A/D 转换， 使用 DS18B
