《基于STC89C52单片机的冰箱温度控制系统设计与实现》7900字

基于STC89C52单片机的冰箱温度控制系统设计与实现摘要本设计报告介绍了用单片机开发的智能冰箱温度控制系统的设计过程。该系统以STC89C52为核心控制压缩机的启动和停止，解决了传统机械直冷式电冰箱控制系统存在的不足，使控制更准确、更灵活。该设计系统的硬件运用多个模块结合的设计，主要包含复位电路、温度采集电路、键盘电路、LED显示电路、晶振电路、蜂鸣器电路等诸多电路模块。在软件设计中力求程序设计简单，运用了子程序的设计和调用方法，使程序设计简单、易扩展、可移植。关键词：STC89C52；电冰箱；智能目录TOC\o"1-3"\u引言 引言冰箱是通过电力来营造一种低温环境，通过冷冻冷藏来保鲜食物或者保存其他物品的家用电气。冰箱的工作原理是通过控制压缩机，继而控制温度等来使箱内食品能够安全存储，就是使所保存的物品不会变质或者损坏。以前的机械直冷式冰箱运作的原理是用蒸发皿的温度变化来让压缩机开关，让制冷机内的温度恒温在所需要的温度范围。随着家家户户对冰箱需要的迫切，我们对冰箱的控制要求越来越高，这对冰箱提出了更高的要求。多元智能化是它的发展趋势。以前的较为简单的温度控制满足不了人们的需求。冰箱是首次家电革命浪潮的主力军，是每个家庭必不可少的常用电器。1918年第一台冰箱被制造出来，到现在有103载了，在这一段时间，随着科技的迅速发展，冰箱在一直地进化和更新，近年来，冰箱的发展越来越快。现代社会，家家户户都处在快节奏的生活中，大多数人没有闲暇时间和精力花在日常生活用品的购买。所以，越来越多的人接受了耗时量少、购买量大的新生活方式，这决定了冰箱的发展势不可挡。与此同时，微型计算机也应运而生，单片机作为代表凭借着体积小、价格低、应用灵活的特点在家电领域、仪器工具领域得到了越来越大的应用，变得更加灵活和直观。本次设计是用STC89C52作为核心来开闭压缩机工作，以此来使冰箱系统得到运转，弥补缺点，使控制更加精确和灵活。它具有以下功能：1）电源过欠压保护功能：冰箱要想正常平稳的运行，它的电源电压要在180V～240V间，所以，如果电源的电压不在所需要的范围内的话，压缩机便不会工作且指示灯提示。2）压缩机开启延时功能：此功能需要压缩机停止工作3分钟以上，来使压缩机的使用时间变长，所以就需要在打开冰箱时，确定压缩机是不是已经停止工作三分钟以上。如果没有，就要等三分钟再开始，所以本设计要有判断及延时的功能。3）自动除霜功能：冰箱里的湿度会因为温度变成霜，所以这种情况下冰箱要能够自动除去这些霜。要实现这个的功能就要计算压缩机的工作时间和测温，来确定是否要进行化霜。当结霜厚度有3mm，打开加热丝，之后把压缩机与风扇关了，要在大约三十分钟之后把加热线断开，让压缩机工作，然后5分钟以后打开风扇。4）电冰箱温度自动调节功能：这个功能是冰箱的核心，冰箱配有冷冻冷藏室。冷冻室里面的温度是-16摄氏度到-26摄氏度；冷藏室里面的的温度是2摄氏度到10摄氏度；这个温度范围里面，食物或者其他物品能够保存较好。所以，要控制温度在各自所需要的温度范围之中。5）功能键控制功能：让功能键实现冷冻室和冷藏室以及其他的设置键的使用。6）LED显示功能：LED能够把目前冰箱的温度显示出来，也能够反映冰箱的状态，例如冰箱的启停。7）关机提示功能：如果两分钟后还不关门则会提示冰箱需要关门。8）温度测量功能：设置三个测量温度点，正负26摄氏度内都可以测得，能把误差控制在正负0.5摄氏度内。9）故障自检报警功能：这个模块功能是在冰箱工作时，一直判断冰箱的工作状态，如果发生冰箱产生故障，则停止工作并且报警提示。1系统设计方案概述1.1基本设计原则设计基于单片机的冰箱温度控制系统要遵守如下准则：1)一是要确保食物的新鲜，就是确保食物在冰箱里储藏后，食物的新鲜程度保持不变。2）学习国外关于冰箱的先进技术，运用先进的技艺以及先进的理论，使冰箱能减少能耗提高效率。1.2控制系统方案选择冰箱的核心部分是控制模块。冰箱的整个运作被控制模块驱动，冰箱是否能正常工作由它决定，选择的控制系统适合与否，决定了整个设计的成败，所以，控制系统的选取要认真，目前，冰箱控制系统主要有两种方案。1）机械控制方式机械控制方式，就是用蒸发器温度进而支配压缩机的工作，让冰箱里面的温度始终在我们需要的范围内，通常来说如果蒸发器的温度提高三至五摄氏度时，压缩机开始制冷；如果温度少于负十至负二十摄氏度时，不再制冷，并且关闭压缩机。此种控制方式，电路一般比较简易，易于管理，但是冰箱的温度控制不是十分准确且直接。2)智能控制方式智能控制系统的方法，就是全自动控制模式，是利用单片机来支配冰箱压缩机的启停，这里面的过程完全不需要手动操作，全都是自动工作，让冰箱的温度控制更加精确、明显。通过认真的思考、科学的证明，本设计采纳了后者：冰箱控制系统的核心采用单片机控制系统的工作，单片机性价比高，操作性强，应用广泛，普遍适用于各种设计。1.3基于单片机的电冰箱控制系统的整体布局复位电路、温度采集电路、蜂鸣器电路等构成了智能冰箱系统，如图1，整个硬件的核心部分是传感器，设计成功的关键就在于此；微控制部分是系统的软件模块，支配这系统的运作，保证系统的正常运行。图1设计系统整体布局1.4功能原理分析由单片机控制的冰箱温度控制系统它的特点是多个传感器持续不间断运行。如果霜层厚度超过3mm，冰箱的传感器此时就能检测到，并产生一个模拟信号，该信号将被传输到A/D转换器；再将它转化为数字信号，再由单片机来接收这个信号；当单片机收到传来的信号时，解析数字信号做出判断和处理，传出除霜指令。在控制系统运作成功后，霜厚逐渐变化。当霜厚达到标准范围时，除霜指令便会发出，一个处理过程完成，霜厚传感器等候接下来的处理过程。如果冰箱里的温度不在我们所设定的温度范围内时，冰箱里的温度传感器就会检测它，得到模拟信号，再由A/D转换器进行转化为数字信号，再由单片机来传送；模拟信号由A/D转化器变为数字信号，然后把数字信号传给单片机，当信号被单片机收到，就会对数字信号进行分析，然后判断后处理，并发出指令对冰箱进行温度调节，在智能冰箱控制系统运行后，冷藏室内温度就会变化。当冷藏室温度调节到指定大小时，冷藏室的温度调节指令就会关闭，这时一个调节过程就完成了，冷藏室传感器等侯下一个指令。如果冷冻室的温度小于负26摄氏度或者大于26摄氏度，模拟信号将由冷冻室温度传感器检测，该信号将被传输到A/D转换器，并将此转化为数字信号，再由单片机来接收此信号；其收到信号后，解析、判断并处理这些信号，然后发出调节冰箱温度的指令，温度控制系统运行后，冰箱内的温度逐渐变化。当冷冻室中的温度变化到设定的大小时，解除整个指令，并完成一个处理过程。冷冻室传感器等待下一个操作。2硬件电路的设计2.1设计方案的选择与分析单片机控制系统的基本是自身的外置硬件设备。外置硬件设备构成的适合决定了系统的效能是否达标，冰箱重要作用是通过控制压缩机启停来控制箱内温度的变化，来保证所储存食物的新鲜，所以为此，LED的重要作用就是把实时冰箱内温度直观显示出。以52单片机为核心的冰箱温度控制系统，它的硬件结构如图2所示，运用模块化结构规划，它包括：直流电源供电电路、制冷压缩机电路和温度测量电路等模块。冷冻室温度传感器冷冻室温度传感器放大器欠电压保护压缩机加热丝键盘电路显示器A/D转换器功放STC89C52单片机直流电源供电电路晶振与复位电路报警电路图2系统硬件结构图2.2单片机的选择本设计重要的部分为单片机，系统的软硬件的规划取决与它的好坏，对设计的功效和性能起着至关重要的作用，这次设计用的是源于美国生产的STC89C52，此芯片为80C51系列芯片，可以用于工业及MCS-51指令集与输出管脚，有着很好的性价比，它能够符合系统的要求，无需其他的外扩存储器，另外，52单片机发展迅速且成熟，有着良好的前途发展。2.3STC89C52芯片STC89C52是种有着降低能耗命令集的低耗能混合型单片机。它在1996年推出，以其低功耗、诸多芯片内外器件结构以及使用多元化的特点，成为了诸多单片机产品中的佼佼者。因为STC89C52单片机有着闪存所以能够让产品在设计研发上面有着很强的可操作性。TI生产有闪存功能的STC89C52单波段。同时，它也研发了以Flash存储器和JTAL边界扫描技术的低成本的产品，然后让52单片机引入国际上先进的编程技术，使它有着较高的性价比，同时给用户提供诸多较好的原型开发方式。凭借着它的这种开阔的基本构架与先进技术，此类产品的系列种类将被持续研发出。电源和时钟引线、I/O口线、控制口线三部分是STC89C52的三类引脚。STC89C52引脚排列如图3所示：图3STC89C52的引脚排列2.4复位电路与晶振电路复位电路：单片机复位电路负责系统的工作启停，如果在工作中出现问题，这时候就需要重新启动。例如，如果单片机在运作过程中，程序受到干扰，就要按下复位，这时候自身的程序就会重新启动。单片机的复位电路如图4所示。图4复位电路晶振电路：根据单片机的自身电路设计，要有单片机的时钟频率。晶体振荡器是单片机完成所有命令的基础，同时，它的频率越大，单片机速度越快。它的频率同单片机速度正比，晶体可以稳定精准的单频振荡是由于晶体由于电能机械能之间的转化关系得以运行。晶振电路如图5所示。图5晶振电路2.5按键电路按键模块元件较少，它包括一个元件和两个引脚，引脚连接GND和单片机。单片机和按键之间的引脚，当上面没有程序来控制的话，它的默认输出为5V，就是如果按键没有被按，线路就是中断的，倘若按键被按下去，则线路接通，GND通过5V的电压，此时电压降低，电压检测为0V。因此在程序里面检测单片机和按键之间的引脚电压是0还是5V，就能了解按键有没有被按。先检测第一个然后接着检测接下来的按键就能实现按键扫描。按键模块的电路图如图6所示。图6按键模块的电路图2.6蜂鸣器模块蜂鸣器类似于一体化结构的音响类产品，工作需要直流电压提供电力。压电蜂鸣器与电磁蜂鸣器都是属于蜂鸣器。压电蜂鸣器里面包含压电蜂鸣器和电抗匹配器，以及多谐振荡器和外壳等等，同时也有在外壳上安置发光二极管的蜂鸣器。本设计蜂鸣器电路原理图如图7所示：图7蜂鸣器模块电路图该模块电路由电阻、三极管和一个CB-120P-08型蜂鸣器组成。该蜂鸣器的两边连接电压。凭借自己的需求进行选择，设计时要使用主动蜂鸣器。基极的低水平让三极管饱和，生成蜂鸣器声音，基极的高水平关闭三极管。蜂鸣器停止工作。2.7温度采集电路2.6.1传感器选择选用DS18B20作为温度传感器，灵敏度高，可方便地测量冰箱内温度是它的优点。图8温度采集电路传感器实质上是转换器件，它凭借着它的精度把要被测量的非电量转化为和它有关的电量。其一般框图形式如图9所示。输出量信号调节电路转换元件被测量输出量信号调节电路转换元件被测量电量敏感元件电量敏感元件（非电量）（非电量）辅助电源辅助电源图9传感器组成框要根据自己的设计需求来挑选传感器，要满足自己设计的各项功能的同时选择成本更低的，DS18B20传感器符合本次设计目的。这次设计用的温度传感器由多个模块构成。主控器测得箱内和环境温度，然后以我们设置的数值来控制每个部分的工作。2.7启、停控制电路其电路如图10所示：图10启、停控制电路图利用继电器1可对系统整体电流进行调控，使整体设计电路得以安全工作，营造了平稳的电路环境。2.8液晶显示电路本设计采用1602液晶显示。1602型LCD有16条引脚，如下图11所示，各引脚功能结合使设计所需显示内容直接显示在液晶屏上，优点是体积较轻巧，耗能较低。符合本次设计选择。图11液晶显示电路3系统的软件设计3.1程序设计语言对于编程，首先得有一款适用于编程的工具，编程语言就是在这种需求下诞生。随着时代的发展，人工智能的普及，编程语言也在不断翻陈推新，与时俱进。想要有一个良好的开端，必须顺应时代潮流，工作需要，选择一个适合的语言编程语言作为单片机应用的核心，它的程序设计语言有三种，分别为机器、汇编和高级语言。硬件的结构决定了语言的汇编，它的指令较为丰富，有多种方式寻址，同时它执行命令迅速。CPU无法直接扫描源程序。要对它的格式语法进行规定才能正确识别，通过这些规定最终得到自己想要的汇编源程序。对于汇编语言来说，源程序是诸多语句构成，以它为基本来学习设计。汇编语言包括指令性语句与指示性语句。3.2程序主要模块本设计的系统软件编程包含众多小模块，通过软件来联系，整个过程的准则是不同模块间的连接紧凑，数据关系独立，通过各自的功能来区分模块。所以在调试过程中就易于改动。系统软件采纳了模块化编程的方法，运用了汇编语言来设计。要达到数据的收集和判断及设置等功能，支持主程序、定时器T0、T1中断服务。3.2.1主程序模块主程序的任务就是要完成定义字节，调整各部分微单元运作效率等功能。系统初始化要完成计时计数初始值、开闭指定的数据储存单元初始值等要求。本设计的主程序控制着冰箱的主要控制程序，主程序流程图如图12所示。图12主程序流程图3.2.2T0中断服务程序模块T0用定时方式来运作，定时的时间是100ms,10次中断是1s。电源欠压和过压处理等等是中断服务程序的主要任务，其流程图如图13所示。图13T0中断服务程序流程图3.2.3T1中断服务程序模块T1通过计数模式来运作，延时时间为3分钟，定时、温度、除霜等检测时它的主要任务，通过对检测结果的分析来执行相应的控制工作。流程图如图14所示：图14T1中断服务程序流程图4系统整体调试在keil_c上对我们所设计的电路进行测试和调整，接下来对已经连接好的单片机电路利用模拟器来测试，如果想要提高精确度和真实性就要用到专业型单片机标准的mcs-51内核进行模拟，相对的，pc端的用户信号也会因此复杂化，单片机监测和打印显示单片机输出信号的目标单片机的xd引脚，也支持keilprintf函数，持续测得变量的变化才能满足打印的要求，如果操作失误可能会对单片机仿真器造成损害，这里可以避免这种情况，能够保护好单片机电路，减少损失。除此之外，单片机模拟还有着许多强大的硬件保护功能。keil_c界面如图15：图15Keil_c软件界面4.1系统仿真演示Keil公司于2009年2月发布了Keiluvision4仿真软件，该系统运用此仿真软件，它的优点是把窗口控制系统引入其中，增强了它的可操作性，为设计者提供了一个高效的设计应用环境。KeiluVision4软件界面图16：

图16KeiluVision4软件界面图经过学习这个软件，我对整个系统进行了仿真演示，验证效果，图17为本系统的系统仿真图。图17本系统的系统仿真图4.2硬件实物的焊接只有清楚的知道了每个硬件的型号和主要的功能才能就行焊接，这就像老师一样，只有了解了学生才能对他因材施教，充分发挥它的作用。如果我们要焊接的话最精准的就是激光焊接了，但是对于本次设计来说，激光焊接代价太大，因此我们需要进行手工焊接。所以要了解手工焊接的要点，比如说握姿等等。手工焊接的步骤可以分为以下几步：准备焊接：在我们准备焊接时，要准备好焊接需要的工具，提前确定好工具的齐全和好坏，为接下来的焊接工作做好准备。我们要在焊接头上加上适量的松香，在焊接头被加热到特定的温度后才能进行元器件的焊接。3)在焊接后，焊锡与元器件之间或许会存在一些松香，这是由于自身的稳定性与操作上的问题，或多或少会产生一些由于加热温度不够高的黑褐色和温度过高的黑色松香膜。。4）检查焊点：焊接工作结束后要检查成品，要确定焊锡是否足够量或者元器件周围是否损坏。要在焊接过程中遵守焊接的规则，要控制好温度，对元件按照顺序来焊接，尽量不要造成损坏导致成本加大。如图18为实物正面图：图18实物正面图4.3实物的测试设计完成后我们需要对整个系统进行测试。首先目前的室温是24摄氏度，我们把所需范围调到20摄氏度至23摄氏度，如图19所示：图19接下来把温度传感器放在压缩机上，因为此时温度为24摄氏度不在我们所需要的范围内，所以压缩机开始工作，经过漫长的等待，此时温度传感器测得温度为16摄氏度，得到我们所需要的温度，压缩机停止工作。如图20：图20结论通过对本设计的分析，可以得出以下结论：1）本设计采用STC89C52单片机，运行快，体积小，价格实惠。它能符合我们设计的智能系统——冰箱温度控制系统。实现了冰箱温度的自动控制。2）本次设计目的是简化电路便于控制，介绍了由单片机为基础的冰箱温度控制系统的设计。采用STC89C52芯片，包括供电模块和数码管显示器等等。其中DS18B20作为测温的传感器，该系统可以实现温度的实时测量，能够准确测定实时的温度，再通过程序的编写能够改变温度的测量范围，可进行温度的控制，能够应用于工业里的冰箱温度控制。

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附录一 图1整体原理图附录二部分原始程序#include<DS18B20.H>volatilesignedcharTemp_Value=0；/*******************DS18B20测温程序******************************************运行结果会在函数ReadTemperature()保存3位十进制数字的温度值调用时，要这样 ReadTemperature()； 温度保存在全局变量 unsignedintTemperature； 温度值整型变量） 182表示18.2C***************************************************************************//*********************************定义全局变量******************************/bitTemperatureLessZero；signedintTemperature=850； //温度值整型变量）182表示18.2C/****************************************************************************函数功能：延时子程序入口参数：k出口参数：****************************************************************************/voidDS18_delay(unsignedcharuseconds) //延迟17US.根据晶振调节{ unsignedchari； while(--useconds) { i=3； while(--i)； }}/***************************************************************************函数功能：DS18B20初始化子程序入口参数：出口参数：****************************************************************************/unsignedcharReset_DS18B20(void){ unsignedcharx=0； DQ=0； //发送复位脉冲 DS18_delay(29)； //延时>480us) DQ=1； //拉高数据线 DS18_delay(3)； //等待15~60us)等待存在脉冲x=DQ；//获得存在信号(用于判断是否有器件)DS18_delay(25)；//等待时间隙结束return(x)；//返回存在信号，0=器件存在，1=无器件}/****************************************************************************函数功能：向DS18B20读一字节数据入口参数：出口参数：dat****************************************************************************/ReadOneChar(void) { unsignedchari=0； unsignedchardat=0；for(i=8；i>0；i--) { DQ=1； DS18_delay(1)； DQ=0； dat>>=1；//复合赋值运算，等效dat=dat>>1(dat=dat右移一位后的值) DQ=1； if(DQ) dat|=0x80； DS18_delay(4)； }return(dat)；}/****************************************************************************函数功能：向DS18B20写一字节数据入口参数：dat出口参数：****************************************************************************/voidWriteOneChar(unsignedchardat)//有参函数，功能是"写"，而写的内容就是括号内的参数{ unsignedchari=0； for(i=8；i>0；i--) { DQ=0； DQ=dat&0x01； DS18_delay(4)； DQ=1； dat>>=1；//复合赋值运算，等效dat=dat>>1(dat=dat右移一位后的值) }// DS18_delay(4)；} /****************************************************************************函数功能：向DS18B20读温度值入口参数：出口参数：temperature****************************************************************************/voidReadTemperature(void){ unsignedchartempL=0； //临时变量低位无符号字符变量） unsignedchartempH=0； //临时变量高位 bitflag=0；//Time=get_time()；// DS18_delay(125)； //转换需要一点时间，延时 Reset_DS18B20()； //初始化，调用