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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。
电冰箱的自动控制简单原理
电冰箱的自动控制是通过一系列的传感器、控制电路及执行机构来实现的。
主要包括温度传感器、控制芯片、压缩机、风扇和电磁阀等部件。
电冰箱的自动控制原理如下：当用户设定冰箱内部的目标温度时，温度传感器会不断监测冰箱内部的温度，并将实际温度信号反馈给控制芯片。
控制芯片会将目标温度与实际温度进行比较，并根据差异值来控制冰箱内的工作部件。
如果实际温度高于目标温度，控制芯片会开启压缩机和风扇，以便降低温度。
压缩机负责制冷工作，将冰箱内部的热量转移到冷凝器中，风扇则用于散热，加快制冷效果。
当实际温度接近目标温度时，控制芯片会切断压缩机和风扇的工作，从而停止制冷操作。
反之，如果实际温度低于目标温度，控制芯片会关闭压缩机和风扇，以避免过度制冷。
此外，电磁阀也是电冰箱自动控制的一个重要设备。
当制冷室内的温度达到目标温度时，电磁阀会关闭制冷剂的进入，从而避免过度制冷。
当需要制冷时，电磁阀会打开，让制冷剂进入压缩机进行循环。
另外，电冰箱还配备有除霜系统。
当冰箱内部结霜严重时，温度传感器会检测到结霜超过一定程度的信号，并将信号发送给控制芯片。
控制芯片会打开加热器，
用热能融化结霜，并用风扇将热空气送出，从而保持制冷效果。
以上就是电冰箱自动控制的简单原理。
通过温度传感器、控制芯片、压缩机、风扇和电磁阀等部件的协同工作，实现电冰箱内部温度的自动调节，从而达到用户设定的目标温度。
这一原理通过实时监测和控制，保证了电冰箱的制冷效果和能效的同时，也减少了用户的操作和管理成本。
HEFEI UNIVERSITY自动化综合设计设计题目：冰箱温度控制设计系别：11 电子系专业班级：自动化2班指导老师：丁健姓名学号：董祥（1105032020）吴兵（1105032022）王万里（1105032023）丁超超（1105032028）_钱心远（）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，以与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与蒸发表面温度。
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。
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；温度控制一、设计内容家用电冰箱一般是双门冰箱，分为冷冻室和冷藏室两个部分。
冷冻室用于冷冻食品和制冰。
长时间存放，食品中的水份也会凝结成冰。
冷冻室的温度为-6~-18℃。
为保证冷冻室良好的制冷效果。
当霜厚达3mm 时，能自动检测霜厚并进行除霜。
冷藏室用于在较低的温度中存放食品。
要求有一定的保鲜而不冻伤食物的功能。
冷藏室的温度一般为 0~10℃。
对家用电冰箱的要求是：较高的温度控制精度和最优的节能效果。
系统结构框图：二、硬件设计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动与停止，使冰箱内的温度保持在设定的温度范围内。
本电冰箱控制系统要完成冷冻室与冷藏室的温度检测和动态显示的功能，霜厚检测与除霜的功能，温度设置功能，。
控制系统硬件结构如图所示，主要由电源电路,AT89C52最小系统，温度传感器，功能按键， ADC0809转换电路，时钟电路，键盘电路，显示电路，复位电路，测霜、除霜装置。
一、实训目的本次实训旨在通过模拟冰箱控制系统设计，让学生了解冰箱的工作原理、控制方法以及相关元器件的应用，提高学生对51单片机应用系统设计的实践能力，为今后从事相关领域的工作打下基础。
二、实训内容1. 冰箱控制系统简介冰箱控制系统主要由51单片机、传感器、执行器、显示模块和电源模块组成。
通过传感器检测冰箱内部温度，单片机根据设定的温度进行控制，执行器调节制冷剂的流量，从而实现冰箱的制冷功能。
2. 系统设计（1）硬件设计①51单片机：选用STC89C52单片机作为核心控制器，具有丰富的I/O接口和稳定的性能。
②传感器：采用DS18B20数字温度传感器，具有较高的精度和稳定性。
③执行器：选用步进电机作为执行器，通过控制步进电机的转动来调节制冷剂的流量。
④显示模块：采用数码管显示冰箱内部温度，方便用户实时了解冰箱运行状态。
⑤电源模块：选用直流稳压电源，为系统提供稳定的电源。
（2）软件设计①主程序：主要包括初始化、温度检测、温度控制、显示等功能。
②温度检测：通过DS18B20传感器读取冰箱内部温度，并转换为数字量。
③温度控制：根据设定的温度与实际温度进行比较，通过控制步进电机的转动来调节制冷剂的流量。
④显示：将冰箱内部温度实时显示在数码管上。
3. Proteus仿真使用Proteus软件对设计的冰箱控制系统进行仿真，验证硬件电路和软件程序的正确性。
三、实训过程1. 硬件搭建按照设计图纸，焊接电路板，连接51单片机、传感器、执行器、显示模块和电源模块等元器件。
2. 软件编程使用C语言编写程序，实现温度检测、温度控制、显示等功能。
3. Proteus仿真在Proteus软件中搭建仿真电路，将编写的程序烧录到51单片机中，进行仿真测试。
4. 系统调试在真实环境中，对设计的冰箱控制系统进行调试，确保系统稳定运行。
四、实训结果通过本次实训，成功实现了基于51单片机的冰箱控制系统设计。
系统能够实时检测冰箱内部温度，并根据设定温度自动调节制冷剂的流量，实现制冷功能。
第1章 自动控制的一般概念例1 试分析如图1-1所示家用电冰箱控制系统，并画出温度控制系统的原理方块图。
冷却管电冰箱箱体图 1-1解：1. 电冰箱工作原理分析。
控制任务：保持电冰箱箱体温度不变。
被控对象——电冰箱箱体； 被控量——箱体的温度c T ；给定输入——给定温度r T ；（r T 是通过箱体内控制盒旋钮给出或通过按键设定） 干扰输入——环境温度或电冰箱门开启等； 执行元件——电动机和压缩机。
工作原理：由于受环境温度或电冰箱门开启等影响，当电冰箱箱体内的温度c T 大于给定值r T 时，则0>-=r c T T T ∆。
温度控制盒测量到偏差信号T ∆并将其转换为电信号u ∆，u ∆通过接触器和继电器起动电动机带动压缩机，压缩机将蒸发器中的高温低压气态的制冷剂送入冷却管散热，降温后的低温高压液态制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中急速降压扩散为气态，这个过程需要吸收周围的热量，即吸收箱体的热量，从而使箱体内的温度降低。
压缩机又将蒸发器中的高温低压气态的制冷剂送入冷却管散热，……，循环往复，直至0=-=r c T T T ∆，即箱体内的温度c T 等于给定值r T ，使0=u ∆，电动机、压缩机停止工作。
2. 电冰箱温度控制系统原理方块图。
根据以上分析,电冰箱温度控制系统原理方块图可绘制如图1-2所示。
cT图 1-2例2 如图1-3中a U 是发电机的端电压，0U 是某电源电压，非常稳定，且等于发电机端电压的设定值。
由于负载变化及其它原因，发动机端电压会随时波动。
试分析图中端电压控制系统的工作原理，并画出方块图。
解：1. 端电压控制系统的工作原理控制任务：保持发电机端电压不变。
被控对象——发电机； 被控量——发电机端电压a U ； 给定输入——电源电压0U ； 干扰输入——负载扰动等； 执行元件——电动机和变阻器。
工作原理：由于0U 等于发电机端电压的设定值，所以在端电压a U 符合要求的正常情况下，00=-=a U U U 。
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。
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。
本科毕业设计题目家用电冰箱自动控制系统的设计学院工业制造学院专业测控技术与仪器学生姓名学号年级指导教师职称年月日家用电冰箱自动控制系统的设计摘要：本设计是采用 MCS-51 系列中的 STC89C52 单片机作为控制器的核心对电冰箱的工作过程进行控制。
该系统的介绍主要分为两部分：系统的硬件结构和软件编程。
系统的硬件结构包括：单片机、温度采集电路、除霜电路、键盘/显示电路、执行器、报警器等模块。
系统软件包括主程序、中断服务程序和子程序。
通过软件程序来控制压缩机及电加热器的通、断，来实现温控目的和自动除霜功能。
当电冰箱内温度超限、开门超时等情况出现时，系统自动报警，继电器断开禁止压缩机使用。
关键词:电冰箱；单片机；温度采集；除霜；LCD显示温度The Automatic Control System Design of HouseholdRefrigeratorAbstract: This design is to use the STC89C52 MCS - 51 series single chip microcomputer as the core of the controller to control the working process of the refrigerator. Introduction to the system mainly divided into two parts: the hardware structure and software programming of the system. Hardware structure of the system include: single chip microcomputer, temperature acquisition circuit, defrosting circuit, the keyboard/display circuit, actuators, alarm module, etc. System software includes the main program, interrupt service program and subroutine. Through the software program to control the on compressor and electric heater, and to realize the purpose of temperature control and automatic defrost function. Opened the door when the refrigerator temperature overrun, timeout, and so on and so forth, automatic alarm system, the relay is disconnected from the compressor shall be forbidden to use.Key words:refrigerators; single chip microcomputer; temperature acquisition; defrost; LCDdisplay temperature.目录1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内外电冰箱控制技术发展现状及趋势 (1)1.2.1 国内外电冰箱的现状 (1)1.2.2 国内外电冰箱的发展趋势 (3)1.3 研究目的与意义 (4)2 电冰箱结构及工作原理 (5)2.1 电冰箱的分类 (5)2.2 电冰箱的型号 (5)2.3 电冰箱的结构 (6)2.3.1 制冷系统 (6)2.3.2 电控系统 (6)2.3.3 箱体及附件 (7)2.4 电冰箱的工作原理 (7)3 总体设计方案 (8)3.1 方案对比 (8)3.2 总体设计方案 (9)4 系统硬件电路设计 (11)4.1 整机电路 (11)4.2 电源电路 (11)4.3 指示报警电路 (11)4.4 单片机及外围电路 (12)4.4.1 温度检测电路 (12)4.4.2 DS18B20内部结构与测温原理 (12)4.4.3 DS18B20操作命令 (13)4.4.4 DS18B20的硬件电路 (13)4.5 键盘电路 (14)4.5.1 键盘的工作原理 (14)4.5.2 独立键盘 (15)4.6 显示电路 (15)4.6.1 LCD引脚 (15)4.6.2 LCD1602存储的字符 (16)4.6.3 LCD1602的控制指令 (16)4.7 继电器模拟驱动压缩机电路和电热丝除霜电路 (18)4.8 冷冻室霜厚采集电路 (18)4.8.1霜厚采集电路简介 (18)4.8.2 MF53-1简介 (19)4.8.3 ADC0832简介 (19)4.8.4 LM324 简介 (21)4.9 过欠压保护电路 (21)5 系统软件设计 (23)5.1系统主程序 (23)5.2 T0中断服务程序 (24)5.3 T1中断服务程序 (24)5.4 INT0中断服务程序 (25)5.5 INT1中断服务程序 (25)结论 (27)附录1 整机电路图 (28)附录2 PCB电路图 (29)附录3 实物图片 (30)附录4 程序 (31)附录5 调试结果 (39)参考文献 (40)致谢 (41)1 绪论1.1 研究背景在科技发展如此迅速的今天，人们开始了对家用电冰箱功能的关注，并逐步追求高质量多功能型电器。
这促使制冷界的技术开发人员关注起节能减排、节省耗材、制冷系统设计方法现代化、自动化操作程度等问题，进入技术经济时代，即以先进的科学技术追求经济效益。
制冷系统热动力学的发展，使得制冷系统的动态仿真成为可能。
在对制冷系统进行深入的动态分布参数研究后，本文针对稳态设计方法容易理解、直观性强的特点，提出了一种基于稳态分布参数和部件参数间定量关联基本思路的稳态仿真方法。
这种方法比较符合实际情况，较之于传统的稳态方法有较好的准确性，同时在计算方法与程序实现上又不太难，便于广泛开发应用[1]。
伴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[2]。
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。
1.2 国内外电冰箱控制技术发展现状及趋势1.2.1 国内外电冰箱的现状采用高效节能技术电冰箱耗电量是广大消费者购买电冰箱时最关心的主要参数之一。
我国相继颁布了“家用电冰箱电耗限定值及测定方法”（GB 12021.2—89）和“电冰箱产品质量分类分级规定”。
后者规定：电冰箱电耗低于国际限定值 20%为 A 级产品。
美国能源部颁布的电冰箱电耗限定值几乎是每 3 年就提高一次标准。
1998 年电耗限定值比 1993 年低30%～40%。
因此节能技术的开发已成为冰箱行业的重要日程。
采用电子控制技术将电子技术引入电冰箱设计中，通过设置工作状态选择（如最大制冷、快速制冷、省电等）、自诊断系统、自动处理与报警（声、光、电等）功能，使电冰箱始终处于最佳工作态。
采用多功能新技术(1)风冷无霜技术：无霜电冰箱采用强制风冷循环制冷方式，箱内温度均匀，能自动除霜，而且可对贮存食品进行冰温保鲜、除臭抗菌，更适合现代人快节奏的生活。
(2)自动除臭技术：大多数电冰箱厂家纷纷推出了可自动除臭的电冰箱。
一般采用触媒除臭、电子除臭和光除臭等技术。
(3)冰箱室、保鲜室：用于贮存鲜鱼、鲜肉、贝壳类、乳制品等冰温保鲜室，既能保持食品的新鲜风味和营养成分，又不需解冻，且可比冷藏室贮存更长时间，还可以对冷冻室食品进行解冻，深受广大消费者的欢迎。
(4)果菜保鲜室：目前生产的大多数电冰箱果菜室均增加了保湿功能。
该技术采用微孔材料制成的透湿板结构，可以高湿时吸湿，低湿时放湿这使果菜室始终保持适宜的湿度，免除了无霜电冰箱的风干现象，相对延长了果菜的保鲜时间。
(5)方便性设计：在电冰箱设计中，引入了人机工作原理，方便实用。
(6)超静音技术：最大限度的降低电冰箱运行噪声，一直是各厂家追求质量的目标之一。
采用箱门一体发泡新技术采用箱门一体发泡新技术，就是在装配门面板、门把手、门端盖和门封座等部件后，将门内胆置于其上，一侧用胶带固定好门内胆，发泡时用机械手拉开门内胆，注入发泡液，再盖上门内胆，合膜熟化成型，最后装门封。
此方法可以省去门衬板及螺钉，且可减薄门内胆厚度。
门内胆与门板间均匀充满绝热泡沫，既提高了隔热性能，又加强门内胆强度，防止门内搁架贮物过重而导致门内胆变形，同时也降低了产品成本。
具有抗菌功能最近，市场上推出一种具有抗菌功能的电冰箱，这种电冰箱在内箱、门内胆、门内搁架、棚架及门把手等零件成型时，加入了一种具有抗菌功能的材料，成型后的上述零件即具有一定的抗菌作用。
采用多风口送风技术对于间冷电冰箱的大冷藏室或冷冻室，采用多风口分层送风，可使各部分温度均匀，棚架尽可能大，增大了有效贮存空间。
采用上下或左右两温控风门分别控制不同区域通风量，可以实现一室两温甚至多温，使之分别适合贮存不同种类的物品。
具有报警功能当冷冻室、冷藏室、水温保鲜室或果菜室的门开启的时间超过一定的时间（时间可预先设置好）时，控制系统便会发出警报声，提醒用户关好门。
1.2.2 国内外电冰箱的发展趋势随着人民对生活质量要求的不断提高和能源短缺问题、环境问题的出现。
