电冰箱温度测控系统毕业设计说明书

编号： 毕业设计说明书题 目：电冰箱温度测控系统设计 题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发2012 年 5 月 20 日 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 2 页摘 要随着电子技术、传感技术、计算机控制技术的发展以及对冰箱节能保鲜的要求，变频冰箱得到了快速发展。变频冰箱使用了变频压缩机，通过调节变频压缩机的转速，以此来控制制冷量，温度波动小，制冷效率高，节能明显。电冰箱温度测控系统设计采用单片机产生 PWM 信号控制功率模块来实现电机的变频控制。具体是利用 DS18B20 温度传感器对周围的环境温度进行监测，获取的当前温度，并输入到整个系统的核心部件AT89C51 单片机中，再与预先设定的温度相比较，单片机通过对信号加以判断，根据当前温度与预设的温度的温差来改变工作的频率，当现温度与预设温度相差较大时，工作频率较高，当现温度与预设温度相差较小时，工作频率较低，通过变频来达到节能的效果。同时系统还选用了 LCD1602 液晶屏来显示温度，有较好的可视化效果。本次设计的电冰箱温度测控系统能够根据温度检测反馈的信号来调节工作频率，按键可调节预设温度的高低，当环境温度低于预设温度时，变频模块停止工作，当环境温度高于预设温度时，工作频率变高，电机转速变快。频率范围 30-150HZ。温度变化差值以 1作为改变频率的界限，当环境温度高于预设温度 5以上时，则以最高的工作频率工作。本次设计能够通过改变电机转速，根据温度差值的变化而变化，从而减小频繁开停机损失、降低耗电量。关键词：变频冰箱; DS18B20 传感器;AT89C51 单片机桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 2 页AbstractWith electronic technology, sensor technology, the development of computer control technology, and preservation of the refrigerator energy saving requirements, has been a rapid development in the inverter refrigerator. The use of variable speed compressor for inverter refrigerator, by regulating the speed of the inverter compressor, in order to control the cooling capacity, temperature fluctuations, high efficiency refrigeration, energy saving is obvious.The refrigerator temperature control system design uses a microcontrollers PWM signal to control the power module to the motor inverter control. Specific DS18B20 temperature sensor monitoring the temperature of the surrounding environment, access to the current temperature, and entered into the heart of the system components - AT89C51 microcontroller, and then compared with pre-set temperature, the microcontroller through the signal to be judged, change the frequency of work according to the temperature difference between the current temperature and the preset temperature, when the current temperature and preset temperature difference between the larger, higher operating frequency, when the current temperature and preset temperature difference between the smaller, lower operating frequency, by frequency to achieve the energy saving effect. The system also selected LCD1602 LCD screen to display temperature, a better visualization.The design of the refrigerator temperature control system according to the temperature sensing feedback signal to adjust the operating frequency, button adjustable preset high and low temperature, when ambient temperature is below a preset temperature, the conversion module to stop working when the ambient temperature is higher than when the preset temperature, the operating frequency becomes higher, the motor speed becomes faster. Frequency range of 30-150HZ. Temperature difference of 1 as the boundaries to change the frequency when the ambient temperature is higher than 5 above the preset temperature, while the maximum operating frequency. This design by changing the motor speed varies according to changes of temperature difference, thereby reducing the frequent opening of downtime, lower power consumption.Keywords: frequency refrigerator;the DS18B20 sensor;AT89C51 single-chip microcontroller 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 2 页目 录引言 .11 绪论 .11.1 基于单片机的电冰箱温度测控系统介绍.11.1.1 变频技术概述.11.1.2 变频技术在冰箱中的应用.21.2 课题的意义及目的.32 设计方案 .32.1 设计方案论证.32.2 设计思路.43 硬件设计 .53.1 系统原理框图.53.1.1 检测模块部分.53.1.2 主控模块部分.93.1.3 变频模块部分.123.1.4 显示模块部分.143.2 原理图和 PCB 设计.173.2.1 原理图设计.173.2.2 PCB 设计 .184 软件设计 .194.1 软件设 计思想.194.2 软件设计及流程图.195 功能与调试 .235.1 系统调试.235.1.1 系统调试使用的方案.235.1.2 系统调试过程中解决的问题.235.2 系统功能.246 总结 .24桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 谢 辞 .26参考文献 .27附 录 .28桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 40页引言 随着工业自动化水平的不断提高和电力电子技术的发展，家电产品中采用变频调速技术越来越多，政府号召节约资源、企业需要降低生产成本、市场呼吁节能技术和产品，而变频技术被认为是最有效的节能方式之一，使用变频技术不仅能达到科学用能、节能降耗的目的，而且能够提高自动化水平，改善工艺。以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”成为全球热点。低能耗、低污染为基础的绿色经济已经逐渐成为社会发展的必然趋势，节能减排势在必行。提高能效技术、节约能源技术、可再生能源技术和温室气体减排技术的开发和运用，能够促进整个社会经济朝向高能效、低能耗和低碳排放的模式转型。目前我国生产的电冰箱绝大多数是定转速式电冰箱, 普通家用冰箱中的电机启动频繁、噪声大、寿命短、温度稳定性差、能耗高。而变频调速式电冰箱与其相比较,具有明显的节能效果和降噪效果，同时整机寿命有明显提高。变频冰箱以其节能、静音、速冻能力强、温度控制准确、高效节能、工作电压范围宽等被业界视为电冰箱的发展趋势。变频冰箱的研制，不仅是电冰箱发展的要求，而且也代表着国内冰箱企业的技术水平和开发能力。本次设计的电冰箱温度测控系统采用 AT89C51 单片机作为控制器核心，对电机的工作过程进行控制。通过 DS18B20 温度传感器对环境温度进行检测，把数据发送到单片机中，单片机经过数据处理，把实时检测到的温度与预设的温度进行比较，根据温差大小产生不同脉冲宽度的 PWM 信号，输入到专用驱动芯片IR2302，控制驱动功率管，输出交变电压，从而改变电机的转速，从而达到节能效果。1 绪论1.1 基于单片机的电冰箱温度测控系统介绍1.1.1 变频技术概述“变频”在机电领域原指电源逆变器输出的电压频率能够根据需要变化。通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。对由逆变电源供电的感应电动机、永磁无刷电动机来讲，逆变器输出电压频率的改变，能使电机的转速也跟着作相应的变化。在家用电器如空调、冰箱、洗衣机等中，所说的“变频”可以通俗地理解为其压缩机或电机的转速能够根据控制的需要而变化，进而提供不同的制冷量、制热量或洗涤能力。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 40 页变频技术采用新型变频器，将 50HZ 的固定供电频率转换为 30-130HZ 的变化频率，实现电动机运转速率的自动调节，达到节能和提高效率的目的。变频技术随着微电子学、电力电子技术、电子计算机技术、自动控制理论等的不断发展而发展，现已进入一个崭新时代，其应用也越来越普及。从起初的整流、交直流可调电源等已发展至高压直流输电、不同频率电网系统的连接、静止无功功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储存等。在运输业、石油业、家用电器、军事等领域得到了广泛的应用。如变频空调、变频洗衣机、变频冰箱、变频微波炉、军事通信、导航、雷达等设备的小型化电源等。上世纪 50 年代末，由于晶闸管（SCR）的研究成功，电力电子器件开始运用于工业生产，可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。但由于直流电机结构复杂，造价比交流电机高，直流电动机在运行中，炭刷接触产生炭粉而易引起环火，须经常维护，而且直流调速系统线路复杂，维修十分不便。因而便促进了世界各国对交流调速技术的开发和研制。20 世纪 80 年代中期，随着第三代电力电子器件，如门极可关断晶闸管(GTO） 、大功率晶体管（GTR） 、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等全控型电力电子器件的研制成功，以及电力电子器件从电流驱动型到电压驱动型全控器件等的发展，同时随着控制理论、微电子技术和计算机技术的发展，使交流电机变频调速技术取得了突破性进展，并以其优越的调速性能和良好的节能效果逐渐取代了直流调速系统和其他的调速方式，如变极调速、串级调速、滑差电机调速、整流子电机调速等。随着全球能源短缺趋势的加剧以及交流变频技术及变频器产品的性能和功能日趋完善，变频技术越来越广泛地应用在工业生产的各个领域中。1.1.2 变频技术在冰箱中的应用变频调速技术用于冰箱控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高效率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说，变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。变频冰箱，通过传感器及电子智能控制系统，压缩机根据冰箱冷藏室或冷冻室的需要改变转速。定频冰箱维持冷冻温度是通过测温控制自动开关机来实现的，每次自动开机制冷实际上是对食品进行反复的温度冲击。变频冰箱则通过 5 摄氏度、0 摄氏度等温控点的转速调节，使食品温度冲击变小，减少食品水分流失，保鲜期也可延长35 天，节能效果也相应提高。不论是节能还是保鲜，变频冰箱在技术原理上都有着独到的优势。此外，变频冰箱的噪音还很低。有关企业的测试结果表明，变频冰箱的速冻能力比普通冰箱提高20%，节能效果显著，常规运行时噪音大大降低。冰箱压缩机的效率随着冰箱容积的增桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 40 页大而降低，而变频冰箱在冰箱负载较大时压缩机可以高速运转实现快速降温,通过连续调节压缩机转速可使冰箱内的温度控制比较精确和稳定。容积超过 300L 的普通冰箱，即使压缩机能效比再高也不会随着制冷负荷的大小而节电。但变频压缩机变速制冷的工作原理会在这种情况下比普通压缩机的工作效率提高很多，即使压缩机的 COP 值与高效压缩机相同，而通过变频控制，变频冰箱也能节能约 30%。 变频冰箱可以在很短的时间内通过改变压缩机频率可以在很短的时间内打温度打下来,在温度降低后以低频率保持低温,不用停机.这样冰箱的温度的波动范围大大减小,不用频繁开机,同等情况下也可以省电。变频优势明显，变频冰箱的主要特点有：由于制冷量可调节，使得冰箱的制冷量可以与冰箱的负载良好地匹配，避免无谓的能量消耗；当冰箱所需制冷量较小时，压缩机可以低速运转，减少冰箱的启动次数。与常规冰箱相比，具有两方面的节能优势，一是减少了冰箱频繁停机/启动所造成的开停机损失；二是减少了冰箱停机造成系统高低压平衡、在开机时又必须重新建立这一高低压所造成的能量损失。采用变频技术主要是从冰箱的运行、使用过程实现节能，通过改变压缩机转速来改变冰箱的制冷量，使制冷量能够根据负荷的变化而变化，从而减小开停机损失、降低耗电量。同时，在变频冰箱中使用的直流调速压缩机又减小了压缩机电机的励磁损失，压缩机效率得到进一步提高。1.2 课题的意义及目的本课题“电冰箱温度测控系统设计”主要是将所学的单片机原理、计算机控制技术、传感器技术等知识运用到实际的生活中，真正做到理论与实践相结合。在社会大力提倡节能减排，低碳生活的今天，普通家用冰箱中的电机启动频繁、噪声大、寿命短、温度稳定性差、能耗高等问题，是需要我们亟待解决的。近几年随着科学技术的发展，特别是电子技术和计算机控制产业的发展，变频技术在家电领域的应用逐步普及。随着人们生活质量的提高，人们对家电提出了更高的要求，在能够实现原有功能的同时，还要符合社会节能减排的要求。针对于这种情况，本课题介绍的电冰箱温度测控系统，能对冰箱中的温度进行检测，并与设定的温度相比较，根据温差的大小来改变工作频率，完全符合了现代家庭对于家电节能的要求，既能保持原有冰箱的制冷功能，又能达到节能的效果。这个课题研究将使得我们的生活更加节能环保。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 40 页2 设计方案2.1 设计方案论证根据要求，本次毕业设计重要的部分是测温元件的选用，温控器的选择决定外围电路的设计。根据查阅资料，温控器的选择有如下两种：方案一：采用传统的测温元件，如热电偶、热电阻。温控器可以选择热电偶和热电阻，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，电路复杂，软件调试复杂，精确度不高。方案二：采用高性能的数字智能温度传感器 DS18B20，DS18B20 数字温度计提供9 到 12 位分辨率的温度测量，DS18B20 作为检测元件， 操作温度范围在55C 到125C 变化。10C 到85C 范围的温度精度可达0.5C，最高分辨率可达0.0625C。DS18B20 可以直接读出被检测温度值，而且采用三线制与单片机相连，通过 1Wire 总线来通信，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。本次毕业设计中采用方案二，采用 DS18B20 数字智能传感器作为温度检测元件。显示部分的方案选择有三种方案一：采用数码管动态显示。本次设计的显示内容主要为数字，利用 LED 数码管可基本满足使用要求，且成本较低，但是数码管显示不利于显示字符，而且亮度低，可视性较差，所以不用此种作为显示。方案二：采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.方案三：采用 LCD1602 液晶显示。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，由于液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602 液晶模块内部存储有不同的点阵字符图形，这些字符有阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，其内部还有自定义字符（CGRAM），可用于存储自已定义的字符。采用 LCD 液晶显示可以更好的显示效果。故显示部分采用方案三，采用 LCD1602 作为显示元件。综合上述，本次设计采用温度传感器 DS18B20 作为温度检测元件，用 LCD1602 液晶显示，配合单片机 AT89C51 进行设计，由以下模块组成：主控制器、测温电路、显示电路、变频控制电路。2.2 设计思路 通过分析研究课题的要求以及难点，本次设计将整个系统大致分为四大模块进行设