毕业设计基于PIC单片机的电冰箱控制系统设计

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1、青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动了传统温度控制领域的发展，使温度控制从传统的采用常规的模拟调节器控制发展到以微型芯片为核心的高精度控制，使温度控制有了质的飞跃。在温度控制系统中，单片机往往是作为核心部件来使用，它的选择将决定仪器的总体结构，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。电冰箱是现代家庭中必不可少的家用电器。而目前我国市场销售的冰箱大多采用传统的机械式温控，其控制精度差，功能单一，控制方式简单难以满足冰箱发展的要求。随着经济的发展和人民生活水平

2、的进一步提高，人们对多功能的发展要求越来越高。由于单片机性能好，控制功能强，工作可靠，成本低等优点，现在已经在家电产品中得到了广泛的应用。面临国内冰箱发展的现状，在技术上还与其他发达国家有一定的差距，在原有的基础上对电冰箱进行了一定的改进，使其适用当代个性时尚、节能环保、智能高端、精温控制的发展方式，使人们体验闻所未闻的个性化感受，快捷与原汁原味不再是梦想。新一代产品在控制上还增加了人工智能，是家电性能更优异，使用更方便可靠。电冰箱温度控制系统是利用温度传感器采集电冰箱冷藏室和冷冻室的温度。通过使用单片机进行数字信号处理，从而达到智能控制的目的。本系统可实现电冰箱冷藏室和冷冻室的温度设置、电冰

3、箱自动除霜、开门报警等功能。本设计第四章论述了硬件设计部分。第五章论述了系统的软件设计部分。通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进，实现了电冰箱的双温双控，使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷量，且节能效果良好。关键词：单片机，温度传感器，电冰箱，温度控制AbstractIn recent years along with computer penetration in the social sphere, SCM applications are constantly deepening, and drives the transmission control system of det

4、ecting change rapidly.In real-time monitoring and automatic control of the SCM application system, the microcontroller is often used as a core component, only SCM knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure, and the specific characteristics of the target application softw

5、are, to make perfect.the refrigerator is essential in the modern family home appliances. But at present our country market selling refrigerators mostly using the traditional mechanical type temperature control, the control precision, single function, has the advantages of simple control method is di

6、fficult to meet the requirements of the development of refrigerator. With the economic development and peoples living standards further improved, the multifunctional development of increasingly high demand. As the MCU performance is good, strong control function, reliable work, low cost and other ad

7、vantages, is now in the home appliance products has been widely used. Facing the domestic refrigerator development present situation, the technique is compared with other developed countries have a certain gap, we in the original basis of the refrigerator is improved, making it suitable for use in c

8、ontemporary fashion, energy saving and environmental protection, intelligent, precise temperature control of the development mode, make people experience have never even heard of it personalized feeling, fast and the original is no longer a dream. A new generation of products in control also increas

9、ed in artificial intelligence, is home appliance of superior performance, the use of more convenient and reliable.Refrigerator temperature control system is the use of temperature sensor acquisition of refrigerator and freezer room temperature and evaporation temperature.Through the use of MCU in di

10、gital signal processing, so as to achieve the purpose of intelligent control.This system may realize the electric refrigerator refrigerator and freezer room temperature setting, refrigerator automatic defrosting, the door alarm function.The design of the second chapter discusses the hardware design

11、part.The third chapter discusses the system software design. Based on the direct cooling type refrigerator cooling system improvement and using fuzzy control technology to realize the refrigerator, double temperature double control, make refrigerator according to use conditions change rapidly and re

12、asonably adjusting cooling capacity, and the energy saving effect is good. Key words：Single chip computer， temperature sensor， refrigerator， temperature control II目 录摘 要I1 绪 论11.1 课题的提出及意义11.2 冰箱的发展趋势及其不足12 温度控制系统总体设计方案32.1 电冰箱工作原理32.2 设计思想32.3 功能特点32.4 设计方案43 单片机的选型与简介63.1 PIC单片机的优势63.2 PIC单片机的分类73

13、.3 单片机的选型74 电冰箱控制系统硬件设计124.1 供电直流电源124.2 时钟震荡电路134.3 制冷部分电路134.4 按键显示电路174.5 温度检测电路184.6 系统总原理图235 电冰箱控制系统的软件设计245.1 编程思路245.2 主程序245.3 冷藏室温度控制285.4 冷冻室温度控制285.5 故障处理子程序29结 论32致 谢33参考文献34附 录351 绪 论1.1 课题的提出及意义在当今科技迅速发展，人们生活水平迅速提高的文明社会里，家用电器越来越受到人们的重视。当前，世界许多国家家用电器制造商和科研机构都投入了大量人力物力和资金，运用现代高新科技，研制和开发

14、着眼于21世纪的家用电器。有人曾经预言：21世纪将是智能家电的世纪。所谓智能家电，是指运用现代最新科技，通过计算机及其他辅助设备来研制开发的新一代具有智能功能的家用电器，能够尽量带给人们方便，满足人们的需求。本文就是利用本专业知识，开发出一种适合市场需要的单片机温度控制系统-家用智能电冰箱的主控板。基于PIC单片机的电冰箱自动控制系统的设计方法，即以PIC16F877单片机为核心，通过温度采集模块的传感器采集冷藏、冷冻温度信号，通过传感器自身的A/D转换模块儿直接将温度电信号转换为数字信号送入单片机，单片机通过运算得出温度值，输出给显示屏。根据所要求的范围来控制压缩机、加热丝等外部器件的动作。

15、同时在按键控制模块儿，通过按键扫描达到自己对电冰箱的控制，将按键输入的数值扫描到单片机中，通过程序能够自行对电冰箱的各个动作部件实现控制。1.2 冰箱的发展趋势及其不足自1923年世界第一台冰箱诞生以来，人们的生活越来越离不开冰箱，尤其是进入九十年代，冰箱的发展越来越快。随着家电更新换代高潮的到来，未来冰箱产品分类将更加细化，满足不同人群不同需要，也就是“你有你的，我有我的”。1以人为本 渐趋时尚、个性化。2两极分化 小冰箱、大冰箱受宠3.返朴归真 节能、环保呈先导理念4.技术革新职能、高端化。然而，目前市场上出售的冰箱还存在一些不足。冰箱有机械温控、电子温控和电脑温控等控制方式，它们的温度控

16、制装置、化霜装置和其他控制装置的控制值都是事先设定的，这就易使很多能量消耗在目的相异的各种动作及因缺少灵活性而发生的各种多余动作，造成器件的频繁开启，一方面造成器件损坏，温度的起伏较大，不利于食品保鲜，另一方面，浪费了大量的能量。另外，冷藏室、冷冻室被迫同时制冷，各间室温控结果是“控高不控低”。在冷藏室和冷冻室各设置了一个感温头，一旦感温头探测到冷藏室或冷冻室的温度上升到所设定的值后，则通知压缩机启动。当冷藏室使用较频繁时，冷藏室的感温头不断通知压缩机启动。针对上述的两种情况，本文给出了一种新型智能电冰箱的设计方法。有效的解决的目前电冰箱使用过程中的一些问题。2 温度控制系统总体设计方案2.1

17、 电冰箱工作原理压缩式电冰箱是电机压缩式电冰箱的简称，它主要有以下三个构成部分：箱体、制冷系统与控制系统。而其中最关键的是制冷系统。制冷是利用物态变化过程中的吸热现象，使之气液循环，不断地吸热和放热，以达到制冷的目的。其具体过程是：通电后压缩机工作，将蒸发器内已吸热的低压、低温气态制冷剂吸入，经压缩后，形成温度为5558，三压强为1128帕的高压、高温蒸气，进入冷凝器。由于毛细管的节流，使压力急剧降低。因蒸发器内压力 低于冷凝器压力，液态制冷剂就立即沸腾蒸发，吸收箱内的热量变成低压、低温的蒸气。再次被压缩机吸入。如此不断循环，将冰箱内部热量不断的转移到箱外。2.2 设计思想基于单片机的电冰箱自

18、动控制系统的设计方法，即以单片机为核心，通过温度采集模块的传感器采集冷藏、冷冻温度信号，通过传感器自身的A/D转换模块儿直接将温度电信号转换为数字信号送入单片机，单片机通过运算得出温度值，输出给显示屏。根据所要求的范围来控制压缩机、加热丝等外部器件的动作。同时在按键控制模块儿，通过按键扫描达到自己对电冰箱的控制，将按键输入的数值扫描到单片机中，通过程序能够自行对电冰箱的各个动作部件实现控制。总体设计框图如图2-1所示。图2-1总体设计结构2.3 功能特点本装置具有以下功能：（1）状态指示功能：当电冰箱通电的时候，能够用LED灯显示电冰箱的运行与否。（2）温度控制功能：A 刚上电时，若箱内温度处

19、于开机点与关机点之间，则不开机，直到温度回升到开机点时才能开机。B 冷藏室内开机温度固定不可调，关机温度可调，调节范围为-16-28。 C 冷冻传感器：开机点温度为-10，关机点温度为-15。D 冷藏传感器与冷冻传感器同时控温。当其中有一传感器温度达到开机点时，则开机；当两者温度都达到各自关机点时才关机。（3）超温报警功能：冷冻传感器的温度不能超过-5，超过-5时要求系统自动报警。（4）自动化霜功能：压缩机累计工作18小时30分钟，自动化霜。从进入自动化霜时开始计时，90分钟内超温报警功能被屏蔽。（5）强制化霜功能：强制化霜时间为30秒，通过按键实现对电冰箱的强制化霜。（6）箱门打开超时报警功

20、能： 如果冰箱门长时间没闭合，报警系统自动报警。（7）传感器故障保护功能：A 延时保护功能: 每次压机关机后，强制停机5分钟1分钟，然后进入正常控制。B 掉电记忆功能：掉电60分钟内，记忆自动化霜状态值及压机累计工作时间。2.4 设计方案为满足上述功能要求，制定了以下方案：一、使用一个红色和两个绿色一个黄色发光二级管显示电冰箱的工作状态： 绿灯：电源指示灯，工作时绿灯常亮。风机运行指示。压缩机运行指示。化霜功能指示。正常工作时这三组等都为绿色常亮。 黄灯：进行强制化霜的时候指示灯亮 红灯：超温报警及传感器故障指示灯，进入超温报警状态时，红灯常亮，传感器出现故障时，红灯闪烁。二、温度控制功能中的

21、A、B、C、D点通过软件来实现。三、自动报警时，设定红灯为报警灯，当冷冻传感器温度-5时，系统进入报警状态，红灯常亮，一旦冷冻传感器温度低于-5，红灯熄灭。 四、系统进入自动化霜状态后单片机控制压机风机断开，接通化霜加热丝。工作30分钟后，断开加热丝，接通压机，再过15分钟，接通风机，自动化霜结束，进入正常控制。一进入化霜状态，屏蔽超温报警功能，定时器计时90分钟，90分钟后恢复超温报警功能。五、单片机外加一强制化霜键，键按下时断开压机和风机，接通化霜加热丝，30秒后，断开化霜加热丝进入正常控制。六、每次压机停机后，屏蔽允许开机标志位，调用延时子程序，延时时间到后，恢复允许开机标志位，再进入正

22、常工作。七、掉电记忆功能：在电源部分加一储能元件，在电源掉电时继续给单片机供电。493 单片机的选型与简介Peripheral Interface Controller，采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯诺伊曼结构。它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。属于CISC结构的单片机有Motorola的M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond（华邦）W78系列、荷兰Philips的PCF80C51系列等；属于RISC结构的有Intel8051系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT

23、90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。3.1 PIC单片机的优势1) PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若采用40脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机.该型号有512字节ROM、25字节RAM

24、、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线，市面售价在36元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点火器这样的应用无疑是非常适合。PIC的高档型号，如PIC16C74（尚不是最高档型号）有40个引脚，其内部资源为ROM共4K、192字节RAM、8路A/D、3个8位定时器、2个CCP模块、三个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。2) 精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采

25、用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。3) 产品上市零等待（Zero time to market）。采用PIC的低价OTP型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。4) PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。就我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。5) 其引脚具有防瞬态能力,通过限流电阻可以接至220V交流电源,可直接与

26、继电器控制电路相连,无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。6) 彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。7) 自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。8) 睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TIMSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。3.2 PIC单片机的分类PIC单片机的型号繁多，容易混淆，主要对单片机作以下分类：初档8位单片机：PIC12C5XXX/16C5X系列。PIC16C5X系列是最早在市场上得到发展的系列，因其价格较低，且有较完善的

27、开发手段，因此在国内应用最为广泛；而PIC12C5XX是世界第一个八脚低价位单片机可用于简单的智能控制等一些对单片机体积要求较高的地方，前景十分广阔。中档8位单片机： PIC16CXXX/PIC16FXXX系列。PIC16CXXX/PIC16FXXX系列是Microchip近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富，其性能比低档产品有所提高，增加了中断功能，指令周期可达到200ns，带A/D，内部E2PROM数据存储器，双时钟工作，比较输出，捕捉输入，PWM输出，I2C和SPI接口，异步串行通讯（USART），模拟电压比较器及LCD驱动等等，其封装从8脚到68脚，可用于高、中、低档的电子产品设计中

28、,价格适中，广泛应用在各类电子产品中。高档8位单片机：PIC17CXX系列。PIC17CXX系列是适合高级复杂系统开发的系列产品，其性能在中档位单片机的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达成160ns，它是目前世界上8位单片机中性价比最高的机种，可用于高、中档产品的开发，如马达控制等。3.3 单片机的选型由于设计的需要，一共需要25个I/O口，普通PIC单片机无法满足要求。所以选用了PIC系列的PIC16F877单片机。且属于中档单片机，价格适中。3.3.1 PIC16F877单片机图3-1 PIC16F877内部结构PIC16F877是MICROCHIP公司生产的一款低功耗单片机,，它具有以

29、下特点：（1） 精简指令集，35条单字节指令，易学易用；（2） 除地址分支跳转指令（GOTO、CALL）为双周期指令，其余皆为单周期指令；（3） 执行速度：如表3.1表3.1 单片机执行速度时钟振荡指令周期40Hz100us1MHz4us4 MHz1us10 MHz400ns20 MHz200ns（4） 8级硬件推栈；（5） 多种硬件中断；（6） 直接、间接、相对三种寻址方式；（7） 带8位FLASH数据寄存器。擦写次数达到100万次，数据保存时间大于40年。功能部件结构：（1） 带8位A/D转换输入；（2） 高驱动电流，I/O脚可直接驱动数码管显示；（3） 双向可独立编程设置I/O引脚；（4

30、） 8位定时器/计数器TMR0，带8位预分频；（5） 16位定时器/计数器TMR1，睡眠中仍可计数；（6） 8位定时器/计数器TMR2,带有8位的周期寄存器及预分频和后分频；（7） 并行口操作；（8） 同步串行口I2C/SPI总线操作；（9） 同步通信接口SCI/USART操作。微控制器特征：（1） 内置上电复位电路；（2） 上电延时器，保障工作电压的稳定建立；（3） 振荡定时器，保障振荡的稳定建立；（4） 断电复位锁定；（5） 内置自振动（RC振荡）看门狗；（6） 程序保密位，可防程序代码的非法拷贝；（7） 4种可选振荡方式； 低成本阻容：RC 标准晶体/陶瓷：XT 高速晶体/陶瓷：HS 低

31、频晶体：LPCOMS工艺特性（1） 低功耗； -2Ma5V,4MHZ;-60ua3V,32KHZ;-26uA2V,睡眠模式下。（2） 全静态设计；（3） 宽工作电压；（4） 宽工作温度范围。由于PIC16F877具有FLASH工业特性，所以它极适合于那些可能会经常改动程序编码的应用。另外它的内部的FLASH数据存储器不仅有掉电保护数据的功能，更重要的时它是由单片机内部进行控制操作的，即外部电路无法对其进行读写，所以有极高的数据保密性，这使得PIC16F877在加密性产品中得到广泛应用。图3-2 PIC16F877引脚图PIC16F877输入输出接口：PIC16F877除了上述基本电路所占用的7

32、只引脚外，其余的33支引脚都可当做输出、输入接脚，输入输出端口是单片机基本界面，可以与周边电路进行电路控制和信号传输与检测。引脚图如图3-11，PIC是8位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满8支接脚，并将I/O命名为PORTA(RA0RA5)、PORTB(RB0RB7)、PORTC(RC0RC7)、PORTD(RD0RD7)和PORTE(RE0RE2)等，各分组接口特性说明如下： PIC16F877的PORTA总共有6个位(RA0RA5)，PORTA的接脚可作为数字输出输入端口，而系统重置后，PORTA自动成为模拟输入状态，可读取模拟输入讯号。PORTB总共有8个位(RB0RB7)，可以撰

33、写程序规划输入输出方向、状态，其中，要进行烧录时，使用到三支接脚，分别是Pin36(RB3/PGM)、Pin39(RB6/PGC)与Pin40(RB7/PGD)。 PORTC总共有8个位(RC0RC7)，除了可作为数位I/O外，还和一些特殊功能的周边电路共享接脚，例如CCP（直流马达控制）、I2C、SPI（同步串行通讯电路）、UART（异步串行传输电路）等等。 PORTD总共有8个位(RD0RD7)，可作一般数字I/O，并与PSP(Parallel Slave Port)并列传输接口共享。当整体系统需要多单片机时，彼此可以经由并列传输接口来快速传输资料。4 电冰箱控制系统硬件设计系统的硬件电路

34、由PIC16F877单片机、直流电源供电电路、时钟振荡电路、制冷电路、指示灯电路、报警电路、键盘显示电路、等组成。4.1 供电直流电源图4-1 供电电路图PIC单片机的供电都是通过如图4-1供电电源获得的。单片机需要+5V直流电源供电，但由于市电为220V，所以需要设计一个+5V直流电源。电源部分由以下几部分组成：1）变压：先通过变压器将220V变为12V，再采用单项桥式整流电路，将交流电压转变为直流电，但是整流后还存在交直流分量，所以要通过滤波去除其中的交流部分。2）稳压：选择了大容量的电解电容作为滤波电容稳压由于整流后的电压波动很大，所以需要进行稳压，稳压部分选用了78系列三端稳压器。因为

35、稳压后面需要加二极管等元器件，所以稳压器件选7805。7805输出的为5V，在稳压器前要加电容，用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，稳压器输出需要加两个电容，一个用于消除输出电压中的高频噪声，另一个需要加电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。3）掉电保护部分：图4-2 掉电记忆电路为实现掉电保护功能需要加一个大容量电容，在电源掉电时给单片机供电。电路图如图4-2所示。二极管为保护作用，在V1正常工作时，D2导通，电容C9充电，当掉电时，D2截止，由于电容为法拉电容，,电容量很大，储能量很大。V1掉电时，电容放电，作为备用电源，可使单片机正常工作。4.2 时

36、钟震荡电路图4-3 时钟振荡电路XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。时钟震荡电路如图4-3，该电路由PIC16F877的XTAL1和XTAL2脚内电路及外接的晶体和外接电容等组成。震荡电路产生的震荡信号提供给微电脑电路作为时基信号。选用4M晶体，则提供的指令频率为1us.4.3 制冷部分电路制冷部分电路如图4-4 图4-4 压缩机电路4.3.1 压缩机压缩机

37、是制冷系统的心脏，它在电动机的带动下压缩和输送制冷剂蒸汽，使制冷循环得以实现。在电冰箱中多采用活塞式和旋转式压缩机，一般为封闭式结构。压缩机的机械部分比较简单，下面重点对压缩机电动机进行介绍。压缩机电动机一般采用单相异步电动机，输出功率在1.5kw以上的全封闭式压缩机组才使用三相异步电动机。压缩机电动机的种类:(1)单向电阻分相式异步电动机电子主绕组与副绕组在空间相差90电角嵌放，副绕组与启动继电器相接。接通电源后，因副绕组线细、匝数又少，阻抗、感抗与主绕组不同，于是形成旋转磁场，电动机启动运行。当电动机转速达到75%左右的同步转矩时，启动继电器切断副绕组，这时只有主绕组参与运行。这种电动机启

38、动转矩较小，启动电流较大，适用功率为40W130W。(2)单相电容启动式异步电动机这种电动机的结构和功能与电阻分相式基本相同，只是在副绕组中串联一启动电容(45uF100uF)。副绕组线细、匝数多，启动容易。启动完成后继电器动作，切断副绕组，只有主绕组参与运行。具有启动转矩较大，启动电流较小的特点，适用功率40W300W。(3)单相电容启动电容运转式异步电动机这种电动机的结构和功能与上述二种基本相同，不过电路中有两只电容。电动机在启动时，两电容并联，增大了启动转矩。启动完成后，启动继电器将启动电容切断、运转电容仍接于电路中。具有启动转矩较大，运行电流较小的特点，多用于日产冰箱。4.3.2 压缩

39、机在电冰箱这类小型制冷设备中，制冷压缩机多采用单相分相式异步电动机，启动继电器的作用是帮助电动机启动，启动完成后自动断开副绕组，避免烧坏副绕组线圈。常用的启动继电器有以下几种。(1)重锤式启动继电器重锤式启动继电器是目前电冰箱中广泛采用的启动元件，主要有继电器线圈、衔铁、重锤、动触点、静触点等组成。工作原理如下：可由电冰箱的电器原理图进行分析。在接通电源瞬间，电流经温控器、过载保护器，进入压缩机主绕组，通电继电器线圈形成回路，因此时电流较大，电磁力克服重锤重力而使副线圈接通，于是满足了电动机旋转磁场形成条件，电动机启动运行。待电动机启动完成后，因此时线路中电流趋向于正常值，这时电磁力不足以克服

40、重锤重力，于是在重锤重力作用下，断开触点，这时只有主绕组参与运行。(2)PTC启动器PTC启动器结构与工作原理如下：PTC元件是具有正温度系数的热敏电阻，是一种钛酸钡半导体陶瓷晶体。PTC在刚加上电压时，温度低、电阻小，呈现“低阻”状态，此后PTC启动继电器由于自身发热而升温，在1s以内温度升高到居里点以上，电阻值急剧增大，呈现“高阻”状态，电流大幅度减小，几乎成为断路。温控器接通时，电流通过压缩机电动机主绕组，同时经过PTC启动器进入电动机副绕组，这时压缩机启动，因PTC启动器自身发热升温，超过居里点，电阻值急剧增大，副绕组相当于断路只有主绕组参与运行。压缩机停转后PTC温度下降，约3min

41、5min后，又可以重新启动。因PTC启动器无触点、无噪音、结构简单、工作可靠、受电压波动影响小、与电动机匹配条件较宽松，因而有代替重锤启动继电器的趋势。PTC常温电阻值可用万用表测量，也可直接读取。如松下330M355型启动器，电阻值33，耐压355V；470N400型启动器，电阻值47，耐压400V。东芝、日立压缩机配用PTC电阻一般取22，松下、三菱压缩机取30，国产上菱压缩机取100。选用PTC时，可根据压缩机功率特性，主要从常温电阻、最大冲击电流等考虑选择合适的PTC元件型号。(3)电容启动器电容启动器是一种辅助启动装置，主要用于冷藏箱等制冷设备中。其作用是在增加启动电流的前提下，增加

42、电动机的启动转矩。当电源电压低时，压缩机电动机启动困难，这时电动机电流增大，会导致过载保护器开路，甚至烧坏电动机绕组。在这种情况下，采用电容辅助启动装置，就可解决这一问题。电容器的好坏的判别方法：测量前，先将电容器两引线短接，使其放电。然后用万用表两表笔分别接电容器两引线，正常情况下，万用表两指针由电阻大的方向向电阻小的方向偏移，然后再回偏。否则说明电容已损坏，应按原容量、耐压更换新件。4.3.3 过载保护器过载保护器一般有外接式和内埋式两大类。工作原理如下： (1)外接式外接过载保护器由双金属片，动触点、静触点、电热丝和外壳组成。一般串联在主电路中使用。当有较大电流流过时，电热丝发热升温，双

43、金属片受热弯曲，触点断开，切断电源，以保护压缩机电动机不被烧坏。当电热丝冷却后，双金属片恢复原状，又可接通电源。(2)内埋式内埋式过热保护继电器一般用于功率较大的全封闭式压缩机中，直接控制绕组温度，使用中只要绕组温度超出正常范围，即可切断电源。压缩机电路中，压缩机的得电与否，主要是靠继电器决定的。当RB5为高电平的时候，使得三极管处于导通状态，并且线路中的LED发光，对电路作指示作用，这样，继电器就形成回路，线圈得电。则控制220V接入压缩机的开关闭合，压缩机得电工作。其中风机和化霜中的LDE显示功能与此电路中的原理相同，如图4-5。图4-5 压缩机指示电路当三极管基级得电导通。继电器线圈的电

44、，则开关闭合，压缩机得电工作。当RB5为低电平时，三极管不导通，使得几点起的线圈中有没有消耗的电感。所以，必须在继电器线圈两侧并联一个二极管，其目的是在继电器由工作到不工作的过程中使线路形成回路。防止线圈烧坏。报警电路中通过I/O口为高电平时，使三极管导通，通过VCC通电使发光二级导通发光，实现对系统故障的提示作用，如图4-6。图4-6 报警指示电路4.4 按键显示电路图4-7 键盘电路键盘电路如图4-7,。此设计采用四个按键，其功能分别为模式切换，+键，-键，和确认键。通过按键来实现对空调的控制。当按键按下的时候，按键对应的端口为低电平。当按键抬起时，单片机的端口为高电平。电阻的作用是为了避

45、免对端口通入过高电压。图4-8 液晶显示电路显示电路中使用了HS12864-15系列LCD液晶显示屏，电路图如图4-8。HS12864-15 系列中文图形液晶模块的特性主要由其控制器 ST7920 决定。ST7920 同时作为控制器和驱动器，它可提供 33 路 com 输出和 64 路 seg 输出。 在驱动器 ST7921 的配合下，最多可以驱动 25632 点阵液晶。汉升实业有限公司的 HS12864-15 系列产品有 HS12864-12（有 V3.0 版本和V4.0 版本流通市场）和 HS12864-15B，HS12864-15C。HS12864-15 系列产品硬件特性如下：1、提供

46、8 位，4 位并行接口及串行接口可选；2、并行接口适配 M6800 时序 自动电源启动复位功能；3、内部自建振荡源；4、 6416 位字符显示 RAM（DDRAM 最多 16 字符4 行，LCD 显示范围 162 行）；5、 2M 位中文字型 ROM（CGROM），总共提供 8192 个中文字型（1616 点阵）；6、 16K 位半宽字型 ROM(HCGROM)，总共提供 126 个西文字型（168 点阵）；7、 6416 位字符产生 RAM（CGRAM）。HS12864-15 系列产品硬件特性如下：1、文字与图形混合显示功能；2、画面清除功能 光标归位功能 显示开/关功能；3、光标显示/隐藏

47、功能；4、显示字体闪烁功能 光标移位功能功能；5、显示移位功能；6、垂直画面旋转功能 反白显示功能；7、休眠模式。表4.1 HS12864的接口名称型态电平功能描述并口串口VCCI-模块电源输入（未注明为 5V）GNDI-电源地V0I-对比度调节端V0OUTI-液晶驱动电压输出端PSBIH/L并口/串口选择：H 并口;L 串口*RSTIH/L复位信号，低有效RS(CS)IH/L寄存器选择端： H 数据;L 指令片选，低有效R/W(SID)IH/L读/写选择端：H 读L 写串行数据线E(SCLK)IH/L使能信号串行时钟输入DB0-DB3I/O-数据总线低四位空接DB4-DB7I/O-数据总线高

48、四位，4 位并口时空接空接CS1I屏幕选择CS2I屏幕选择4.5 温度检测电路设计中采用了DS18B20温度传感器来实现对电冰箱的冷冻室和冷藏室的温度进行实时检测。电路连接方式如图4-9。图4-9 温度检测电路DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间

49、设备数字测温和控制领域。外部结构图如图4-10 图4-10 DS18B20外部结构DSB18B20具有如下特点：（1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）测温范围 55+125，固有测温分辨率0.5。（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。（4）工作电源: 35V/DC（5）在使用中不需要任何外围元件（6）测量结果以912位数字量方式串行传送（7）不锈钢保护管直径 6（8） 适用于DN1525,

50、DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温（9）标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选（10）PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。DS18B20的工作原理：DS18B20测温原理如图4-11所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，

51、计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。温度寄存器=0高温度系数晶振=0预置低温度系数晶振计数器1预置比较斜率累加器计数器2图4-11 DS18B20的工作原理DS18B20有4个主要的数据部件：（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位 （28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面

52、56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0， 这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温

53、度。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FE6FH，-55的数字输出为FC90H 。（3）DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。（4）配置寄存器 该字节各位的意义如下：配置寄存器结构如表4.2表4.2 配置寄存器结构TMR1R011111 低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用 户不要去改动。R

54、1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）温度分辨率设置表；如表4.3表4.3 温度分辨率R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms高速暂存存储器：高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表4.4所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。对应的温度计算： 当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表4.4

55、 暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位（LS Byte）0温度值高位（MS Byte）1高温限值 （TH）2低温限值 （TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8 根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行 复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后 释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。4.6 系统总原理图图

56、4-12 系统总原理图5 电冰箱控制系统的软件设计5.1 编程思路 由于PIC单片机的汇编语言指令较少，而且执行速度快，所以本次设计采用汇编语言进行软件设计。为了方便系统的改进，所以在编程时把软件模块化。下面就对冰箱控制这一方面予以说明。因为PIC单片机的汇编语言与51单片机差别较大，所以本文在附录中介绍了一些程序中用到的语句。5.2 主程序下面对所用到的标志寄存器进行定义，如表5.1到5.4表5.1 flag a的定义76543210中断计时用于强制化霜30min中断计时用于补偿按键子程序中断计时 采样用冷藏、冷冻均坏时计时自动除霜30min,风机延时15m,屏蔽报警90min计时18h计时

57、5min延时计时中断计时，用于强制化霜计时表5.2 flag b的定义76543210采样结束标志屏蔽报警90min标志风机延时15min标志自动化霜30min标志延时保护5min标志强制化霜30s标志强制化霜结束标志掉电检测标志表5.3 flag c 的定义76543210自检标志冷冻故障标志冷藏故障标志全坏关机标志全坏开机标志红灯闪灭标志红灯闪亮标志超温报警标志表5.4 flag d 的定义76543210压机已关标志中断计时用于红灯闪赋掉电检测次数标志掉电记忆标志冷藏关机冷藏开机冷冻关机冷冻开机 对端口的定义,如表5.5到5.7表5.5 Port A的定义76543210压缩机风机化霜表

58、5.6 Port B的定义76543210报警装置门开关检测按键1按键2按键3按键4表5.7 Port C的定义76543210冷冻室温度冷藏室温度主程序是整个电冰箱的总控制程序，如控制各单元初始化、控制中断、定时、显示，键盘程序的启动与重复等。主程序流程图如图5-1所示。NYNY调用检测掉电子程序掉电标志b,0=1?无条件跳转到休眠状态调用强制化霜按键子程序调用强制化霜子程序强制化霜结束标志c,1=1?无条件跳转到main调用压机累计工作18h程序调用延时保护5min程序调用自动化霜30min程序调用风机延时15min程序调用屏蔽报警90min程序开始初始化调用故障处理子程序调用超温报警红灯

59、闪亮子程序调用控制压机子程序调用控制风机子程序NY清WDT 初始化采样结束c,7=1?清采样结束标志c,7=0调用检测冷藏传感器程序调用检测冷冻传感器程序调用控制冷藏室温度程序调用控制冷冻室温度程序清WDT 无条件跳转到主程序开始图5-1 主程序流程图5.3 冷藏室温度控制检测冷藏室的温度是否到达开关机条件，达到条件则置关机标志位置1，否则清标志位。温度控制流程图如图5-2。 YYYNNYN返回冷藏传感器温度冷藏开机温度置冷藏开机d,2清冷藏关机d,3冷藏关机d,3=1?返回置冷藏关机d,3清冷藏开机d,2Control:冷藏坏c,5=1?返回冷藏传感器温度冷藏关机温度 图5-2 冷藏室温度控

60、制子程序流程图 5.4 冷冻室温度控制 检测冷冻室的温度是否到达开关机条件，达到条件则置关机标志位置1，否则清标志位。同时还要判断是否超温报警。冷冻室温度控制如图5-3注：图中ldcg表示冷冻传感，ldkj表示冷冻开机，ldgj表示冷冻关机，talarm表示超温报警。N返回NNY返回返回YNControl d:返回Y冷冻传感器坏？清超温报警c,0RldcgldkjY置冷冻开机d,0清冷冻关机d,1Rldcgtalarm置冷冻报警c,0清冷冻报警c,0清超温报警c,0Rldcgldgj置冷冻关机d,1清冷冻开机d,0返回图5-3 冷冻室温度控制子程序流程图5.5 故障处理子程序 检测传感器是否故障，如果。有一个传感器