电冰箱结构,控制系统.doc

0引言上世纪80年代初，西门子生产出第一台单压缩机、双循环系统的电子温控冰箱。1998年，电脑冰箱开始进入中国市场。同年，科龙自行研制了中国第一台电脑冰箱。1999年，海尔全面进入，LG、三星也分别宣布推出数字化冰箱，电脑冰箱市场逐步进入成熟期。2001年，西门子全新E智电脑温控冰箱面世，标志着冰箱消费提升到一个新的阶段。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件；在工业生产中被称为必不可少的器件；尤其在日常生活中单片机发挥的作用也越来越大。人们对家用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，智能化是其发展方向之一，业内专家认为，家电智能化是时代发展的需求，是一种必然趋势。传统的机器控制，简单的电子控制已经难以满足发展的要求。而采用基于单片机温度控制系统，不仅可以大大缩短设计新产品的时间，同时只要增加少许外围器件在软件设计方面就能实现功能的扩展，以及智能化方面的提高，因此可最大限度地节约成本。本设计即为基于单片机的电冰箱温度控制系统。传统的机械温控冰箱200升左右的价格一般在2000元以下，而相同容量的电脑智能冰箱几乎都在3000元左右；冷冻能力超强的进口品牌，价格普遍在3500元以上。智能冰箱能否绕过价格这道坎，迅速取代机械温控冰箱，有必要对次系统进行设计测试。智能冰箱2000年开始蜂拥而上，数十个大大小小的冰箱品牌争先恐后推出电脑智能冰箱，纷纷以智能冰箱作为高档产品、形象产品。智能冰箱的冷冻能力较机械温控冰箱强数倍，冷冻能力可以达到18公斤以上，实现了节能低噪音，是冰箱的技术升级产品。1 绪论1.1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，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始的运行，保证了制冷过程的连续性。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6C18C,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品，要求要有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，温度一般为0C10C，当测得冷冻室温度高至6C 3C时或者是冷藏室温度高至10C13C是启动压缩机制冷，当冷冻室温度低于18C21C或者冷藏室温度低于0C3C时停止制冷，关闭压缩机。采用单片机控制，可以使控制更为准确、灵活。1.2 温度控制系统总体方案设计本设计采用AT89S51单片机作为中央处理器，通过功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定等。温度传感器冷藏室和冷冻室的温度进行采集，采集到的温度通过A/D转换后传输给单片机，单片机输出信号给显示部分进行实时温度的显示，并通过和设定的预期温度进行比较，根据比较结果输出相应的控制信号，从而实现对两室的双温双控1。温度测量范围26C26C，精度1C。总体方案结构如图1-1所示：图1-1 电冰箱温度控制单元结构图Fig.1-1 temperature of refrigerator control unit structure实现方案的技术路线为：用单片机AT89S51作为控制核心，用LED实现显示两室温度，用驱动电路控制压缩机完成制冷调节，采用Protel 99 SE绘制各部分的电路图，用汇编语言完成软件编程。1.3 控制系统功能系统设定3个测温点，测量范围-26+26，精度1：利用功能键分别控制温度设定、速冻设定及冷藏温度设定等；利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态；制冷压缩机停机后自动延时3min后放能再启动；电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达3mm时自动除霜；开门延时超过2min发声报警连续速冻时间设定范围18h：工作电压为180240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。自动调节功能是电冰箱应具备的主要功能。电冰箱设有冷冻室和冷藏室，冷冻室的温度为618，冷藏室的温度为010，在该温度范围内，食品保鲜效果较好，因此，对控制器的要求是将冷冻室和冷藏室的温度自动控制在各自的范围内。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累计压缩机运行时间和检测环境温度，来判断是否满足化霜条件，当满足化霜条件时，接通化霜加热丝，同时断开压缩机和风机，30分钟后断开化霜加热丝，接通压缩机，再过15分钟后接通风机。电源过欠压保护功能 ，为了使电冰箱安全可靠地运行，要求其电源电压在180V240V之间。因此，当电源电压小于180V或大于240V时，压缩机应自动停机并报警显示。压缩机开启延时功能，该功能要求压缩机停机时间超过3分钟才能启动，以延长压缩机的寿命。这就要求在每次电冰箱上电时，都要检查压缩机停机是否到3分钟，若未达到，需延时到3分钟后才能启动。因此，在设计时应有判断与延时功能。故障自检报警功能，该功能要求在电冰箱运行过程中，不断诊断电冰箱的运行状态，当发现严重故障时，电冰箱停机并报警显示。1.4 控制系统原理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启、停，是冰箱内的温度保持在设定温度范围内。一般，当蒸发器温度高至35时启动压缩机制冷，当温度低于-10-20时停止制冷，关断压缩机。电冰箱的制冷过程是由密封式压缩机将在蒸发器中吸热而蒸发的制冷剂蒸气吸入，并压缩成高温高压蒸气，然后送入冷凝器。高温高压蒸气在冷凝器中冷却并放出热量，使气态冷凝剂冷凝液化，经过毛细管时被节流，然后进入膨胀器膨胀蒸发。由于毛细管的节流作用，使冷凝器保持一定的高压(冷凝压力)和使蒸发器保持一定的低压(蒸发压力)。当高压液态制冷剂进入蒸发器时，由于压力骤降而迅速沸腾蒸发，并吸收被冷却物料的热量，气体制冷剂再被压缩机吸回，如此连续周而复始工作，形成了连续制冷循环。采用单片机控制，可以使控制更准确、灵活。电冰箱的工作温度是通过温度控制器控制压缩机的起动和停止从而自动进行调节。驱动压缩机的单相电机不能产生旋转磁场，因此不能自行起动，需要通过继电器接通绕组才能起动。热保护器是压缩机电机的安全保护装置。当电机的电流超过允许值或机壳温度过高时即切断电路。直冷式冰箱的风扇以门触式按钮开关控制，关门风扇运转，开门风扇即停止运转，这样可以减少冷气的外流。时间继电器按设