1、目錄1.引言22 設計要求及分析32.1 電冰箱溫度自動調節功能32.3 電源過欠壓保護功能32.4壓縮機開啟延時功能32.5 故障報警功能33.自動控制系統硬件結構設計43.1主要部件選擇與功能實現43.1.1 單片機選型及功能介紹43.1.2 A/D轉換器選型及功能介紹53.1.3 74LS373簡介53.2 檢測及控制電路6傳感器的選擇與溫度自動調節功能的實現6電冰箱的過欠壓保護電路及功能實現8電冰箱的開啟延時電路及功能的實現9自動除霜功能的實現103.2.5 報警器11總結13參考文獻14電冰箱自動控制系統的設計1.引言冰箱自動控制系統在正常工況下工作，當運行過程中需要進行自動調節時，

2、系統能通過預設程序進行調節，要求控制系統應有一定的應變能力。對于冰箱性能的主要調節指標是箱體溫度由此實現的功能有自動溫度調節，自動除霜等。要求維持冰箱的冷藏冷凍室溫度維持在預先設定的數值，當箱內溫度高于或低于這一值時判斷啟動或關閉壓縮機，使溫度回歸。系統還要求累計壓縮機運行時間和檢測環境溫度，來判斷是否滿足化霜條件，當滿足化霜條件時，接通化霜加熱絲，同時斷開壓縮機和風機，當完成化霜工作后恢復壓縮機風機的工作。另外當運行達到安全極限時，要求系統能采取一些相應的保護措施，促使運行離開安全極限，返回到正常情況，以防事故。屬于生產保護性措施的有兩類：一類是硬保護措施；一類是軟保護措施。例如電源的過欠壓

3、保護，壓縮機開啟延時，故障自檢報警等.本系統通過監控環境溫度，冰箱的冷凍，冷藏室溫度，電源電壓等數據，通過處理判斷調整冰箱的運行以達到預期的運行效果。使冰箱在節能，儲藏效果，安全方面都能進行自動有效的控制。2 設計要求及分析2.1 電冰箱溫度自動調節功能該功能是電冰箱應具備的主要功能。電冰箱設有冷凍室和冷藏室，冷凍室的溫度為618，冷藏室的溫度為010，在該溫度范圍內，食品保鮮效果較好，因此，對控制器的要求是將冷凍室和冷藏室的溫度自動控制在各自的范圍內。 2.2 自動除霜功能冰箱冷凍室中的水分會凝結成霜，因此，電冰箱應有自動除霜功能。該功能的實現方法是通過累計壓縮機運行時間和檢測環境溫度，來判

4、斷是否滿足化霜條件，當滿足化霜條件時，接通化霜加熱絲，同時斷開壓縮機和風機，若干分鐘后斷開化霜加熱絲，接通壓縮機，再過數分鐘后接通風機。 2.3 電源過欠壓保護功能為了使電冰箱安全可靠地運行，要求其電源電壓在176V240V之間。因此，當電源電壓小于176V或大于240V時，壓縮機應自動停機并報警顯示。 2.4壓縮機開啟延時功能該功能要求壓縮機停機時間超過3分鐘才能啟動，以延長壓縮機的壽命。這就要求在每次電冰箱上電時，都要檢查壓縮機停機是否到3分鐘，若未達到，需延時到3分鐘后才能啟動。因此，在設計時應有判斷與延時功能。 2.5 故障報警功能該功能要求在電冰箱運行過程中，配合2.3的過欠電壓保護

5、系統不斷診斷電冰箱的運行狀態，當出現過欠電壓信號時，電冰箱停機并報警顯示。3.自動控制系統硬件結構設計 系統結構總圖如圖1所示。圖1 系統結構圖3.1主要部件選擇與功能實現 單片機選型及功能介紹MCS-51系列單片機為高性能系列，有32個并行口，具有多級中斷處理系統，2個16位定時/計數器，帶有串行I/O口，片內有ROM、RAM，尋址范圍可達64K。因此，考慮到本設計控制并不復雜，速度要求不高，加上MCS-51系列單片機有優良的性價比，本設計選擇它。本設計用的的主要管腳功能為：P0口（P0.0P0.7）：8位準雙向I/O口，但實際上通常作為地址/數據總線口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的地

6、址和數據。P2口（P2.0P2.7）：8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高八位地址，與P0口一起組成16位地址總線。ALE引腳：它以不變的頻率（振蕩頻率的1/6）周期性地發出正脈沖信號，因此，它可以用作對外輸出地時鐘，或用于定時目的。WR：外部數據存儲器寫選通信號輸出。RD:外部數據存儲器讀選通信號輸出。3.1.2 A/D轉換器選型及功能介紹ADC0809八位逐次逼近式A/D轉換器是一種單片CMOS器件，包括8位的模數轉換器，8路（通道）轉換開關與微處理器兼容的控制邏輯。D0-D7：8位數字量輸出引腳；IN0-IN7：8路模擬量輸入引腳；A0、A1、A2：地址輸入線，經譯碼后可選通

7、IN0-IN7八通道中的一個通道進行轉換。START、ALE：用于啟動A/D轉換。REF:參考電壓 74LS373簡介 74LS373是一個三態輸出，置數全并行存儲，緩沖控制輸入式鎖存器； 1D-8D：8位地址輸入端； 1Q-8Q:8位地址輸出端； OE:三態門輸出允許控制信號輸入端。3.2 檢測及控制電路傳感器的選擇與溫度自動調節功能的實現根據設計要求，需測量冷凍室、冷藏室及室外溫度，但對測溫精度要求不高，因而可選用價格便宜、性能可靠、互換性好、壽命長的熱敏電阻作為溫度傳感器，。它們檢測原理都一樣，檢測范圍為。熱敏電阻經簡單的電路轉化成電信號并放大后，可直接連到單片機ADC0809AD轉換器

8、的模擬信號輸出端，經AD轉換后的數據與設定溫度相比較，根據比較結果，再對壓縮機控制電路進行控制，使溫度控制在各自恰當的范圍內。 圖2 溫度檢測電路 圖中R4為溫度傳感器，選用MF57型熱敏電阻，具有負溫度系數，靈敏度較高，標稱電阻值為110K，測溫范圍為一55+35。其阻值和溫度的關系為： Va點的電壓經過LM324放大器后送入M68HC11A8單片機的一個A/D轉換通道。根據集成運放的知識可得Vb的電壓為： 當溫度為時，根據以上公式可計算出Vb=1.47V,再根據A/D轉換后對應值為4BH (75);同理，當溫度為時，Vb=5V,再根據A/D轉換后對應值為0FFH (255)。根據以上可得出

9、溫度T與A/D轉換后對應值Y的關系為： （其中Y為十進制）而壓縮機控制電路如圖3所示： 電冰箱的過欠壓保護電路及功能實現 電冰箱的過欠壓保護電路是在電源變壓器設計時就考慮到的，在變壓器設計時，從變壓器的次極可另外繞一組線圈，經整流濾波后的電壓接入ADC0809AD輸入端，當電源電壓變化時，此電壓將隨之變化，單片機把測到的電壓與過欠壓值相比較，當發現有過欠壓現象時，將通過壓縮機控制電路切斷壓縮機電源并報警，達到保護壓縮機的效果。 圖4 電源電壓檢測電路 圖中TIL113為光電耦合器件，光電耦合器件是由發光二極管和光電接受元件合并使用，以光作為媒介接傳遞信號的光電器件。適當調節RW，讓電源電壓在1

10、60V時，通過R1、RW分壓限流后，經過光電耦合器件的二極管。發光二極管發光使三極管導通。電壓越高，發光越強，三極管導通越良好，通過三極管發射極電流越大，發射極電位越高。再經過集成運放后送入A/D轉換的一個通道，轉換成數字量。電壓為180V時，轉換后數字量為0B4H(180);電壓為240V時，轉換后數字量為0F0H(240)。工作電壓轉換后的數字量應在0B4H(180)與0F0H(240)之間。電冰箱的開啟延時電路及功能的實現 按功能要求，電冰箱無論是自動停機還是強制停機，為了延長壓縮機的壽命，都要延時3分鐘后壓縮機才能啟動。即在每次接通壓縮機時，單片機計時，利用單片機內的EEPROM將計數

11、值保存。在軟件設計時，每次上電都要檢查此數據是否到3分鐘，若時間不到，延時后才能接通壓縮機。自動除霜功能的實現當電冰箱內空氣中含有水蒸氣的溫度降到 一下時，水蒸氣就會凝結發器表面和食品上而結成霜。結霜多少與箱內空氣溫度、濕度以及開門次數有關。冰箱內凝結的霜就越多。 霜是熱的不良導體，導熱系數只有0.58W/(),比銅、鋁的導熱系數要小得多。蒸發皿表面的結霜大大降低了其熱交換能力，嚴重地影響制冷系統的制冷效果。當蒸發皿上的霜厚達到10mm時，熱傳導效率將下降30%以上，使壓縮機運行時間增長，耗電量增大，甚至會導致壓縮機出現故障。因此及時除霜是正確使用電冰箱的一個重要環節。 霜厚檢測電路與測溫電路

12、完全想同，如圖2.霜厚檢測電路的工作原理：把熱敏電阻安裝在具蒸發器3mm的某個適合的位置上，當霜厚大于3mm時，熱敏電阻接觸到霜，從而感受到較低的溫度，其阻值R4變大，a點點位降低，運算放大器輸出信號有變化，經過A/D轉換后送入CPU，經單片機分析、判斷、給出除霜命令。當霜厚達到3mm時，R4感受到的溫度大約為，當溫度為時，A/D轉換后對應值應為0A5H(165)。也就是說，只要A/D轉換后值小于或等于0A5H(165)就說明霜厚已經達到3mm應出去。這時，接通化霜加熱絲，同時斷開壓縮機和風機，30分鐘后斷開化霜加熱絲，接通壓縮機，再過15分鐘后接通風機化霜加熱絲的控制電路基本和壓縮機的控制電

13、路相同。 圖5 除霜控制電路 8051單片機控制信號經P1.3和P1.4端口輸出，并在P1.3和P1.4端口輸出，并在P1.7的控制下鎖存。74LS273鎖存器的輸出再經過達林頓驅動器MC141后驅動固態繼電器SSR1。當MC141的16端有高電平輸出時，SSR1的3、4引腳端接通，使加熱絲接通電源而除霜。當MC141的15端輸出高電平時，SSR1的3、4端接通，使得壓縮機繞組接通電源而啟動，并開始制冷。74LS272鎖存控制信號，一方面增加輸出功率，另一方面也防止單片機復位時引起控制的誤動作。采用固態繼電器作為壓縮機和除霜電熱絲的開關，屬于無觸點開關，內部是大功率的晶閘管電路，不產生火花，無

14、電磁干擾并使高壓與單片機系統隔離。 報警器報警器檢測來自過欠電壓保護模塊的信號，當收到異常信號時自動結束系統運行并發出聲光信號以提醒使用者進行處理。由于本設計對聲報警無特殊要求，所以采用單頻音報警。發音器采用蜂鳴揚聲器。當需要報警時P1.2輸出“1”使T1管導通，然后經T2管放大，電路就會產生自激振蕩，向揚聲器輸出一信號就使得揚聲器發出報警聲音。 圖6 聲報警電路 總結一周半的課程設計很快就結束了，時間很短暫。但是很高興的是，自己在規定時間內完成了任務。在摸索中不斷思考，在思考中不斷學習，感覺自己獲益匪淺。平時的學習中，我們都努力去硬記書上的公式和概念，由于只是抽象的去記憶，很難形象地將其理解

15、并消化。當遇到新的陌生的問題時，我們很難舉一反三，觸類旁通。究其原因，這都是由于理論脫離實踐，沒能很好的將書本上所學的東西領悟，利用起來。而做課程設計是一次很難得的機會，學了一學期的過程控制技術，通過課設可以運用所學的知識。這不僅可以加深我們對理論知識的進一步理解，而且可以培養我們獨立思考，冷靜分析及動手的能力。這次的課程設計我做的是電冰箱自動控制系統的設計，我感覺在明確了控制量和控制條件的基礎上，設計一種具有應用價值的系統并不是一件難事。不過要使系統的調節更靈活，控制更精準，能適應各種各樣的環境條件突發狀況就不是一件很容易的事了。要做出一個成熟的有用的設計，除了對控制原理的了解外更重要的還是要全面了解控制對象可能涉及到的種種內在外在因素，這樣才能保證設計的實用性和可靠性，做出一個真正成功的設計。在課程設計中，元器件的選擇和參數的計算是最難的部分，不過遇到問題，再解決問題，這就是做科學的人必須有的精神。我們學生也應該一樣，要有遇到困難，膺任而