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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电冰箱的温度测控系统设计.精品文档.摘 要自从1974年石油危机以来，节约能源的呼声越来越强烈。在这种情况下，人们就提出了发展低能耗家用冰箱的要求。与间冷式冰箱相比，直冷式冰箱效率高，能耗低。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。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DS18B20温度传感器对冷藏室温度,冷冻室
2、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。关键词：AT89C51单片机,A/DC0809,8279，DS18B20，直冷式电冰箱的电控系统。AbstractSince the oil crisis in 1974, the voice of energy conservation is becoming stronger and stronger. In this case, people put
3、forward the requirements of the development of low energy consumption of household refrigerators. Compared with direct refrigerator, refrigerator with high efficiency, low energy consumption.in recent years, with the development of microelectronic technology, sensor technology and computer control t
4、echnology, people on the refrigerator control function and the higher, which to the refrigerator controller proposed higher requirements, multi function, humanization and energy-saving is the direction of its development. To this end, this paper introduces the using AT89C51 microcontroller as the co
5、re controller, the working process of the refrigerator control, and voice will prompt some refrigerators working process and the control process is more humanized. Through DS18B20 temperature sensor to the temperature of the refrigerating chamber, were detected with the temperature in the freezing c
6、hamber, and will produce the analog signal, through the ADC0809 A / D conversion into the microcontroller; the frost thickness is through the thermistor for temperature detection to generate interrupt signal into the microcontroller. Temperature detection signal after the microcontroller processing
7、language to adjust the compressor and the heater, meet the requirements of consumers set up the temperature, realize the automatic function of the cream.Keywords: AT89C51 microcontroller, A/DC08098279, DS18B20, Electric control system of direct cooling refrigerator第一章 引言1.1论文研究的背景和意义随着家用电冰箱的普及，人们对电冰
8、箱的控制功能要求越来越高，这对冰箱控制器提出了更高的要求，多功能、智能化、操作方便是其主要发展方向，传统的机械式控制、简单的电子控制已经难以满足其发展要求，而以单片机为核心的电冰箱控制器具有功能强、成本低、测温精度高、通用性强等特点，正得到越来越广泛的应用。直冷冰箱结构简单,价格较低,耗电量相对少,食品保鲜度好，但须经常除霜;间冷冰箱适应环境温度的范围较广，降温速度快，冷冻温度低，无须除霜，使用方便，结构相对复杂价格较高，耗电量也相对较大，食物易风干。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
9、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。温度是表征物体冷热程度的一个物理量。在工农业生产和人们的日常生活中，对于温度的测量及控制一直占据着重要地位。传统的常用测温元件主要有热敏电阻、热电偶、温敏二极管和普通的集成温度传感器等，但是它们或多或少存在一些不足。由美国Dal
10、ls 公司推出的单总线数字温度传感器DS18B20，以其高集成度、高精度、高可靠性、接口简单、使用方便等诸多传统的测温元件无法比拟的优点而成为我们设计的温控系统的温度传感器首选。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。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。1.2电冰箱的系统组成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
11、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制冷的。蒸气压缩式电冰箱制冷系统原理图如图1-1 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
12、始的运行，保证了制冷过程的连续性。图1-1 电冰箱制冷系统原理图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3C15C,冷藏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0C10C，当测得冷冷冻室温度高至3C 0C时或者是冷冻室温度高至10C13C是启动压缩机制冷，当冷冻室温度低于15C18C或都冷藏室温度低于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。1.3工作原理根据冷藏室和冷冻室的温度情况决定是否开压缩机，若冷藏室的温度过高，
13、则打开电磁冷门V1,关闭阀门V2，V3，同时打开压缩机，产生高温高压过热蒸气，经过冷凝器冷凝，干燥过滤器干燥，毛细节流管降压后，在蒸发器汽化制冷，产生低温低压的干燥气体。经过电磁阀门V1 流入冷藏室，使冷藏的温度迅速降低，当温度达到要求时关闭压缩机，同时关闭电磁阀门V1 。若是冷冻室的温度过高，则应打开V2关闭V1, V3 。电磁阀门V3主要用于冷冻室的化霜。需要化箱时打开V3,从压缩机流出的高温高压气体流经冷冻室可匀速将冷冻室霜层汽化。达到化霜的效果。一般化霜的时间要短，不然会伤存放的食品。1.4 对电冰箱的控制要求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
14、在设定温度范围内。一般当蒸发器温度高至3 一5时启动压缩机制冷，当温度低于一1O 一一2O 时停止制冷，关断压缩机。采用单片机控制，可以使控制更准确、灵活。电冰箱采用单片机控制主要功能及要求是：a)人工智能，自动调温：在人工智能状态下，电冰箱能够随环境温度变化而自动调节温度设置，无需人为调节，便能达到最佳制冷效果。b)LED(发光二极管)显示，数字温控：利用LED显示冷冻室、冷藏室温度以及压缩机启停和速冻、报警状态，动态显示电冰箱的运行情况。c)冷藏、冷冻温度调节：利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等。e)速冻功能：运用细胞保活技术，以超强制冷能力，使食品迅速通过最大
15、冰晶生成带，不破坏细胞结构，保持细胞活力，营养成分不散失，保鲜效果好。连续速冻时间设定范围1 h一8 h。f)自动化霜功能：当霜厚达3mm时自动除霜g)压缩机断电延时保护功能：电冰箱每次开机上电时，检查压缩机停机时间是否已经延时3 min。压缩机若已经延时3min，可以立即启动；若延时未到3 min，则继续延时到3 min后才可以启动。h)开门延时报警：当电冰箱开门超过2 min时发声报警。i)工作电压保护：工作电压180 V一240 V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。第二章总体设计方案2.1 总体设计方案简介主机电路如图2-1所示。控制器以AT89C51单片机为核心，输入通道
16、由温度传感器DS18B20、霜厚度传感器MF531和AD转换器ADC0809组成，两支温度传感器分别用于测量冰箱的冷藏室、冷冻室温度，键盘主要用于设定冷藏室、冷冻室的上下限温度，启动除霜、快速冷冻等功能。LED和指示灯可随时显示冷藏室和冷冻室温度。声讯电路是用于电冰箱工作状态的超限报警等。压缩机控制电路用于控制压缩机的工作，以对电冰箱温度进行自动控制。除霜控制电路用于控制接通或断开电热丝，达到对电冰箱除霜的目的。图2-1系统总体设计硬件方框图外围电路是AT89C51工作的基础保障电源电路提供稳定的+5V工作电压；时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号；复位电路使单片机实现初始化状态复位。键盘
17、电路用于向系统输入运行参数，控制系统的运行状态。通过键盘扫描等程序设计把键盘输入的数据在液晶显示器上显示。LED电路用来显示键盘输入的数据，DS18B20实现对冷冻室和冷藏室的温度检测，ADC0809完成对温度的模数转换，将信号上传给单片机，其功能是靠硬件电路的设计和软件程序的结合来实现的。热敏电阻感测温度，判断霜厚程度，产生中断信号，结合单片机软件程序，控制加热器的启动与停止，完成自动除霜的功能。第三章 系统硬件电路设计3.1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AT
18、89C51。AT89C51 是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 ? 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图3-1所示图3-1 AT89C51单片机的引脚封装图3.1.1主要特性： 与MCS-51 兼容
19、 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路3.1.2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。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须
20、被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1
21、”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器
22、0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8E
23、H地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。3.2复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境也需按复位键以重新启动。AT89C51芯片内部有复位电路，RST引脚是复位信号的输入端高电平有效，复位方式有自
24、动复位和手动复位两种。本单片机系统采用自动复位方式复位。AT89C51的复位电路如图3-3所示：图3-2 X25045复位电路图3.3时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在AT89C51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器
25、和微调电容。AT89C51的时钟电路如图3-2所示：图3-3 AT89C51的时钟电路用晶振和电容构成谐振电路。电容C1、C2容量在1540pF之间，大小与晶振频率和工作电压有关。但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用30pF的电容作为微调电容。在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。3.4单片机系统电源设计3.4.1 12V稳压源的设计12V稳压源主要用于为比较器，固态继电器等提供稳压源。其电路图如图3-6所示：图3-4 12V稳压电源的设计电路图如图所示为双极性对称稳压电源电路，它采用两只三端稳压器LM781
26、2和LM7912构成的简单实用的对称型正负稳压电源。LM78系列输入电压为正电压，LM79系列三端稳压器输入电压为负电压，其他特性，两者较为相似。图中，C9，C10两个电容接LM7812的Vin端对外电源输入的电压进行平波和高频滤波，C11，C12两个电容接LM7912的Vin端对外电源输入的电压进行平波和高频滤波；C13，C1两个电容接LM7812的Vout端对整形后的电压进行滤波，C15，C16两个电容接LM7912的Vout端对整形后的电压进行滤波。该电源输出电压为12V，输出电流最大为l.5A。对LM7812，LM7912的选择，力求性能参数尽量对称。正、负三端稳压器均要加装合适的散热
27、器。3.4.2 +5V稳压电源的设计+5V电压源主要用于为AT89C51，ADC0809，8279，光敏二极管，LED，报警电路等器件及电路提供稳压源。电源（Vcc）是整个实验板正常工作的动力源泉。电源电压过大会大大缩短芯片的工作寿命，严重的会烧毁芯片及其它元器件；过小将不能驱动实验板工作电路。因此设定合适的电源电压值非常重要。此实验板主要芯片工作电压均位+5V左右，所以采用7805三端稳压 芯片将+12V整形为+5V直流给整个实验板供电。用LM7805设计的+5V稳压电源电路图如图3-4所示：图3-5 +5V稳压电源电路图LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，要求输入
28、输出电压差保持在2V以上，能提供直流5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流。图中，C5，C6两个电容接LM7805的Vin端对外电源输入的电压进行滤波；C7，C8两个电容接LM7805的Vout端对整形后的电压进行滤波，确保Vcc端输入+5V直流电压。D1为发光二级管，接通电源时，灯亮表示电源电路供电正常，否则电源电路出错。ML7805的引脚图如图3-5所示：图3-6 LM7805三端稳压器引脚图3.5 A/D转换电路ADC0809完成对冷冻室和冷藏室的温度采样以及对电源电压的采样，经A/D转换，需输入到
29、AT89C51单片机，所以，必须设计ADC0809与AT89C51的连接通信电路。在图3-8中，AT89C51的ALE引脚上输出的脉冲是1/6的单片机晶振，经二分频后，提供ADC0809的时钟脉冲，有利于两者的工作步调协调。P0口是地址/数据线，地址与数据分时复用，所以，ADC0809的三位地址需通过地址锁存器，以保证地址与数据的分时复用的正确性。ADC0809的三位地址A，B，C对8条通道进行选择，其中，A为低位地址，C为高位地址。IN0输入的是从冷冻室采样所得的转换为电压信号的温度值；INT1输入的是从冷藏室采样所得的转换为电压信号的温度值；INT2输入的是经采样的电源电压值。EOC是标志
30、通道中数据完成模拟到数字的转换的信号。当通道中数据完成从模拟到数字的转换后，EOC发出脉冲，经反相后，输入单片机的/INT0接口，产生中断信号。产生中断信号后，单片机结合中断程序，对中断进行处理，控制压缩机的运行和停止。3.5.1地址锁存器74LS373单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373以及CMOS的74HC373，是带三态缓冲输出的8D触发器，其引脚图如图3-7所示：图3-7 74L373引脚图3.5.2 ADC0809与AT89C51的接口电路两片芯片的连接图如图3-8所示：图3-8 ADC0809与AT89C51连接图3.6 冷冻室冷藏室温度检测采样电路在传统的模拟信号远距离
31、温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。我们在为冰箱测温系统中，为了克服上面提到的三个问题，采用了新型数字温度传感器DS1820，在对其测温原理进行详细分析的基础上，提出了提高DS1820测量精度的方法，使DS1820的测量精度由0.5提高到0.1以上，取得了良好的测温效果。3.6.1 DS1820简介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。与其它温度传感器相比，DS18
32、20具有以下特性。1）独特的单线接口方式，DS1820在与微处理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3.6.2提高DS1820测温精度的途径DS1820高精度测温的理论依据DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，将DS1
33、820的测温分辨率提高到0.10.013.6.3 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。
34、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
35、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。3.7电源过欠压保护电路电冰箱的过欠压保护电路是在电源变压器设计时就考虑到的，在变压器设计时，从变压器的次极可另外绕一组线圈，经整流滤波后的电压接人单片机的AD输人端，当电源电压变化时，此电压将随之变化，单片机把测到的电压与过欠压值相比较，当发现有过欠压现象时，将通过压缩机控制电路切断压缩机电源并报警，达到保护压缩机的效果。如图3-9所示。图3-9电源过欠压采样保护电路上图是仅用一个电压跟随器及几个分立元器件构成的电源过压欠压保
36、护电路。取样电压通过对输入的交流电源电压整流滤波后，经电阻分压，通过光敏电阻耦合，再经过电压跟随器而取得。它反映输入电源电压的变化。光敏电阻起到了隔离耦合的作用，可防止当电源电压很大时，产生的电压电流过大而损坏芯片及其他电路。取样所得的电压信号输入到ADC0809的IN2，结合软件编程，将电压信号从模拟信号转换为数字信号，并与软件设定的特定值相比较，当电压信号高于或低于某两个固定值时，ADC0809将向单片机产生中断，控制压缩机停止工作。3.8制冷与除霜控制电路传感器选用MF531型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度较高。把热敏电阻安装在距蒸发器3 mm的某个合适的位置上，当霜的厚度大于3 mm
37、时，热敏电阻接触到霜从而感到较低的温度，其电阻值R(t)变大，运算放大器输出信号有变化，经AD转换后送人单片机，经单片机分析、判断，给出除霜命令，接通化霜加热丝，同时断开压缩机和风机，30 min后断开化霜加热丝，接通压缩机，再经15 min后接通风机。3.8.1 锁存器74LS273（1）基本特性74LS273是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。CPU的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK端相连。（2）74LS273引脚图如图3-10所示：图3-10 74LS273引脚图（3）74LS27
38、3功能表表3-1 74LS273 功能表74LS273八D触发器输 入输出/CrCPDQn+1LLHHHHLLHLQn3.8.2 驱动控制电路的设计（1）制冷压缩机和除霜电热丝的启动和停止控制驱动电路如图3-11所示：图3-11 制冷压缩机和除霜电热丝的启动和停止控制驱动电路（2）工作原理：AT89C51单片机控制信号经P1.3和P1.4端口输出，并在P1.7的控制下，锁存在74LS273中，74LS273的输出在经达林顿驱动器MC1413后,驱动固态继电器SSR1和SSR2。当MC1413的16端有高电平输出时，SSR1的3、4引脚端接通，使加热丝接通电源而除霜。当MC1413的15端输出高
39、电平时，SSR2的3、4端接通，使压缩机绕组接通电源而启动，开始制冷。74LS273琐存控制信号，一方面，增加输出功率，另一方面，也防止单片机复位时引起控制的误动作。采用固态继电器作为压缩机和除霜电热丝的开关，属于无触电开关，内部是大功率的晶闸管电路，不产生火花，无电磁干扰，并使高压与单片机系统隔离。3.9键盘和显示电路3.9.1接口芯片8279简介8279引脚封装及引脚功能8279采用单5V电源供电，40脚封装。其引脚封装如图3-12所示：图3-12 8279引脚图键盘及LED电路采用6个功能键控制冷冻室、冷藏室及速冻温度设定4位LED负责显示冷冻室、冷藏室温度及压缩机启、停和报警等状态。显
40、示和键盘输人采用INTEL8279芯片。该芯片是一种专用的可编辑键盘、显示接口器件，使用该芯片可以很方便地实现键盘输人和LED控制两种功能。该芯片与单片机连接，可以提高单片机的工作效率。8051单片机的数据总线与INTEL 8279的数据总线D0D7连接，RD、WR控制线在操作逻辑上与INTEL 8279的RD、WR信号一致，可直接相连。P2口的一部分线经译码器译码后的一路输出作为INTEL 8279的片选信号cS.3.9.2 LED简介显示器是常用的输出器件。显示器件种类很多，有LED发光二极管、LED数码管、液晶显示器LCD、阴极射线管CRT等。本电冰箱的电控系统使用的是LED数码管。（1
41、）LED数码管显示器的结构LED数码管是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器。它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点。故通常称之为7段发光二极管数码显示器。LED数码显示器有两种连接方法，包括共阳极接法和共阴极接法。本电冰箱的电控系统使用的LED数码显示器所用的是共阴极接法。（2）共阴极LED数码显示器引脚封装图图3-13共阴极LED数码显示器引脚图3.9.3 键盘显示电路设计键盘显示电路是人与AT89C51进行人机交换的媒介，用于向CPU输入运行参数，控制系统的运行状态。键盘电路形式分为直接编码输入键盘和矩阵键盘。前者接口电路简单，一般应用于需要少量按键
42、的控制系统。后者因占用I/O引脚数少，常被按键较多的控制系统所采用。为了减少键盘电路占用I/O引脚数目，将键盘电路设计为44矩阵键盘形式。由于本设计中需4个按键，分别设置为功能键、加一键、减一键和确定键。通过功能键切换是设置冷冻室温度还是设置冷藏室温度；通过加一键和减一键设置温度值，所以只需设计为14的矩阵键盘即可。本设计的键盘电路如图3-14所示：图3-14键盘显示电路矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线选用RL0，并通过5.1K的电阻接正电源。行线通过驱动器75451连接4个LED的公共端，作为输出端，作为LED的片选信号；列线则作为输入，用于读回数据。非
43、编码式键盘识别闭合键通常有两种方法：一种称为行扫描法，另一种称线反转法。本设计用行扫描法。行线输出是低电平，当按钮没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。ALE信号经二分频后作为8279的时钟信号，从而与系统时钟同步。8279的OUTA0OUTA3和OUTB0OUTB3是动态扫描显示的输出口，输出单片机的数据，控制个各LED的显示字符。3.10 开门报警电路本设计含开门报警功能，当开门延时2min后发声报警，用于提醒使用者关门，以达到节电节能，延长电冰箱的使用时间。其电路图如图3-15所示：图3-15
44、开门报警电路图3.11 霜厚检测电路冷冻室中的水分会凝结成霜，因此，电冰箱应有自动除霜功能。该功能的实现方法是通过热敏电阻检测环境温度，来判断霜厚是否满足化霜条件。当满足化霜条件时，检测电路产生中断信号，经过单片机的处理，控制接通化霜加热丝，同时断开压缩机。当检测到的温度值在一定温度值以上后，断开加热丝，并接通压缩机，完成自动除霜功能。3.11.1 运算放大器LM324LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源1.5V15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为
45、0Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324引脚排列见图3-16。LM124、LM224和LM324引脚功能及内部电路完全一致。LM124是军品；LM224为工业品；而LM324为民品。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常
46、广泛的应用在各种电路中。 图3-16 LM324运放内部结构3.11.2 霜厚检测电路（1） 霜厚检测电路原理图如图3-17所示：图3-17霜厚检测电路图图中Rt为温度传感器，选用MF53-1型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度较高。其阻值和温度的关系为：Rt=286/（26.8+t）-2.68(k)A点电压与温度关系为:VA=(2.68*5)/(Rt+2.68)=1.26+0.047t（2） 除霜电路工作原理把热敏电阻器安装在距蒸发器3mm的某个合适的位置上,当霜厚大于3mm时,热敏电阻接触到霜而感到较低的温度,其电阻值Rt变大,A点温度降低,电压跟随器输出电压降低,经放大器放大,输入比较器中
47、。由于输入电压低于比较器的比较电压而输出低电平，稳压管导通，经反相器输出低电平，结合软件编程，触发单片机产生中断，控制加热丝的启动和压缩机停止工作，并通过软件编程控制加热丝工作一定时间后停止工作；加热后再次检测温度；当霜有一定的融化后，热敏电阻检测到的温度升高，Rt阻值降低，VA电压值升高，经放大器放大,输入比较器中。由于输入电压高于比较器的比较电压而输出高电平，稳压管截止，无中断。第四章 系统软件设计本系统软件主要由主流程、功能子程序、中断服务程序组成。采用主程序调用功能子程序，子程序尽可能少的调用其它子程序，以保证系统的稳定运行。本系统温度在64C64C,用七位即可存放，因此温度值用一个字
48、节存放, 最高位存放符号位。 4.1主程序框图如图41所示图41主程序框图4.2键盘扫描子程序如图4-2所示图4-2 键盘扫描子程序4.3中断服务程序单片机控制片内定时器每隔一定的温度采样时间(可设为lO s)产生一次定时器中断，定时器中断服务程序主要对温度传感器进行一次巡检，并对测量数据进行处理后得到冷藏室、冷冻室温度。所测得的温度分别与设定的温度上下限进行比较，以判断是否应打开或停止压缩机，从而实现对温度的自动控制，随后，再对键盘功能标志进行测试，以做出相应的处理。在对压缩机进行启动控制时，要注意压缩机从停止状态转入启动状态时，需要一定的延时保护时问。定时器中断服务程序流程图如图4-2所示图4-3定时器中断服务流程总结本电冰箱的电控系统主要使用了AT89C51单片机作为控