直冷式电冰箱
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单片机课程设计题目：直冷式电冰箱学号：姓名：班级：指导老师：设计日期：2目录1.课程设计目的 (2)2.课程设计题目和要求 (2)2.1课程设计的要求 (2)3.电冰箱控制系统硬件电建设计 (2)3.1系统硬件结构 (2)3.2冷冻室冷藏室温度检测采样电路 (5)3.3制冷与除霜控制电路 (8)3.4时钟电路 (11)3.5复位电路 (12)4.软件设计 (14)4.1主程序 (14)4.2初始化子程序 (15)4.3键盘扫描子程序 (16)5.设计总结 (26)6.参考文献 (27)1 课程设计目的1.1 以MCS51单片机为主完成计算机控制技术（单片机）课程设计，掌握此次课程设计所用知识。
1.2理解课程设计使用原理，使此次设计的程序及电路能够正常使用。
2直冷式电冰箱的控制要求2.1 课程设计的要求2.1.1设定2个测温点，测量范围：－26︒C～＋26︒C，精度±0.5︒C；2.1.2利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定等；2.1.3制冷压缩机停机后自动延时3分钟后方能再启动；3.电冰箱控制系统硬件电件设计3.1 系统硬件结构图3.1.1 单片机采用INTEL公司的高效微控制器MCS51。
是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
INTEL公司的AT89C51芯片具有以下特性：○14KB片内在系统可编程Flash程序存储器；○2时钟频率为0～33MHz；○3128字节片内随机读写存储器（RAM）；○432个可编程输入/2 输出引脚；○52个16位定时/计数器；○65个中断源，2级优先级；○7全双工串行通信接口；○8监视定时器；○92个数据指针。
图3.2 MCS51内部结构图23.1.2 电源供电电路本设计总电源是有效值220V ，频率50Hz 的单相交流电网电压，通过变压器降压输出一组9V 和一组24V 低压交流电，然后再经过整流桥1D 和2D 整流输出直流电压。
前者提供给数字电路部分，后者为模拟电路部分提供电能。
为了得到标准的±12V ，±5V ，+5V 直流电，故选用三端稳压器7912，7812，7905和7805作为稳压元件，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而输出得到足够高稳定性的直流电源。
图3.3 数字电路供电图图3.4 模拟电路供电图 3.1.3 霜厚检测电路（1） 霜厚检测电路原理图如图3-9所示：+5V/INT0+12V VA 2.68K图3-9霜厚检测电路图图中Rt为温度传感器，选用MF53-1型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度较高。
其阻值和温度的关系为：Rt=286/（26.8+t）-2.68(kΩ)A点电压与温度关系为:V A=(2.68*5)/(Rt+2.68)=1.26+0.047t（2）除霜电路工作原理把热敏电阻器安装在距蒸发器3mm的某个合适的位置上,当霜厚大于3mm时,热敏量电路如图3.5所示，温度传感器选用了MF53-1型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度较高。
其阻值和温度的关系为：R(t)=286/(26.8+t)-2.68kΩ利用温度传感器可以很容易测得冷藏室温度和冷冻室温度。
电阻接触到霜而感到较低的温度,其电阻值Rt变大,A点温度降低,电压跟随器输出电压降低,经放大器放大,输入比较器中。
由于输入电压低于比较器的比较电压而输出低电平，稳压管导通，经反相器输出低电平，结合软件编程，触发单片机产生中断，控制加热丝的启动和压缩机停止工作，并通过软件编程控制加热丝工作一定时间后停止工作；加热后再次检测温度；当霜有一定的融化后，热敏电阻检测到的温度升高，Rt阻值降低，VA电压值升高，经放大器放大,输入比较器中。
由于输入电压高于比较器的比较电压而输出高电平，稳压管截止，无中断。
利用AD590温度传感器完成温度的测量采样，把转换成电量值的温度值的模拟量送入ADC0809的其中一个通道进行A/D转换，将转换的结果送入单片机内，控制压缩机的开停，并结合软件编程，进行温度值变换之后送入数码管显示。
3.2 冷冻室冷藏室温度检测采样电路3.2.1冷冻室温度采样电路图AD590检测采样冷冻室温度电路如图3-12所示：IN0图3-12冷冻室温度检测电路3.2.2 冷藏室温度采样电路图AD590检测采样冷藏室温度电路如图3-13所示：图3-13冷藏室温度检测电路3图3.5 温度测量电路3.2.4冷冻室冷藏室温度检测采样原理AD590作为温度传感器，安装于冷藏室和冷冻室内的内侧壁。
AD590在25℃（298.2K）时，理想输出电流为298.2µA，但实际上存在一定误差，可以在外电路中进行修正。
如图3-12所示，将AD50串联了一个可调电阻R12，在已知温度下调整电阻值，使输出电压V0满足1mV/K的关系（如25℃时，V0应为298.2mV）。
调整好后，固定可调电阻，即可由输出电压V0读出AD590所处的热力学温度。
冷冻室和冷藏室的温度分别经AD590感测并转换为电压量后，通过电压跟随器分别输入ADC0809的两个模拟通道INT0和INT1，进行模拟量到数字量的转换。
转换后的数字量送入单片机内，结合编程，控制压缩机的开启于停止工作，并通过转换，在LED中进行温度值的显示。
3.2.5 过欠压保护电路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。
采用过压欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。
温度是影响电源设备可靠性的最重要因素，根据有关资料分析表明电子元器件温度升高，可靠性即会下降。
为了避免功率器件过热造成损坏，需要在电源设置电源的过欠压保护电路。
电源的过欠压电路如图3-14所示：R20图3-14电源过欠压采样保护电路上图是仅用一个电压跟随器及几个分立元器件构成的电源过压欠压保护电路。
取样电压通过对输入的交流电源电压整流滤波后，经电阻分压，通过光敏电阻耦合，再经过电压跟随器而取得。
它反映输入电源电压的变化。
光敏电阻起到了隔离耦合的作用，可防止当电源电压很大时，产生的电压电流过大而损坏芯片及其他电路。
取样所得的电压信号输入到ADC0809的IN2，结合软件编程，将电压信号从模拟信号转换为数字信号，3.3 制冷与除霜控制电路用机械方法来增加气体压力的设备称为压缩机。
在电冰箱制冷系统中，用于压缩制冷剂蒸气，并使制冷剂在系统中循环的设备称为制冷压缩机。
电冰箱制冷系统所选用的压缩机属于容积型压缩机。
容积型压缩机是指气缸内制冷剂蒸气直接受到压缩，使其容积变小，压力增高的压缩机。
所以，在整个电冰箱的制冷系统中，压缩机的正常有序的运行是非常重要的，因此，需恰当的设计制冷压缩机的启动与停止控制电路。
本设计中的电冰箱的电控系统中，含有自动除霜的功能，所以，也需要设计自动控制除霜电热丝的启动与停止的控制驱动电路。
3.3.1 锁存器74LS273（1）基本特性74LS273是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。
CPU的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK端相连。
（2）74LS273引脚图如图3-17所示：图3-17 74LS273引脚图（3）74LS273功能表表3-7 74LS273 功能表3.3.2 驱动控制电路的设计（1）制冷压缩机和除霜电热丝的启动和停止控制驱动电路如图3-18所示：P1.4Ω图3-18 制冷压缩机和除霜电热丝的启动和停止控制驱动电路（2）工作原理：AT89C51单片机控制信号经P1.3和P1.4端口输出，并在P1.7的控制下，锁存在74LS273中，74LS273的输出在经达林顿驱动器MC1413后,驱动固态继电器SSR1和SSR2。
当MC1413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MC1413的15端输出高电平时，SSR2的3、4端接通，使压缩机绕组接通电源而启动，开始制冷。
74LS273琐存控制信号，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，属于无触电开关，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。
43.3.4 键盘与显示电路从图3.7中可以看出，键盘电路和LED显示电路由串行口扩展5片74LS164实现。
系统采用了6个功能键控制冷冻室、冷藏室及速冻时间设定，4个LED数码管用于显示冷冻室、冷藏室温度及压缩机启、停和故障等状态。
图3.7 键盘与显示电路3.4 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。
单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
在AT89C51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。
在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。
AT89C51的时钟电路如图3-2所示：C1图3-2AT89C51的时钟电路用晶振和电容构成谐振电路。
电容C1、C2容量在15～40pF之间，大小与晶振频率和工作电压有关。
但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用30pF的电容作为微调电容。
在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。
3.5 复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境也需按复位键以重新启动。
AT89C51芯片内部有复位电路，RST引脚是复位信号的输入端高电平有效，复位方式有自动复位和手动复位两种。
本单片机系统采用自动复位方式复位。
AT89C51的复位电路如图3-3所示：SR11KΩ图3-3 X25045复位电路图在实际环境中,微机测控系统常常受到干扰,其中大型设备的启停、强继电器的通断、电源波形畸变等因素会造成电源电压的波动,瞬间的压降往往造成系统死机、数据丢失和误操作,使系统无法正常运行,甚至出现事故,所以对系统电源电压的监测、控制和重要数据的有效保存十分重要。
