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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。
冰箱控制原理冰箱控制原理是指通过一系列电子元件和传感器，实现对冰箱的温度、风速和制冷灯等的控制和调节的方法。
下面将介绍冰箱控制的一般流程和各个组成部分。
1. 温度控制: 冰箱控制原理的核心是通过温度传感器检测冰箱内部的温度，并根据设定的目标温度进行控制和调节。
当温度传感器检测到温度高于设定温度时，控制系统会启动制冷循环，制冷循环可以使用压缩机和制冷剂来降低冰箱内部的温度。
当温度达到目标温度时，控制系统会停止制冷循环，保持冰箱内的温度在设定范围内。
2. 风速控制: 冰箱内部通常配有风扇，用于循环空气，均匀分布温度。
风速控制是根据温度传感器的反馈信号，控制风扇的转速。
当温度较高时，控制系统会增加风扇的转速，以加快空气的循环和降低温度。
当温度达到目标温度时，控制系统会降低风扇的转速或停止风扇运行，以节省能源和降低噪音。
3. 制冷灯控制: 冰箱内部通常有一盏制冷灯，用于指示制冷系统是否正常工作。
制冷灯的亮灭状态也可以作为故障诊断的依据。
控制系统会监测制冷系统的运行状态，当制冷系统故障时，制冷灯会闪烁或常亮，提醒用户需要进行维修或更换。
4. 其他功能控制: 现代冰箱通常还配备了其他功能，如除菌、速冻等。
这些功能的控制原理类似，通过传感器和控制系统来实现。
例如，除菌功能可以使用紫外线灯或离子发生器来杀灭细菌，控制系统可以根据时间间隔或循环模式来控制除菌功能的启停。
总结起来，冰箱控制原理是通过温度传感器、风扇、制冷系统和其他功能模块的协同工作，实现对冰箱内部温度、风速和其他功能的自动控制和调节。
这样可以确保冰箱内部的温度在设定温度范围内保持稳定，提供最佳的冷藏和保鲜效果。
同时，控制系统还可以监测冰箱的运行状态，提醒用户进行维护和维修。
【关键字】毕业论文题目：智能冰箱控制器院、部（系）：电气工程系专业：电气自动化摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，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，以作完善。
电冰箱温度控制系统是利用温度传感器DS18B20采集电冰箱冷藏室和冷冻室的温度以及蒸发表面温度。
通过INTEL公司的高效微控制器MCS-C51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、电冰箱自动除霜、开门报警等功能。
本设计第二章论述了硬件设计部分。
第三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和采用模糊控制技术，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Abstract:With the infiltration in the social field of the computer in recent years, the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. In measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the structure of the concrete hardware , and direct against and use the software of target's characteristic to combine concretly, in order to do perfectlyThe electric refrigerator temperature control system is uses the temperature sensor DS18B20 gathering electric refrigerator cold-storageroom and the freezing room temperatureWith evaporating surface temperature monolithic integrated circuit carries on the digital signal processing through INTEL corporation’s highly effective micro controller MCS-C51 ,thus achieves the intelligent control the goal .This system may realize the electric refrigerator cold-storageroom and the freezing room temperature establishment , The electric refrigerator automatically defrosts ,opens the gate to rapot to the police and so on the functionThis article introduced in the first chapter the electric refrigerator system composit ion and the principle of work, the second chapter elaborated this control system hardw are design part. Third chapter elaborated the system software design part.By improving the refrigerating system of refrigerator and applying the vague-contr ol technology, the goal of double-temperature, double-control has been realized;it makes possible for the refrigerator to regulate the amount of cold air in a speedy and ratio nal way. Thus, power saving is availableKey words：The one-chip computer；The temperature sensor；The electric refriger ator；Temperature control目录2.8.2 启动继电器 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
冰箱自动化霜原理冰箱自动化除霜技术是一种现代化的冰箱设计，以提高冰箱性能和使用体验，减少人工维护的需求。
冰箱工作过程中，冷凝器表面的温度下降，水分在冷凝器表面凝结成霜。
随着时间的推移，这些霜会渐渐增多，导致冷凝器的热交换效率下降，最终影响整个冰箱的工作效果。
因此，除霜是冰箱维护中一项非常重要的任务。
传统的冰箱需要手动除霜，通常通过关闭冰箱电源，使冰箱处于停止工作的状态，然后等待霜的融化，最后通过清理霜的残留物来完成除霜过程。
这个过程需要消耗一定的时间和人力，并且容易导致冰箱内的食物受损。
此外，如果用户忘记进行除霜，冰箱的工作效果会进一步下降。
为了解决这些问题，冰箱厂商引入了自动化除霜技术。
这种技术的核心是一个自动化除霜控制系统，通过感知冰箱内部的温度和湿度变化，自动启动并控制除霜过程。
自动化除霜系统的工作原理如下：当冰箱内部湿度超过一定阈值时（通常是冰箱门被打开后，湿空气进入冰箱），冰箱内部的除霜控制系统会检测到这种变化，并采取相应的措施。
这个控制系统通常由一个控制器、一个传感器和一个除霜加热器组成。
传感器负责感测冰箱内部湿度的变化，并将这些数据传输给控制器。
控制器根据传感器的数据，判断是否需要启动除霜过程。
如果需要除霜，控制器会打开除霜加热器，使其升温。
加热器的加热效果能够使冷凝器和蒸发器表面的霜迅速融化。
融化的霜变成水，通过冰箱内部的排水系统排出。
一旦除霜完成，控制器会自动关闭加热器，并且等待一定时间，直到温度回到适宜的范围内。
整个过程是自动化完成的，用户无需进行任何操作。
自动化除霜技术的优势主要体现在以下几个方面：1. 节约时间和能源：传统手动除霜需要用户花费时间和精力，而自动化除霜技术能够节约这些资源。
除霜过程更加高效，耗能较低，使得冰箱的总体性能得到提升。
2. 保护食物和延长冰箱寿命：在传统除霜过程中，冰箱停止工作的时间较长，容易导致冰箱内食物的变质。
而自动化除霜技术能够在较短的时间内完成除霜，减少了对食物的影响。
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目录1.引言 (2)2 设计要求及分析 (3)2.1电冰箱温度自动调节功能 (3)2.3电源过欠压保护功能 (3)2.4压缩机开启延时功能 (3)2.5故障报警功能 (3)3. 自动控制系统硬件结构设计 (4)3.1主要部件选择与功能实现 (4)3.1.1 单片机选型及功能介绍 (4)3.1.2 A/D转换器选型及功能介绍 (5)3.1.3 74LS373简介 (5)3.2检测及控制电路 (6)3.2.1 传感器的选择与温度自动调节功能的实现 (6)3.2.2 电冰箱的过欠压保护电路及功能实现 (8)3.2.3 电冰箱的开启延时电路及功能的实现 (9)3.2.4 自动除霜功能的实现 (10)3.2.5 报警器 (11)总结 (13)参考文献 (14)电冰箱自动控制系统的设计1.引言冰箱自动控制系统在正常工况下工作，当运行过程中需要进行自动调节时，系统能通过预设程序进行调节，要求控制系统应有一定的应变能力。
对于冰箱性能的主要调节指标是箱体温度由此实现的功能有自动温度调节，自动除霜等。
要求维持冰箱的冷藏冷冻室温度维持在预先设定的数值，当箱内温度高于或低于这一值时判断启动或关闭压缩机，使温度回归。
系统还要求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，当完成化霜工作后恢复压缩机风机的工作。
另外当运行达到安全极限时，要求系统能采取一些相应的保护措施，促使运行离开安全极限，返回到正常情况，以防事故。
属于生产保护性措施的有两类：一类是硬保护措施；一类是软保护措施。
例如电源的过欠压保护，压缩机开启延时，故障自检报警等.本系统通过监控环境温度，冰箱的冷冻，冷藏室温度，电源电压等数据，通过处理判断调整冰箱的运行以达到预期的运行效果。
使冰箱在节能，储藏效果，安全方面都能进行自动有效的控制。
2 设计要求及分析2.1 电冰箱温度自动调节功能该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－6℃～－18℃，冷藏室的温度为0℃～10℃，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。
2.2 自动除霜功能冰箱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，若干分钟后断开化霜加热丝，接通压缩机，再过数分钟后接通风机。
2.3 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176V～240V之间。
因此，当电源电压小于176V或大于240V时，压缩机应自动停机并报警显示。
2.4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。
2.5 故障报警功能该功能要求在电冰箱运行过程中，配合2.3的过欠电压保护系统不断诊断电冰箱的运行状态，当出现过欠电压信号时，电冰箱停机并报警显示。
3. 自动控制系统硬件结构设计系统结构总图如图1所示。
图1 系统结构图3.1 主要部件选择与功能实现3.1.1 单片机选型及功能介绍MCS-51系列单片机为高性能系列，有32个并行口，具有多级中断处理系统，2个16位定时/计数器，带有串行I/O口，片内有ROM、RAM，寻址范围可达64K。
因此，考虑到本设计控制并不复杂，速度要求不高，加上MCS-51系列单片机有优良的性价比，本设计选择它。
本设计用的的主要管脚功能为：P0口（P0.0~P0.7）：8位准双向I/O口，但实际上通常作为地址/数据总线口，在访问外部存储器时，它是分时传送的地址和数据。
P2口（P2.0~P2.7）：8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高八位地址，与P0口一起组成16位地址总线。
ALE引脚：它以不变的频率（振荡频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号，因此，它可以用作对外输出地时钟，或用于定时目的。
WR：外部数据存储器写选通信号输出。
RD:外部数据存储器读选通信号输出。
3.1.2 A/D转换器选型及功能介绍ADC0809八位逐次逼近式A/D转换器是一种单片CMOS器件，包括8位的模数转换器，8路（通道）转换开关与微处理器兼容的控制逻辑。
D0-D7：8位数字量输出引脚；IN0-IN7：8路模拟量输入引脚；A0、A1、A2：地址输入线，经译码后可选通IN0-IN7八通道中的一个通道进行转换。
START、ALE：用于启动A/D转换。
REF:参考电压3.1.3 74LS373简介74LS373是一个三态输出，置数全并行存储，缓冲控制输入式锁存器；1D-8D：8位地址输入端；1Q-8Q:8位地址输出端；OE:三态门输出允许控制信号输入端。
3.2 检测及控制电路3.2.1 传感器的选择与温度自动调节功能的实现根据设计要求，需测量冷冻室、冷藏室及室外温度，但对测温精度要求不高，因而可选用价格便宜、性能可靠、互换性好、寿命长的热敏电阻作为温度传感器，。
它们检测原理都一样，检测范围为0026~26-+。
热敏电阻经简单的电路转化C C成电信号并放大后，可直接连到单片机ADC0809A／D转换器的模拟信号输出端，经A／D转换后的数据与设定温度相比较，根据比较结果，再对压缩机控制电路进行控制，使温度控制在各自恰当的范围内。
图2 温度检测电路 图中R4为温度传感器，选用MF57型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度较高，标称电阻值为1～10K Ω，测温范围为一55℃～+35℃。
其阻值和温度的关系为：4 4.50.1(R T k Ω=-)313.755()437.250.1R Va V R R T =⨯=+- Va 点的电压经过LM324放大器后送入M68HC11A8单片机的一个A/D转换通道。
根据集成运放的知识可得Vb 的电压为：3.64(1)(1)()210f R Vb Va Va V R =+=+当温度为0-时，根据以上公式可计算出Vb=1.47V,再根据A/D转换后55C对应值为4BH (75);同理，当温度为035C+时，Vb=5V,再根据A/D转换后对应值为0FFH (255)。
根据以上可得出温度T与A/D转换后对应值Y的关系为：=⨯+（其中Y为十进制）Y T2185而压缩机控制电路如图3所示：3.2.2 电冰箱的过欠压保护电路及功能实现电冰箱的过欠压保护电路是在电源变压器设计时就考虑到的，在变压器设计时，从变压器的次极可另外绕一组线圈，经整流滤波后的电压接入ADC0809A ／D输入端，当电源电压变化时，此电压将随之变化，单片机把测到的电压与过欠压值相比较，当发现有过欠压现象时，将通过压缩机控制电路切断压缩机电源并报警，达到保护压缩机的效果。
图4 电源电压检测电路图中TIL113为光电耦合器件，光电耦合器件是由发光二极管和光电接受元件合并使用，以光作为媒介接传递信号的光电器件。
适当调节RW，让电源电压在160V时，通过R1、RW分压限流后，经过光电耦合器件的二极管。
发光二极管发光使三极管导通。
电压越高，发光越强，三极管导通越良好，通过三极管发射极电流越大，发射极电位越高。
再经过集成运放后送入A/D转换的一个通道，转换成数字量。
电压为180V时，转换后数字量为0B4H(180);电压为240V时，转换后数字量为0F0H(240)。
工作电压转换后的数字量应在0B4H(180)与0F0H(240)之间。
3.2.3 电冰箱的开启延时电路及功能的实现按功能要求，电冰箱无论是自动停机还是强制停机，为了延长压缩机的寿命，都要延时3分钟后压缩机才能启动。
即在每次接通压缩机时，单片机计时，利用单片机内的EEPROM将计数值保存。
在软件设计时，每次上电都要检查此数据是否到3分钟，若时间不到，延时后才能接通压缩机。
3.2.4 自动除霜功能的实现当电冰箱内空气中含有水蒸气的温度降到一下时，水蒸气就会凝结发器表面和食品上而结成霜。
结霜多少与箱内空气温度、湿度以及开门次数有关。
冰箱内凝结的霜就越多。
霜是热的不良导体，导热系数只有0.58W/(0m C),比铜、铝的导热系数要小得多。
蒸发皿表面的结霜大大降低了其热交换能力，严重地影响制冷系统的制冷效果。
当蒸发皿上的霜厚达到10mm时，热传导效率将下降30%以上，使压缩机运行时间增长，耗电量增大，甚至会导致压缩机出现故障。
因此及时除霜是正确使用电冰箱的一个重要环节。
霜厚检测电路与测温电路完全想同，如图2.霜厚检测电路的工作原理：把热敏电阻安装在具蒸发器3mm的某个适合的位置上，当霜厚大于3mm时，热敏电阻接触到霜，从而感受到较低的温度，其阻值R4变大，a点点位降低，运算放大器输出信号有变化，经过A/D转换后送入CPU，经单片机分析、判断、给出除霜命令。
当霜厚达到3mm时，R4感受到的温度大约为010C-时，-，当温度为010CA/D转换后对应值应为0A5H(165)。
也就是说，只要A/D转换后值小于或等于0A5H(165)就说明霜厚已经达到3mm应出去。
这时，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分钟后接通风机化霜加热丝的控制电路基本和压缩机的控制电路相同。
图5 除霜控制电路8051单片机控制信号经P1.3和P1.4端口输出，并在P1.3和P1.4端口输出，并在P1.7的控制下锁存。
74LS273锁存器的输出再经过达林顿驱动器MC141后驱动固态继电器SSR1。
当MC141的16端有高电平输出时，SSR1的3、4引脚端接通，使加热丝接通电源而除霜。
当MC141的15端输出高电平时，SSR1的3、4端接通，使得压缩机绕组接通电源而启动，并开始制冷。
74LS272锁存控制信号，一方面增加输出功率，另一方面也防止单片机复位时引起控制的误动作。
采用固态继电器作为压缩机和除霜电热丝的开关，属于无触点开关，内部是大功率的晶闸管电路，不产生火花，无电磁干扰并使高压与单片机系统隔离。
3.2.5 报警器报警器检测来自过欠电压保护模块的信号，当收到异常信号时自动结束系统运行并发出声光信号以提醒使用者进行处理。
由于本设计对声报警无特殊要求，所以采用单频音报警。
发音器采用蜂鸣扬声器。
当需要报警时P1.2输出“1”使T1管导通，然后经T2管放大，电路就会产生自激振荡，向扬声器输出一信号就使得扬声器发出报警声音。
图6 声报警电路总结一周半的课程设计很快就结束了，时间很短暂。
但是很高兴的是，自己在规定时间内完成了任务。
在摸索中不断思考，在思考中不断学习，感觉自己获益匪浅。
