基于单片机的电冰箱温度控制器设计-韩凯

课程设计大纲学院名称电气工程与自动化学院课程名称传感器原理开课系（或教研室）测控技术与仪器执笔人韩凯审定人孙凯修（制）订日期2013年1月13日2山东轻工业学院课程设计任务书学院电气工程与自动化学院专业测控技术与仪器姓名韩凯班级10-2学号201002051071题目基于单片机的电冰箱温度控制器设计主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容利用51单片机、温度传感器DS18B20、过欠电压检测电路等设计出冰箱温控器二、基本要求掌握51单片机的使用，掌握温度传感器与相关电路的工作原理与设计关键点。本系统可实现电冰箱温度设置、电冰箱过欠压检测、开门显示、压缩机开启延时等功能。三、参考文献[1]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].北京:人民邮电出版社,2006[2]张鑫等.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2006[3]谭浩强.C程序设计(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2005[4]周兴华.单片机智能化产品——C语言设计实例详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007[5]张齐等.单片机应用系统设计技术——基本C语言编程[M].北京:电子工业出版社,2004[6]王东锋,董冠强.单片机C语言应用100例[M].北京:电子工业出版社,2009[7]余瑾,姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J].单片机开发与应用,2009,25（3-2）:105-106.完成期限：自2013年1月6日至2013年1月10日指导教师：孙凯系（或教研室）主任：孙涛3目录第1章绪论..........................................................51.1课题研究背景及目的............................................51.2电冰箱的基本介绍.............................................51.3本设计研究内容...............................................6第2章总体设计方案..................................................62.1功能要求.....................................................62.2方案论证.....................................................62.2.1方案一..................................................62.2.2方案二..................................................7第3章系统的硬件设计................................................83.1硬件电路的重要芯片介绍.......................................83.1.1MCS-51单片机STC89C52...................................83.1.2温度传感器DS18B20.....................................103.2部分电路简介................................................133.2.1过欠电压检测电路.......................................133.2.212864液晶连接电路.....................................14第4章系统软件程序设计.............................................164.1显示子程序..................................................174.2DS18B20程序.................................................184.3预置温度调节程序............................................194.4判断控制程序................................................204.5开启延时程序................................................21第5章分析与结论...................................................22总结与体会...........................................错误!未定义书签。参考文献............................................................24温控器系统原理图.....................................错误!未定义书签。4摘要单片机是实时检测和自动控制系统中心一个核心器件。本文设计的基于单片机的电冰箱温度控制器系统是利用温度传感器DS18B20采集电冰箱冷藏室的温度，通过INTEL公司的高效微控制器STC89C52单片机进行信号控制，从而达到智能控制的目的。本系统可实现电冰箱温度设置、电冰箱过欠压检测、开门显示、压缩机开启延时等功能。通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进，实现了电冰箱的智能控制，使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷，且节能效果良好。关键词：单片机；电冰箱；温度控制；过欠压检测；开启延时5第1章绪论1.1课题研究背景及目的冰箱是深刻改变了人类生活的现代奇迹之一。在人们发明冰箱之前，保存肉类的唯一方法是腌制，而在夏季喝到冰镇饮料更是一种奢望。随着国民经济的日益发展,人民的生活水平有了很大的提高,冷冻器具在家庭,医院,旅馆,餐厅和科研单位得到了广泛的应用。电冰箱作为应用较为普及的家用电器,近年来,随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展,其呈现迅猛发展,电冰箱向大容量、多功能、无氟、节能、智能化、人性化方向发展,因此传统的机械式、简单的电子控制难以满足现代冰箱的发展要求。电冰箱一般设有冷冻室和冷藏室。冷冻室的温度为:-16～-24℃。冷藏室的温度为:2～8℃。电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度,达到食品保鲜的目的。而此次设计的目的则是熟悉温控器的原理，并通过开发板模拟实现电冰箱温控器。1.2电冰箱的基本介绍冰箱的基本原理很简单：冰箱利用液体蒸发吸收热量。冰箱中使用的液体（即制冷剂）会在极低的温度蒸发，使冰箱内部保持冰冻温度。所有冰箱都由五个基本部件组成：压缩机热交换管，冰箱外部呈弯曲或盘曲状的管道安全阀冷交换管，冰箱内部呈弯曲或盘曲状的管道制冷剂，冰箱内蒸发以制造低温的液体很多工业冰箱使用纯氨作为制冷剂，纯氨在-32℃时蒸发。压缩机压缩制冷剂气体，这将升高制冷剂的压力和温度（橙色），而冰箱外部的热交换线圈帮助制冷剂散发加压产生的热量。当制冷剂冷却时，制冷剂液化成液体形式（紫色），并流经安全阀。当制冷剂流经安全阀时，液态制冷剂从高压区流向低压区，因此它会膨胀并6蒸发（浅蓝色）。在蒸发过程中，它会吸收热量，发挥制冷效果。冰箱内的线圈帮助制冷剂吸收热量，使冰箱内部保持低温。然后，重复该循环。1.3本设计研究内容在本次课题研究中我将参考从各个方面收集到的文献，博取其精华。研究方法则是采用C51单片机开发板模拟电冰箱工作环境，并模拟设定电冰箱各项参数，以研究电冰箱温控器的工作原理及设计。研究的内容主要包括以下方面：1、液晶显示的工作原理，并通过液晶将各项数据显示在冰箱外；2、温度控制器原理，制冷原理，自动控制电冰箱工作使其通过制冷达到所设定的温度；3、智能检测电冰箱工作电压是否正常，避免压缩机烧坏；4、继电器工作原理，模拟对压缩机的通/断电操作；5、单片机C程序编程语言；在本文中将介绍基于单片机的电冰箱温控器设计的总体设计思想和方案，及用得到的部分芯片及硬件设计的原理，还有软件设计过程中的思想和方法等。第2章总体设计方案2.1功能要求通过液晶显示所设定的温度，温度能随意调节，能自动控制电冰箱工作，使其通过制冷达到所设定的温度。2.2方案论证根据毕业设计的要求，我们可以知道在本次设计中最重要的部分就是温控器，温控器的选择将决定外部电路的设计，所以温控器的选择具体有两种以下方案。2.2.1方案一在日常生活及工农生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件7有热电耦和热电阻。温控器的第一选择就可以选择热电耦和热电阻，他们测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，但是需要比较多的外部硬件支持。因此这种选择就有如下主要缺点：●硬件电路复杂；●软件调试复杂；●制作成本高；2.2.2方案二采用美国DALLAS半导体公司生产的高性能数字智能温度传感器DS18B20。DS18B20作为检测元件，测温范围为-55~125℃，最高分辨率可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。所以在本次毕业设计中采用方案二，使用DS18B20作温控器配合51单片机STC89C52进行设计。按照系统设计功能的要求，确定系统由6个模块组成：主控制器、测温电路、液晶显示电路、过欠压检测电路、按键电路、继电器压缩机电路。温度控制器总体电路结构框图如图2-1所示。STC89C52主控制器DS18B20过欠压检测12864液晶继电器压缩机按键电路图2-1温度控制器总体电路结构框图8第3章系统的硬件设计3.1硬件电路的重要芯片介绍温控器电路设计原理图如附录A所示，控制器使用单片机STC89C52，温度传感器使用DS18B20，及12864液晶显示屏实现温度和其他显示。3.1.1MCS-51单片机STC89C52单片微机封装形式为双排直列式结构（DIP），引脚共40个。如图3-1所示。MCS－51单片机STC89C52其内部基本组成为：一个8位的中央处理器（CPU），256byte片内RAM单元，4Kbyte掩膜式ROM，2个16位的定时器／计数器，四个8位的并行I/O口（P0，P1，P2，P3），一个全双工串行口5个中断源，一个片内振荡器和时钟发生电路，可编程串行通道，有低功耗的闲置和掉电模式。这种结构特点决定了单片机具有体积小、成本低、可靠性高、应用灵活、开发效率高、易于被产品化等优点，使其具有很强的面向控制的能力，在工业自动化控制、家用电器、智能化仪表、机器人、军事装置等领域获得了广泛的应用。EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.5(MOSI)6P1.6(MISO)7P1.7(SCK)8(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U1STC89C52图3-1MSC-C51单片机STC89C52引脚图92．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。P