1、前言前幾年電冰箱溫度一般是由冷藏室控制，冷藏室、冷凍室的不同溫度是通過調節蒸發器在兩室的面積大小來實現的，溫度調節完全依靠壓縮機的開停來控制.但是冰箱內的溫度受諸多因素的影響，如放入冰箱物品初始溫度的高低、存放品的散熱特性及熱容量等.因此對這種受控參數及隨機因素很多的溫度控制，既難以建立一個標準的數學模型，也無法用傳統的PID調節來實現.現在電冰箱是家庭中主要耗電的家用電器,為此們對家用電冰箱的控制功能越來越高，這對電冰箱控制器提出了更高的要求。多功能，智能化是其發展方向之一，傳統的機器控制，簡單的電子控制已經難以滿足發展的要求。而采用單片機溫度控制系統，不僅可以大大縮短設計新產品的時間，同時

2、只要增加少許外圍器件在軟件設計方面就能實現功能的擴展，以及智能化方面的提高，因此可最大限度地節約成本。在未來幾年，由于單片機的嵌入，不僅僅可以縮短設計新產品的時間，同時只要增加少許外圍器件在軟件設計方面就能實現功能的擴展，以及智能化方面的提高，因此可最大限度地節約成本。滿足廣大群眾的需求。一代一代新產品的更新。1 概論隨著科技的發展，電冰箱的的功能越來越不能滿足人類的需求，我們應該熟悉電冰箱的基本結構，工作原理，以及更好的為電冰箱的開研墊下良好的基礎，讓人們更加受益。1.1 電冰箱的系統組成電冰箱應具有制冷、保溫和控制三項基本功能。為實現這三項基本功能，電動式壓縮機電冰箱主要由箱體、制冷系統和

3、控制系統三部分組成。其中箱體的機構組成部件，制冷系統是電冰箱的心臟部件，控制系統是電冰箱的指揮部件。箱體箱體、門體根據不同的溫度要求組成若干間室，與外界空氣隔絕并分別保持一定低溫。箱體、門體由箱殼、箱膽、門殼、門膽等結構件和絕熱材料組成。制冷系統電冰箱的制冷系統由壓縮機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管、和蒸發器組成，制冷系統利用制冷劑的循環進行熱交換，將冰箱內的熱量轉移到冰箱外的空氣中去，達到使冰箱內降溫的目的。控制系統 電冰箱控制系統的主要作用是：根據使用的要求，自動控制電冰箱的啟動和停止，調節制冷的流量，并對電冰箱及電氣設備執行自動保護，以防止發生事故。此外，還實現最佳控制，降低功耗，以提高電

4、冰箱運行的經濟性。電冰箱的制冷原理 液體由液態變為氣態時，會吸收很多熱量，簡稱為“液體汽化吸熱”，電冰箱就是利用了液體汽化的過程中需要吸熱的原理來制冷的。蒸汽壓縮式制冷系統由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器組成,用管道將它們連接成一個密封系統.制冷劑液體在蒸發器內以低溫與被冷卻對象發生熱交換,吸收被冷卻對象的熱量并氣化,產生的低壓蒸汽被壓縮機吸入,經壓縮后以高壓排出.壓縮機排出的高壓氣態制冷劑進冷凝器,被常溫的冷卻水或空氣冷卻,凝結成高壓液體.高壓液體流經膨脹閥時節流,變成低壓低溫的氣液兩相混合物,進入蒸發器,其中的液態制冷劑在蒸發器中蒸發制冷，產生的低壓蒸汽再次被壓縮機吸入,如此周而復始，不斷

5、循環.。直冷式雙門電冰箱的控制原理是根據蒸發器的溫度控制制冷壓縮機的啟停，使冰箱內的溫度保持在設定溫度范圍內。冷凍室用于冷凍食品通常用于冷凍的溫度為3°C15°C,冷藏室用于相對于冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，溫度一般為0°C10°C，當測得冷冷凍室溫度高至3°C0°C時或者是冷凍室溫度高至10°C13°C是啟動壓縮機制冷，當冷凍室溫度低于15°C18°C或都冷藏室溫度低于0°C3°C時停止制冷，關斷壓縮機。采用單片機控制，可以使控制更為準確

6、、靈活。圖1-1 電冰箱制冷系統的結構圖上圖為雙門電冰箱常見的制冷系統結構圖，我們因此以圖1-1為例簡略介紹一下制冷循環的路徑。當壓縮機啟動時，制冷劑經過冷凝器（蒸發管）左冷凝器門防露管右冷凝器干燥器毛細管下（副）蒸發器上（主）蒸發器被壓縮機吸回，即完成一個單回路循環。1.2 工作原理：根據冷藏室和冷凍室的溫度情況決定是否開壓縮機，若冷藏室的溫度過高，則打開電磁冷門V1,關閉閥門V2，V3，同時打開壓縮機，產生高溫高壓過熱蒸氣，經過冷凝器冷凝，干燥過濾器干燥，毛細節流管降壓后，在蒸發器汽化制冷，產生低溫低壓的干燥氣體。經過電磁閥門V1 流入冷藏室，使冷藏的溫度迅速降低，當溫度達到要求時關閉壓縮

7、機，同時關閉電磁閥門V1 。若是冷凍室的溫度過高，則應打開V2關閉V1, V3 。電磁閥門V3主要用于冷凍室的化霜。需要化箱時打開V3,從壓縮機流出的高溫高壓氣體流經冷凍室可勻速將冷凍室霜層汽化。達到化霜的效果。一般化霜的時間要短，不然會傷存放的食品。電冰箱的壓縮機，風機工作原理是通過制冷系統內制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。同時軸流風扇吸入的室外空氣流經冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過過濾器、節流機構后噴入蒸發器，并在相應的低壓下蒸發，吸取周圍的熱量。同時貫流風扇使空氣不斷進入蒸發器的肋片間進行熱交換，并將放熱后變冷的空氣送

8、向室內。如此室內空氣不斷循環流動，達到降低溫度的目的。 而冰箱沒有風扇靠自然對流來進行熱量交換。電磁閥的工作原理非常簡單，阻流板就象一個閘門，一個彈簧讓它處于關閉狀態，上面一個電磁鐵芯，鐵芯（低部橡膠）壓在阻流板中間（凸起）的一個小眼兒上，外面一個電磁線圈，接通電源后鐵芯別吸上去，小眼兒開始進氣，壓力達到頂開彈簧后電磁閥打開，總之壓縮機用于控制壓縮機的工作，以對電冰箱溫度進行自動調節。在蒸發器冷卻片間的一定位置上設置溫度檢測裝置，在壓縮機工作時，檢查是否結霜。為此，在每到一定時間時，即求出冷氣送風扇工作時所測溫度和冷氣送風扇停止時所測溫度之差，根據此差值判斷霜的有無確定是否開始除霜，在除霜開始

9、后，檢測蒸發器周圍的溫度，如果蒸發器溫度達到一定值以上，除霜即結束。冰箱的除霜控制裝置，冰箱內設有熱交換用蒸發器、抽吸通過所述蒸發器的空氣的冷氣送風扇和除霜加熱器等，其特征在于它還由下述部分構成：裝設在安裝所述蒸發器上的固定部件上的溫度檢測器；進行下述操作程序的微機：求出當所述送風扇工作時由所述溫度檢測器測出的溫度與當所述送風扇停止工作時所述溫度檢測器測出的溫度之差；當輸入程序時，當時溫度差低于第一設定值，驅動所述除霜加熱器，開始除霜；所述除霜操作開始后，當溫度檢測器所測溫度高于第二設定值時，關閉所述除霜加熱器，結束除霜操作。1.3電冰箱門未關好的功能設計電冰箱門未關好此項功能是利用芯片MAX

10、813L與CPU的P3.5口連接，MAX8L3L是看門狗及復位電路，如果看門狗輸入在1.6S內未被觸發，其輸出值將為高電平，否則為低電平。它就是利用高低電平來控制門未關好的時間來工作，從而產生報警。1.4 本系統采用單片機控制的電冰箱主要功能及要求：電冰箱具有自動除霜功能；開門延時超過20秒發聲報警；制冷壓縮機停機后自動延時3分鐘后方能再啟動；設定2個測溫點，測量范圍：26°C26°C，精度±0.5°C；利用功能鍵分別控制溫度設定、冷藏室及冷凍室溫度設定等；工作電壓為180240V，當欠壓或過壓時，禁止啟動壓縮機并用指示燈顯示。2 溫度傳感器在傳統的模擬

11、信號遠距離溫度測量系統中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。我們在為冰箱測溫系統中，為了克服上面提到的三個問題，采用了新型數字溫度傳感器DS1820，在對其測溫原理進行詳細分析的基礎上，提出了提高DS1820測量精度的方法，使DS1820的測量精度由0.5攝氏度提高到0.1攝氏度以上，取得了良好的測溫效果。2.1 DS1820簡介美國DALLAS公司生產的單線數字溫度傳感器DS1820,可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行數 所以在一條總線上可直接掛接任意多個DS18

12、20芯片。從DS1820讀出的信息或寫入DS1820的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。溫度傳感器DS1820提供九位溫度讀數，構成多點溫度檢測系統而無需任何外圍硬件。本文給出了DS1820與89C51單片機接口的應用實例和DS1820組成溫度檢測系統的方法，并給出了對DS1820進行各種操作的軟件流程圖。2.2 DS1820內部結構主要由四部分組成64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下圖2-1（PR35封裝）所示:GND：地DQ：

13、數據輸入輸出腳（單線接口，可作寄生供電）VDD：電源電壓。圖2-1DS1820的外型及引腳排列2.3 DS1820的工作原理DS1820的內部結構如圖2-2所示。由圖2-3可知，DS1820的64bit閃速ROM主要有三個數字器件組成：圖2-2 ROM內部結構它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的它既可寄生供電也可由

14、外部5V電源提供在寄生供電情況下面，當總線為高電平時，DS1820從總線上獲得能量并儲存在內部電容上，當總線為低電平時，由電容向DS1820供電。DS1820的測溫原理：內部計數器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當到達某一設置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數器設置為-55時的值，如果計數器到達0之前，門電路未關閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當前溫度高于-55。同時，計數器復位在當前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數進行補償，計數器重新開始計數直到回零。如果門電路仍然未關閉，則重復以上過程。溫度表示值為9bit，高位為符號位，其結構如圖2-3所示圖

15、2-3 計數器結構測量結果以9位數字量方式串行傳送, 對DS1820的使用，多采用單片機實現數據采集。處理時，將DS1820信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實現多點溫度檢測系統。系統對DS1820的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現DS1820內部結構主要由64位ROM和單線接口、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器，存儲器和控制器，8位CRC生成器，框圖如圖2-4所示主要的工作原理是通過電容濾波，和二極管構成整流后的信號送到64ROM，通過溫度傳感器有獨立的單線接口，產生信號分別給存儲器和控制器，存儲器產生的信號通過高位緩存存儲器

16、送到8位CRC生成器，去顯示，而另一路是通過溫度靈敏元件送到高速緩存存儲器，當溫度過溫度觸發器TH就會產生信號給高速緩存存儲器從而去自動調節溫度，當溫度偏低時，低溫觸發器就會發出報警信號給前記高速存儲器進行緩存，調節好溫度再送到生成器去顯示，另一方面去送到寄存器去存儲。圖2-4DS1820內部結構框圖對DS1820的使用，多采用單片機實現數據采集。處理時，將DS1820信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實現多點溫度檢測系統。系統對DS1820的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現。DS1820測溫原理如圖2-5所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產

17、生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在55度所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1 ，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖中斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。圖2-5 DS1820測溫原理框圖2.4 檢測溫度檢測系統及溫度測試原理圖

18、溫度檢測系統原理圖如下圖2-6所示，采用寄生電源供電方式。為了保證在有效的DS1820時鐘周期內，它可以提供足夠的電流，我們用一個MOSFET管和芯片AT89C51的一個I/O口（P1.0）來完成對DS1820總線的上拉電阻。當溫度傳感器DS1820處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須接有強的上拉電阻，上拉開啟時間最大為10s。采用寄生電源供電方式時VDD必須接地。由于單線制只有一根線，因此發送接收口必須是三態的，為了操作方便我們用AT89C51的P1.1口作發送口Tx,P1.2口作接收口Rx。通過試驗我們發現此種方法可掛接DS1820數十片，距離可達到50米，然而用一個口時僅能

19、掛接10片DS1820，距離僅為20米。同時由于讀寫在操作上是分開的 故不存在信號競爭問題。無論是單點還是多點溫度檢測，在系統安裝及工作之前，應將主機逐個與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機Tx發一個脈沖，待“0”電平大于480s后，復位DS1820，待DS1820所發響應脈沖由主機Rx接收后，主機Tx再發讀ROM命令代碼33H（低位在前），然后發一個脈沖（15s） 并接著讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。對于DS1820操作的總體流程圖如圖4-1。它分三步完成：系統通過反復操作，搜索DS1820序列號；啟動所有在線DS1820做溫度A/D變換；逐個讀

20、出在線DS1820變換后的溫度數據。主機啟動溫度變換并讀取溫度值的詳細流程；主機寫入存儲器數據詳細流程。當有更多的檢測點需要測溫時，可利用AT89C51的其它口進行擴展。同時，也可利用AT89C51的串行通信口（RXD，TXD）與上位計算機進行通信，從而構成微機溫度測量系統網。圖2-6 溫度檢測原理圖2.5 MAX813L報警電路MAX813L報警電路主要用示電冰箱使用過程中出現的故障，如圖2-7所示。包括系統自身故障，外界故障，和誤操作，如：冰箱內溫度太高，外界電壓波動大，未關好冰箱門或是開門時間太長等等。它是用芯片MAX813L與CPU的P3.5口連接，MAX813L是看門狗及復位電路，當

21、加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出，復位脈沖寬度典型值為200MS，獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6S內未被觸發，其輸出值將為高電平。要程序正常運行時，必須小于1.6S時時間間隔內向該輸入端發送一個脈沖信號，以清除芯片內部的看門狗定時器，若超過1.6S，該輸入端收不到脈沖信號，則內部定時器溢出，8腳則由低電平變為高電平；1.25V門限檢測器，用于電源故障報警，電池低電壓檢測或+5V以外的電源監控;當該輸入低電平保持在140ms以上，MAX813L就會輸出復位信號，該輸入端的最小脈量要求有效的消除開關的抖動。圖2-7 報警電路3 微處理器（單片機）微處理器是本設計的核心，它性能的

22、好壞將會直接影響此設計的穩定性，考慮到畢業設計為實時溫度控制自動調節，系統運行時需要進行大量的運算，所以單片機采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51芯片的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL

23、的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示圖3-1AT89C51引腳圖3.1主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環 ·數據保留時間：10年 ·全靜態工作：0Hz-24MHz ·三級程序存儲器鎖定 ·128×8位內部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個16位定時器/計數器 ·5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 &#

24、183;片內振蕩器和時鐘電路3.2 管腳說明及部分作用 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。它的一端與外部存儲電路74LS373的端口D0D7相連，完成數據的傳輸，另一端傳送到8279芯片的D0D7端口，做數據與命令的傳送。P3.2口：外部中斷0，它通過7404芯片與8279的IRQ端相連，7404是一個六對的非門，當它改變時，8279的外部中斷也隨之改變。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE：當訪

25、問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。3.3 振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為AT89C51芯片接口反向放大器的輸入和輸出引腳，該反向放大器可以配置為片內振

26、蕩器；這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路；對外接電容Cl、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩定性、起振的難易程序及溫度穩定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF 士10PF ，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40PF 士10F；晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內部時鐘發生器的輸入端，XTAL2則懸空。外部振蕩電路，由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發器后作為內部

27、時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續時間和最大的低電平持續時間應符合產品技術條件的要求3.4中斷系統AT89C51單片機的中斷系統簡單實用，其基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務程序；5個中斷源有兩級中斷優先級，可形成中斷嵌套；2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設置的編程。5個中斷源的符號、名稱及產生的條件如下:INT0：外部中斷0，由P32端口線引入，低電平或下跳沿引起。INT1：外部中斷1，由P33端口線引入，低電平或下跳沿引起。T0：定時器計數器0中斷，由T0計滿回零引起

28、。T1：定時器計數器l中斷，由T1計滿回零引起。TIRI：串行IO中斷，串行端口完成一幀字符發送接收后引起。中斷返回是指中斷服務完后，計算機返回原來斷開的位置（即斷點）。繼續執行原來的程序。中斷返回由中斷返回指令RETI來實現。該指令的功能是把斷點地址從堆棧中彈出，送回到程序計數器PC，此外，還通知中斷系統己完成中斷處理，并同時清除中斷優先級狀態觸發器，特別是要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。3.5 主程序MAIN主程序由初始化，鍵盤掃描，顯示，溫度采集，溫度控制和定時化霜子程序組成，為系統軟件的主干部分，化霜采用定時化霜，每三十分鐘化霜一次，化霜原理見概論電冰箱式作原理部分，其

29、流程圖如圖3-2所示：圖3-2 主程序流程圖程序如下：ORG0000H AJMP MAINORG0003HLJMP DY_INTORG 000BLJMP TIME0_INTORG 0030HDATA EQUP1.0 V1 EQU P1.3 V2 EQU P1.4 V3 EQU P1.5 SET_KEY EQU P1.5 ADD_KEY EQU P1.6 SUB_KEY EQU P1.7 L1 EQU P0.6 L2 EQU P0.7 L3 EQU P2.5 L4 EQU P2.6 MAIN：CLR A START：LCALL INIT1; 初始化 LCALL KEY; 鍵盤掃描 LCALL G

30、ETWD; 獲得冷藏室溫度 MOV 62H , R0 INC DATA LCALL GETWD; 獲得冷凍室溫度 MOV 63H , R0 DEC DATA MOV R3 , 62H; 顯示兩室溫度值 MOV R4 , 63H LCALL DISP MOV A , 60H CLR C HIGH：CJNE A , 62H , HIGH1; 冷藏室溫度等于高于設定值時 AJMP HIGH2 HIGH1：JC HIGH3 HIGH2：SETB V1; 開啟壓縮機LCALL OPENAJMP LOWHIGH3：MOV A , 61HCLR C CJNE A , 63H , HIGH4; 冷凍室溫度等于

31、高于設定值時AJMP HIGH5 HIGH4：JC LOW HIGH5：SETB V2; 開啟壓縮機 LCALL OPEN LOW：MOV A , 61H CLR C CJNE A , 63H , LOW1; 冷凍室溫度等于低于最低值時AJMP LOW2 LOW1：JNC LOW3 LOW2：CLR V2; 關閉壓縮機 LCALL CLOSE AJMP LS LOW3：MOV A , 60H CLR C CJNE A , 62H , LOW4; 冷凍室溫度等于低于最低值時 AJMP LOW5 LOW4：JNC LS LOW5：CLR V1; 關閉壓縮機 LCALL CLOSE LS：MOV R1 , #10H; 延時1S LS1：LCALL DLY_100MS DJNZ R1 , LS1 INC 65H; 化霜時間計數加1 MOV A , 65H CJNE A , #00H , LS2 INC 66H LS2：MOV A , 65H CJNE A , #08H ,