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实验六电冰箱控制系统一、实验目的熟悉电冰箱的控制系统，能进行简单维护维修。
二、实验原理（一）控制电路中常用的元器件电冰箱电气控制系统的主要作用，是根据使用要求，自动控制电冰箱的起动、运行和停止，调节制冷剂的流量，并对电冰箱及其电气设备实行自动保护，以防止发生事故。
电冰箱的控制电路是根据电冰箱的性能指标来确定。
但其电气控制系统还是大同小异的，一般由动力、起动和保护装置、温度控制装置、化霜控制装置、加热与防冻装置，以及箱内风扇、照明等部分组成。
常用压力式温度控制器见下图。
1. 温度控制器：温度控制器简称温控器，是电冰箱、房间空调器等制冷设备调温、控温的装置。
它的主要作用是：（1）通过调节温度控制器旋钮，可以改变所需要的控制温度。
（2）可根据电冰箱内或空调房间内的温度要求，对制冷压缩机进行开、停的自动控制，使电冰箱内或房间内的温度保持在控制范围内。
温度控制器的种类很多，常用的温感压力式温度控制器。
温感压力式温度控制器主要用于人工化霜的普通“直冷式”单、双门电冰箱，或用于全自动化霜的“间冷式”双门电冰箱对冷冻室的温度进行控制。
温度控制器主要由感温元件、毛细管、感压腔和一组微动开关等机构组成。
感温元件也叫温压转换部件，是一个密闭的腔体，由感温管感温剂和感压腔三部分组成。
感压腔内充入的感温剂一般是氯甲烷或是R12。
它的作用是将蒸发器表面的温度变化转换为压力变化，从而引起快跳触点的动作。
2. 起动继电器：（1）重锤式起动继电器：重锤式起动继电器的结构主要包括电流线圈、重力衔铁、弹簧、动触点、T形架、绝缘壳体等；（2） PTC起动继电器：PTC是正温度系数的热敏电源电阻英文的缩写。
PTC起动继电器的工作原理：电冰箱在室温下起动时,PTC元件的电阻很小（约20Ω），而在较短的时间（0.1~0.2s）内通过基本恒定的电流，呈导通状态，之后随着其元件本身的发热温度升高，其阻值迅速增大，此时，PTC处于“断开”状态。
3. 过载保护器：过电流和过热保护器称为过载保护器，是压缩机电动机的安全保护装置。
冰箱控制系统原理
冰箱控制系统原理是通过一系列的传感器、控制器和执行器完成对冰箱的温度和运行状态的监测和控制。
其中，传感器负责感知冰箱内部的温度和湿度，控制器根据传感器反馈的数据进行决策，并通过执行器控制冷藏室和冷冻室的压缩机、风扇和制冷剂阀门等组件的运行。
具体来说，冰箱控制系统的工作可以分为以下几个步骤：
1. 温度检测：冰箱内部安装有温度传感器，用于检测冷藏室和冷冻室的温度。
传感器会定时采集环境温度数据，并将其传输给控制器进行分析。
2. 温度控制：根据传感器反馈的温度数据，控制器会进行温度的设定和调节。
例如，当冷藏室温度过高时，控制器会启动制冷循环，通过控制压缩机和制冷剂阀门的运行来降低温度。
反之，当温度过低时，控制器会停止制冷运行，或者启动加热装置以增加温度。
3. 运行状态监测：冰箱控制系统还会监测冰箱的运行状态，例如，监测压缩机和风扇的运行情况以及制冷剂的流动状态。
这可以通过传感器检测相关组件的工作状态，并将信息传输给控制器进行分析。
4. 故障诊断：冰箱控制系统还可以进行故障诊断，当发现设备出现故障时，可以通过传感器识别故障的部件，并通过控制器发出相应的报警信号，通知用户或者售后服务人员进行修理或
更换。
总的来说，冰箱控制系统通过不断监测温度和运行状态，以及根据设定的温度要求进行控制，保证冰箱内部的温度稳定和运行正常，以达到食品保鲜和储存的目的。
前言众所周知，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。
面临国内电冰箱发展的现状，在技术上还与其他发达国家有一定的差距，我们在原有的基础上对电冰箱进行了一定的改进，使其适应当代个性时尚、节能环保、智能高端、精确温控的发展方式，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，使家电性能更优异，使用更方便可靠。
本次设计基于大量的市场调查和理论研究。
首先，我对传统电冰箱控制系统进行了分析。
调查了10多个品牌的电冰箱的控制系统，研究了他们制冷的优缺点，吸收了一些比较好的设计思想。
其后，我又查阅了大量的资料文献，其中最多的是国内外最新发表的关于制冷方面的论文，丰富了我们的理论依据。
然后，根据我拥有的材料用单片机实现电冰箱控制系统的硬件设计，最后在硬件设计的基础上实现了其软件设计。
第1章电冰箱系统概述1.1 单片机概述自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的进一步发展，导致微型计算机正向两个方向发展：一是高速度、高性能、大容量的高档微型计算机及其系列化，向大、中型计算机挑战；另一个是稳定可靠、小而廉、能适应各种领域需要的单片机。
单片机是指把中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器/计数器以及I/O 接口电路等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。
虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已经具有了微型计算机系统的含义，从某种意义上来说，一块单片机就是一台微型计算机。
自从1975年美国德可萨斯公司推出世界上第一个4位单片机TMS-1000型以来，单片机技术不断发展，目前已成为微型计算机技术的一个独特分支，广泛应用于工业控制、仪器仪表智能化、家用电子产品等各个控制领域。
电冰箱的结构及工作原理引言概述：电冰箱是现代家庭必备的家电之一，它能够将食物和饮料冷藏或冷冻，以延长其保鲜期。
本文将详细介绍电冰箱的结构和工作原理，帮助读者更好地了解这一家电的工作原理和使用方法。
一、冷藏室结构及工作原理1.1 冷藏室结构：冷藏室通常位于电冰箱的顶部或中部，其内部由一个隔离区域和一个冷却系统组成。
1.2 隔离区域：隔离区域由一个保温层和一个密封门组成，保温层能够防止外界热量进入冷藏室，密封门可以有效地保持冷藏室的温度稳定。
1.3 冷却系统：冷却系统包括一个压缩机、一个冷凝器、一个蒸发器和一个膨胀阀。
压缩机将制冷剂压缩成高压气体，冷凝器将高压气体冷却成高压液体，蒸发器将高压液体蒸发成低压气体，膨胀阀控制制冷剂的流量和压力，使其循环流动。
二、冷冻室结构及工作原理2.1 冷冻室结构：冷冻室通常位于电冰箱的底部，其内部与冷藏室类似，也由一个隔离区域和一个冷却系统组成。
2.2 隔离区域：冷冻室的隔离区域与冷藏室类似，同样由保温层和密封门组成，以防止外界热量进入冷冻室。
2.3 冷却系统：冷冻室的冷却系统与冷藏室相似，同样包括一个压缩机、一个冷凝器、一个蒸发器和一个膨胀阀。
这些组件的工作原理也相同，通过制冷剂的循环流动实现冷冻室的制冷效果。
三、控制系统结构及工作原理3.1 控制系统结构：电冰箱的控制系统通常位于冷藏室或冷冻室的顶部，由一个控制面板和一组传感器组成。
3.2 控制面板：控制面板上有各种按钮和旋钮，用于设置和调节冷藏室和冷冻室的温度，以及其他功能的控制。
3.3 传感器：传感器用于监测冷藏室和冷冻室的温度，并将温度信息传输给控制面板，以便根据需要调节制冷系统的工作。
四、节能技术及环保措施4.1 节能技术：现代电冰箱通常采用节能技术，如高效压缩机、优化的隔热材料和智能温控系统，以降低能耗并提高制冷效果。
4.2 环保措施：为了保护环境，电冰箱制造商还采取了一系列环保措施，如使用环保制冷剂、回收利用废热和废水，并推动电冰箱的可持续发展。
家用电冰箱温度控制系统工作原理家用电冰箱是现代家庭中常见的电器之一。
它的主要功能是为家庭提供冷藏和冷冻食物的储存空间。
为了保持食物的新鲜和安全，电冰箱内部的温度需要得到控制和调节。
家用电冰箱的温度控制系统是一个自动化系统，由几个关键组件组成，包括传感器、控制器和执行器。
这些组件相互配合，以确保冰箱内部的温度始终保持在设定的合适范围内。
电冰箱内部安装有一个温度传感器。
传感器的作用是感知冰箱内部的温度，并将此信息传递给控制器。
传感器通常是基于热敏电阻原理工作的，当温度发生变化时，它的电阻值也会随之变化。
传感器将电阻值的变化转化为电信号，然后传送给控制器。
控制器是温度控制系统的核心部件。
它接收传感器传递过来的温度信号，并与预设的温度设定值进行比较。
如果温度超过了设定值，控制器会发出指令，启动制冷系统以降低温度。
如果温度低于设定值，控制器则会停止制冷系统的工作，以保持温度在合适的范围内。
执行器是控制器的输出部件，它负责执行控制器发出的指令。
在家用电冰箱中，执行器通常是压缩机。
当控制器发出制冷指令时，执行器会启动压缩机，使其开始工作。
压缩机的作用是通过压缩制冷剂使其温度升高，并通过排热的方式将热量释放到外部环境中，从而降低冰箱内部的温度。
除了传感器、控制器和执行器，家用电冰箱的温度控制系统还包括其他辅助组件，如电源供应和显示屏。
电源供应为整个系统提供电能，确保其正常运行。
显示屏通常位于冰箱的控制面板上，用于显示当前的温度和设定值，方便用户掌握冰箱的工作状态。
在家用电冰箱的温度控制系统中，传感器、控制器和执行器之间通过电路连接起来，形成一个闭环反馈控制系统。
传感器感知温度，控制器根据温度信号作出决策，并通过执行器来实现控制目标。
这样的系统能够实时监测和调节冰箱内部的温度，保持食物的新鲜和安全。
需要注意的是，家用电冰箱的温度控制系统并不是绝对精确的。
由于传感器的误差、控制器的响应时间以及执行器的性能等因素，冰箱内部的温度可能会存在一定的波动。
以冰箱为例,分析一个机电系统的总体设计方案
冰箱是一个典型的机电系统，主要由以下几个组成部分构成：
1. 机械传动部分：主要包括压缩机、风扇、电机、传动带等元件。
机械传动部分的设计需要考虑这些元件的动力和功率需求以及与其他系统组件的协调。
2. 传感与控制系统：传感与控制系统主要包括温控器、压力开关、电路板等控制元件和传感器。
其设计需要考虑整个系统的稳定性和可靠性，并按照实际温度变化对冷却量进行调节。
3. 冷却部分：冷却部分包括蒸发器、冷凝器、以及铜管等元件。
冷却部分的设计需要考虑冷却量以及导热性能等因素。
4. 保温材料：保温材料主要用于隔离冷却部分和外界环境，以减少冷却能量损失。
其设计需要考虑保温材料的导热性能和耐久性。
5. 外壳与设计：外壳的设计需要考虑美观度以及与其他部件的匹配度，同时必须满足防震、防潮、防腐蚀等性能要求。
综上所述，设计一个机电系统的总体设计方案需要考虑各个组成部分之间的协调性和集成性，以确保整个系统能够稳定可靠地运行。
并且还需要考虑材料品质、制造工艺、成本控制等因素。
冰箱温度智能控制系统的设计目录第一章概论..................................... 错误!未定义书签。
一．电冰箱的系统组成 (2)二．工作原理： (3)三．本系统采用单片机控制的电冰箱主要功能及要求 (4)第二章硬件部分 (4)一．系统结构图 (4)二．微处理器（单片机） (5)三．温度传感器 (8)四．电压检测装置 (8)五．功能按键 (9)六．压缩机，风机、电磁阀控制 (9)七．故障报警电路 (9)第三章软件部分 (10)一、主程序：MAIN (10)二、初始化子程序：INTI1 ......................... 错误!未定义书签。
三、键盘扫描子程序：KEY ......................... 错误!未定义书签。
四．打开压缩机子程序：OPEN (13)五．关闭压缩机：CLOSE (15)六．定时器0中断程序：用于压缩机延时............ 错误!未定义书签。
七．延时子程序.................................. 错误!未定义书签。
第四章分析与结论.................................. 错误!未定义书签。
电冰箱温度测控系统设计目前市场销售的双门直冷式电冰箱，含有冷冻室和冷藏室，冷冻室通常用于冷冻的温度为-6～-18℃；冷藏室用于在相对冷冻室较高的温度下存放食品，要求有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，室温一般为0～10℃.传统的电冰箱温度一般是由冷藏室控制，冷藏室、冷冻室的不同温度是通过调节蒸发器在两室的面积大小来实现的，温度调节完全依靠压缩机的开停来控制.但是冰箱内的温度受诸多因素的影响，如放入冰箱物品初始温度的高低、存放品的散热特性及热容量、物品在冰箱的充满率、环境温度的高低、开门的频繁程度等.因此对这种受控参数及随机因素很多的温度控制，既难以建立一个标准的数学模型，也无法用传统的PID调节来实现.一台品质优良的电冰箱应该具有较高的温度控制精度，同时又有最优的节能效果，而为了达到这一设计要求采用模糊控制技术无疑是最佳的选择.一．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。
第四章电冰箱的机械控制系统
电冰箱以电为能源,靠电动机来驱动压缩机,一般还要配上启动继电器才能工作。
为了避免由于种种原因引起的超负荷现象造成电机烧毁,都装有过载保护器。
此外,为了控制箱内温度,还要用机械式温度控制器,有时它还兼有控制化霜功能。
电冰箱的控制系统依据系统中所采用温控器的不同分为“机械温控系统”和“电子温控系统”。
本章主要介绍机械温控原理及机械式温度控制器。
第一节常见机械温控系统
一．机械温控系统组成
常见机械式冰箱温控系统：
图4-1 冰箱电气原理图
表4-1 机械式电冰箱温控系统部件
二．机械式温控器
1．温控器的类型与作用
温度控制器（简称温控器），是一种能自动控制器具的温度，使其保持在两个特定值之间，并且可以由使用者设定的装置。
广泛应用于各种家用电器中，以下为列表：
表4-2 常用温控器类型
本教材中温控器均为冰箱用温控器的技术参数、要求等，主要介绍温感压力式
温度控制器，以下简称“温控器”。
温控器属于温度控制系统中的一个主要的部件，其主要作用是控制压缩机压缩机开、停时间，以保持电冰箱内的温度在确定的范围内。
常见的温度控制器有温感压力式、热敏电阻式和风门温度调节器等。
2．温感压力式温度控制器
由感温组件、温度设定主体组件、执行开闭的微动开关或自动风门等三部分组成。
是通过密闭的内充感温工质的温包和毛细管，把被控温度的变化转变为密闭空间压力或容积的变化，以达到温度设定值时，通过弹性元件和快速瞬动机构，自动开闭触点或风门，以达到自动控制温度。
表4-3 温感压力式温度控制器分类及用途
常用术语：
●接通点（ON）温控器触点闭路时的温度；
●断开点（OFF）温控器触点开路时的温度；
●调节范围温控器的调节机构给定的最大和最小接通点或断开点之间的温差；
●差动值（DIFF）调节机构整定于某一温度位置时的接通点和断开点之间的温度
差；
●感温部件把控制对象的温度变换为充入工质（气体或液体）压力的部分；
●毛细管把感温部分的压力变化传递到波纹管或膜盒的细管。
对于充注饱和蒸气●工作的温控器，起毛细管本身亦是感温部分。
通常以其端头150mm长作为感温
部分；
●主体除去感温部分和毛细管，其内装调温机构和触点开闭机构等部分；
●冷点（C）温控器调温机构整定在调温范围最低温度值的位置；
●中点/正常点（N）温控器调温机构整定在调温范围中间温度值的位置；
●暖点（W）温控器调温机构整定在调温范围最高温度值的位置；
●调整点温控器动作温度校准的位置，通常作为产品温度动作特性的主要考核●点。
它可以是中点或暖点。
3．工作原理
国内常用的压力式温控器有鹭宫型和兰柯型两大类别，其结构不尽相同，但均由三部分组成：
1）感温组件：感温包、毛细管、波纹管（或膜盒）焊接密封而成，内充感温工质。
2）带有调节设定温度的主体部分
3）执行机构：由微动开关盒组件或可动风门构成
温控器结构简单、成本低、性能可靠，在家用电冰箱中得到广泛的应用。
原理是依靠感温腔的体积变化作用于触点式微型开关来完成的。
感温腔根据形式的不同可分为两种：波纹管式和膜盒式。
感温腔是一个密封的腔体，由感温压力腔和感温管组成，内充感温剂。
感温剂一般采用氯甲烷或R12，目前也有采用R134a。
工作过程是：感温管贴于蒸发器，当箱内温度升高时，感温剂在感温腔内膨胀，使其压力增大，推动感温腔前面的膜片前移，当温度升高到一定值时，顶动微型开关，使快跳触点与固定触点闭合，启动压缩机。
随着箱内温度下降，感温腔内的压力也随之减小，膜片逐步后移，当温度下降到一定值时，微型开关的快跳触点和固定触点断开，停止压缩机运行，如此循环动作。
图4-2 温控器工作原理图
4．开关形式
5．控制特性
6．外观及要求
7．风门温度调节器
对于风冷式电冰箱，冷冻室的冷气同时工冷藏室，或者由翅片盘管式蒸发器的
强迫风冷循环分流供应。
为了控制流入冷藏室冷空气的量，需采用风门温度调节器。
风门温度调节器原理与感温式温控器一样，如图4-3感温囊感受到的温度变化为波纹管5的位移，利用弹簧6和杠杆7调节风门2的开启角度，即调节流入冷藏室的冷气量。
图4-3 风门温度调节器
三．过载保护器、启动器继电器的结构及工作机理
冰箱压缩机使用两器的意义
1．由于冰箱压缩机应用单向电源，如果要使压缩机正常启动，必须要有一个专用的启动器。
启动器的作用是短时间内导通电机的副绕组，启动完成后切断副绕组电源。
目前启动继电器一般为重锤式和PTC两种。
由于冰箱频繁启动，启动器的可靠性要求较高，寿命要求较长，一般为20万次。
重锤式启动器由于启动过程中中会产生火花，在R600a工质的压缩机中不采用，而用PTC型启动器。
2．由于压缩机采用封闭式安装，压缩机工作时产生的热量不易散发，电机工作在一个较高的环境温度中，当出现异常情况时，电机过载保护器动作保护，避免电机被烧毁。
过载保护器由双金属碟片与电加热丝组成，是一个长闭状态的开关，安装时贴于压缩机的表面，其触点与压缩机的电源回路串联。
双金属碟片感应压缩机壳体的温度和压缩机压缩机电流流经电加热丝而产生的热量。
当压缩机工作处于异常状态时，压缩机温度升高，电加热丝的温度也升高；当温度达到设定点时，碟片翻转，触点跳开，切断电源，从而起到保护作用。
图4-4 碟形热保护器第二节除霜装置
冰箱使用一段时间后，蒸发器表面（或冷却面）会结霜。
如果不及时除霜，冰箱的制冷效果会下降，同时耗电增加。
目前有三种除霜方式：
一．人工除霜
当霜层达到一定厚度，用户可以用木铲或塑料铲将蒸发器表面（或冷却面）上的霜轻轻铲除。
注意不能用金属铲刀，以免伤害冰箱本身。
也可以采取人工升温自然化霜，即：将冰箱断电，打开箱门，冰箱内部温度自然升高，使霜融化。
二．半自动除霜
半自动除霜也称为“按钮除霜”。
除霜按钮一般装在温控装置上，当需要除霜时，按下除霜按钮，压缩机停止工作，冰箱停止制冷，冰箱内温度自然回升，霜层融化。
有的冰箱同时安装了“除霜电加热器”，加热快速除霜。
当霜层融化后，且箱内温度达到设定数值，电冰箱自动恢复运行。
这种除霜形式多见在单门冰箱。
三．全自动除霜
全自动除霜多用于双门间冷式冰箱上。
间冷式冰箱采用翅片盘管式蒸发器，其上安装有“除霜加热器”、“双金属片除霜温控器”和“除霜温度熔断器”。
在除霜电路中接有“除霜定时器”，与压缩机同步工作。
当除霜计时器累计工作8-12小时（由设计人员设定），压缩机停止运转，除霜加热器开始工作，加热使蒸发器表面温度升高，融化霜层。
化霜结束，蒸发器温度上升，直到除霜温度熔断器跳开（温度13度）时，切断化霜加热器电路，停止加热，除霜定时器继续运转。
电机暂还不能工作，直到化霜继电器再转一个小角度（约2分钟）才接通压缩机，又开始下一周期化霜。
这种化霜以给定温度为准进行全自动化霜，比前两种更好。
为防止加热过高，使蒸发器内压力猛增而暴裂，故接上温度熔断器以保安全。
1．除霜定时器
它的功能是计算压缩机累计工作时间，然后开始除霜。
除霜定时器由转动部分（定子、定子绕组、转子带动齿轮减速箱）和开关部分（凸轮、接点板、凸轮连接部）所组成。
通电后，电机使齿轮转动，经过凸轮作间隙运动，每32分钟旋转24度。
除霜订时器结构如图
图4-5 除霜定时器
2．除霜温控器
这是防止除霜时过热的保险装置。
升温到65度时固定弹簧式端子板的焊接部分熔断而跳开，切断加热器电路。
图4-6 除霜温控器
3．温度熔断器
利用双金属片在不同温度下的变形而产生动作的恒温器，在-5度以下“通”，+13度“断”。
图4-5 除霜熔断器
4．除霜加热器
一种在铜管中放入绝热良好的加热器，即电热管加热器，具有长寿命。
另一种是用有塑料外皮的加热线绕成一块片面加热薄片，贴在所要加热之处。
