畢業(yè)設(shè)計(jì)中期答辯-智能型電冰箱溫度控制系統(tǒng)

1、,畢業(yè)設(shè)計(jì)中期答辯,,,題目：智能型電冰箱溫度控制系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化姓名：武東陽(yáng)班級(jí)：電氣1407指導(dǎo)老師：金晶,目錄,課題闡述電冰箱現(xiàn)狀及用戶(hù)分析最終設(shè)計(jì)方案目前已完成的工作遇見(jiàn)的一些問(wèn)題剩余論文的進(jìn)度安排,課題闡述,論文的研究目標(biāo)本設(shè)計(jì)利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來(lái)采集電冰箱冷藏室和冷凍室的溫度，通過(guò)ATMEL公司的高效微控制器AT89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，從而達(dá)到智能控制的目的。

2、使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電冰箱冷藏室和冷凍室的溫度設(shè)置、電冰箱自動(dòng)除霜、報(bào)警等功能。 設(shè)計(jì)要求完成溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出硬件各部分電路圖及軟件程序流程圖。,我國(guó)電冰箱現(xiàn)狀,一、多門(mén)推進(jìn)結(jié)構(gòu)升級(jí)，大容積大受歡迎　　盡管2015年冰箱的規(guī)模增長(zhǎng)難續(xù)輝煌，但結(jié)構(gòu)升級(jí)的腳步從未放慢，隨著人們對(duì)食品保鮮和健康的要求增高，擁有多溫區(qū)的多門(mén)產(chǎn)品能夠更好的保存食物并防止串味，多門(mén)對(duì)開(kāi)門(mén)等高端產(chǎn)品的均價(jià)下滑也使得消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)冰箱時(shí)更加青睞此類(lèi)產(chǎn)品，促使高端產(chǎn)

3、品比重大幅提升。根據(jù)奧維咨詢(xún)(AVC)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，冰箱1-11月兩門(mén)零售額份額同比下滑5.4個(gè)百分點(diǎn)，多門(mén)和對(duì)開(kāi)門(mén)產(chǎn)品零售額份額同比分別上漲5.9和3.2個(gè)百分點(diǎn)。許多上班族習(xí)慣在周末一次性買(mǎi)齊一周的食物，這就要求冰箱的容積要足夠大，促使了大容積冰箱的暢銷(xiāo)。2015年1-11月，180L-220L零售額份額同比下滑9.4個(gè)百分點(diǎn)，而400L以上容積段產(chǎn)品零售額份額同比上漲8.6個(gè)百分點(diǎn)。多門(mén)產(chǎn)品的大容積產(chǎn)品比重增長(zhǎng)最為明顯，兩門(mén)和三門(mén)

4、產(chǎn)品大容積化趨勢(shì)也在加劇。,二、產(chǎn)品智能化腳步加快,2015年，電腦溫控和風(fēng)冷冰箱的滲透率大幅攀升，在多門(mén)、對(duì)開(kāi)門(mén)產(chǎn)品中表現(xiàn)尤為搶眼。主要是由于隨著物質(zhì)水平的提升，自動(dòng)化、智能化已經(jīng)成為人們追求生活的方式。能夠精確控溫的電腦溫控產(chǎn)品確保食品保鮮程度達(dá)到最優(yōu)。另外，智能家居指數(shù)的發(fā)布和智能家居概念的推廣都預(yù)示著智能家電將逐漸走入人們的生活，隨著芯片、網(wǎng)絡(luò)解決方案的日趨成熟，預(yù)計(jì)未來(lái)智能化冰箱產(chǎn)品將迎來(lái)發(fā)展的高峰期?！　【€(xiàn)上規(guī)模增長(zhǎng)的同時(shí)

5、，產(chǎn)品也逐漸向高端化發(fā)展。截止到2014年11月，線(xiàn)上市場(chǎng)兩門(mén)產(chǎn)品的零售額份額為31.7%，同比下降6.0個(gè)百分點(diǎn)；三門(mén)、多門(mén)和對(duì)開(kāi)門(mén)產(chǎn)品的零售額份額分別上漲2.6、2.2和3.7個(gè)百分點(diǎn)。目前，各電商大佬也在逐步布局農(nóng)村電商和O2O，預(yù)計(jì)線(xiàn)上規(guī)模占比增高的同時(shí)，線(xiàn)上線(xiàn)下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也將逐漸趨同。,本次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn),本設(shè)計(jì)的目的是利用單片機(jī)采集環(huán)境溫度值，以數(shù)字量的形式存儲(chǔ)和顯示，可以獨(dú)立作為一種設(shè)備對(duì)溫室溫度進(jìn)行有一定精度的控制，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的

6、運(yùn)算發(fā)出各種控制命令，并能動(dòng)態(tài)的顯示當(dāng)前溫度值，設(shè)定目標(biāo)控制溫度值。本設(shè)計(jì)所采用的控制芯片為AT89C51單片機(jī)，此芯片功能強(qiáng)大，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，對(duì)芯片的外圍擴(kuò)展，使得單片機(jī)作為控制器核心，對(duì)電冰箱的工作過(guò)程進(jìn)行控制，并用聲音將電冰箱的一些工作過(guò)程進(jìn)行提示，使控制過(guò)程更人性化。通過(guò)DS18B20溫度傳感器對(duì)冷藏室、冷凍室溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將產(chǎn)生的模擬信號(hào)，通過(guò)DS18B20進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)；對(duì)除霜電路則采用熱敏

7、電阻進(jìn)行溫度檢測(cè)后產(chǎn)生中斷信號(hào)送入單片機(jī)。溫度檢測(cè)信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)和加熱器的工作，滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)溫度的設(shè)置要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除霜功能。,最終設(shè)計(jì)方案,本設(shè)計(jì)方案由單片機(jī)，傳感器，鍵盤(pán)輸入，電源，顯示電路和壓縮機(jī)組成。直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟動(dòng)與停止，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。一般，當(dāng)蒸發(fā)器溫度高至3~5°C時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)溫度低于-10°C~-20

8、76;C時(shí)，停止制冷。本電冰箱電控系統(tǒng)要完成冷凍室及冷藏室的溫度檢測(cè)和動(dòng)態(tài)顯示的功能，霜厚檢測(cè)及除霜的功能，開(kāi)門(mén)報(bào)警功能，溫度設(shè)置功能，以及電源過(guò)欠壓保護(hù)功能。此設(shè)計(jì)的電冰箱電控系統(tǒng)是以AT89C51作為主控制芯片，DS18B20溫度傳感器為溫度檢測(cè)元件，液晶顯示器，按鍵開(kāi)關(guān)等元器件組成，通過(guò)軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)掃描，液晶顯示，I/O口擴(kuò)展功能。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)便，實(shí)用方便的特點(diǎn)。,設(shè)計(jì)圖,設(shè)計(jì)進(jìn)程,查閱資料，方案論證，掌握相關(guān)知識(shí)

9、，并完成文獻(xiàn)綜述進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最佳方案；完成硬件各部分電路設(shè)計(jì)，完成溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開(kāi)始撰寫(xiě)論文。,單片機(jī),單片機(jī)采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。該芯片不僅具有MCS-51[4]系列單片機(jī)的所有特性，而且片內(nèi)集成有4KBFLASH程序存儲(chǔ)器和256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，價(jià)格低，是目前性能價(jià)格比較高的單片機(jī)之一。芯片完全滿(mǎn)足系統(tǒng)需要，不需再外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89C51它具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)集

10、成度高;2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;3)系統(tǒng)擴(kuò)展方便;4)可靠性高;5)處理功能強(qiáng)、速度高;6)容易產(chǎn)品化。另外： AT89C51完全兼容MCS-51系列單片機(jī)的所有功能，并且本身帶有2K的內(nèi)存儲(chǔ)器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)達(dá)幾萬(wàn)次以上，比以往慣用的8031CPU外加EPROM為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，具體如下：1)AT89C51單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品，低功耗、高性能、采用CHMOS工藝的8位單片機(jī)。2

11、)它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與Intel 80C3X單片機(jī)完全相同。在應(yīng)用中可直接替換。3)在AT89C51內(nèi)部有FLASH程序存儲(chǔ)器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線(xiàn)使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。編程速度很快，擦除時(shí)也無(wú)需紫外線(xiàn)，非常方便。4)AT89C5X系列可認(rèn)為是Intel 80C3X[5]的內(nèi)核與Atmel FLASH技術(shù)的結(jié)合體。它為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活、低成本的解決方案,LM7805設(shè)計(jì)的+5V穩(wěn)壓電源

12、電路圖,5V電壓源主要用于為AT89C51，光敏二極管，LED，報(bào)警電路等器件及電路提供穩(wěn)壓源。電源（Vcc）是整個(gè)實(shí)驗(yàn)板正常工作的動(dòng)力源泉。電源電壓過(guò)大會(huì)大大縮短芯片的工作壽命，嚴(yán)重的會(huì)燒毀芯片及其它元器件；過(guò)小將不能驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)板工作電路。因此設(shè)定合適的電源電壓值非常重要。此實(shí)驗(yàn)板主要芯片工作電壓均位+5V左右，所以采用7805三端穩(wěn)壓 芯片將+12V整形為+5V直流給整個(gè)實(shí)驗(yàn)板供電。12V穩(wěn)壓源主要用于為比較器，固態(tài)繼電器等提供穩(wěn)

13、壓源,時(shí)鐘電路,時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在AT89C51單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過(guò)XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部，XT

14、AL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。,復(fù)位電路,復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。AT89C51芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本單片機(jī)系統(tǒng)采用自動(dòng)復(fù)位方式復(fù)位。,DS18B20數(shù)字溫度傳感器,DS18B20數(shù)

15、字溫度傳感器是達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1-Wire器件，即單總線(xiàn)器件，它與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是，它可以直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，并且根據(jù)具體要求，通過(guò)簡(jiǎn)單地編程實(shí)現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數(shù)字溫度計(jì)，它們可以并接到多個(gè)地址線(xiàn)上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。由于每一個(gè)DS18B20出廠(chǎng)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中，因此CPU可用簡(jiǎn)單

16、的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線(xiàn)和邏輯電路，給設(shè)計(jì)者帶來(lái)很多方便。DS18B20作為溫度傳感器，安裝于冷藏室和冷凍室內(nèi)的內(nèi)側(cè)壁。由于DS18B20可以直接將溫度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，因此電路上非常簡(jiǎn)單，不需要其他的連接，但是為了確保信號(hào)的穩(wěn)定，在DS18B20傳感器的信號(hào)線(xiàn)上需要加上一個(gè)4.7K的上拉電阻，確保信號(hào)溫度的傳輸。,除霜電路,把熱敏電阻器安裝在距蒸發(fā)器3mm的某個(gè)合適的位置上，當(dāng)霜厚大于3mm時(shí)，熱敏電阻接觸

17、到霜而感到較低的溫度，其電阻值Rt變大，A點(diǎn)溫度降低，電壓跟隨器輸出電壓降低，經(jīng)放大器放大,輸入比較器中。由于輸入電壓低于比較器的比較電壓而輸出低電平，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，經(jīng)反相器輸出低電平，結(jié)合軟件編程，觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，控制加熱絲的啟動(dòng)和壓縮機(jī)停止工作，并通過(guò)軟件編程控制加熱絲工作一定時(shí)間后停止工作；加熱后再次檢測(cè)溫度；當(dāng)霜有一定的融化后，熱敏電阻檢測(cè)到的溫度升高，Rt阻值降低，VA電壓值升高，經(jīng)放大器放大,輸入比較器中。由于輸入電壓高于

18、比較器的比較電壓而輸出高電平，穩(wěn)壓管截止，無(wú)中斷。,顯示電路圖,帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線(xiàn)或3線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字

19、，也可完成圖形顯示低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。,報(bào)警裝置電路圖,本設(shè)計(jì)含開(kāi)門(mén)報(bào)警功能，當(dāng)開(kāi)門(mén)延時(shí)2min后發(fā)聲報(bào)警，用于提醒使用者關(guān)門(mén)，以達(dá)到節(jié)電節(jié)能，延長(zhǎng)電冰箱的使用時(shí)間。其電路圖如圖所示。,鍵盤(pán)電路,鍵盤(pán)顯示電路是人與AT89C51進(jìn)行人機(jī)交換的媒介，用于向CPU輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)

20、的運(yùn)行狀態(tài)。鍵盤(pán)電路形式分為直接編碼輸入鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。前者接口電路簡(jiǎn)單，一般應(yīng)用于需要少量按鍵的控制系統(tǒng)。后者因占用I/O引腳數(shù)少，常被按鍵較多的控制系統(tǒng)所采用。,系統(tǒng)電路圖,遇見(jiàn)的一些問(wèn)題,1，由于所用的液晶刷屏速度比較快而仿真軟件速 度比較慢，因此程序在開(kāi)始運(yùn)行是有可能暫時(shí)還不能顯示正確溫度，需要過(guò)一會(huì)才能顯示正確的溫度2，使用keil編程軟件，暫時(shí)有點(diǎn)不會(huì)多電路編程，正在查找資料學(xué)習(xí)。3.,剩余論文的進(jìn)度安排1，使