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1、 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，
2、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 Household Refrigerator Abstract: 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 s
3、ystem 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 in
4、cludes 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
5、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11.1 研究背景11.2 国内外电冰箱控制技术发展现状及趋势11.2.1 国内外电冰箱的现状11.2.2 国内外电冰箱的发展趋势31
6、.3 研究目的与意义42 电冰箱结构及工作原理52.1 电冰箱的分类52.2 电冰箱的型号52.3 电冰箱的结构62.3.1 制冷系统62.3.2 电控系统62.3.3 箱体及附件72.4 电冰箱的工作原理73 总体设计方案83.1 方案对比83.2 总体设计方案94 系统硬件电路设计114.1 整机电路114.2 电源电路114.3 指示报警电路114.4 单片机及外围电路124.4.1 温度检测电路124.4.2 DS18B20内部结构与测温原理124.4.3 DS18B20操作命令134.4.4 DS18B20的硬件电路134.5 键盘电路144.5.1 键盘的工作原理144.5.2 独
7、立键盘154.6 显示电路154.6.1 LCD引脚154.6.2 LCD1602存储的字符164.6.3 LCD1602的控制指令164.7 继电器模拟驱动压缩机电路和电热丝除霜电路184.8 冷冻室霜厚采集电路184.8.1霜厚采集电路简介184.8.2 MF53-1简介194.8.3 ADC0832简介194.8.4 LM324 简介214.9 过欠压保护电路215 系统软件设计235.1系统主程序235.2 T0中断服务程序245.3 T1中断服务程序245.4 INT0中断服务程序255.5 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
8、片30附录4 程序31附录5 调试结果39参考文献40致谢411 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，
9、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
10、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
11、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 12021.289）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
12、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
13、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
14、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
15、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。家用电冰箱未来的发展趋向于以下几个方面：节能、环保和降噪节能环保是家用电器的永恒主题。美国、欧洲对新一代的电器都有节能要求,我国也已开始对节能产品进行认证。目前冰箱厂家采用的节能办法一般是加厚保温层,采用高效压缩机,优化系统匹配等。以后随着更高效压缩机、更好保温材料的出现,节能冰箱将会进一步发展,其途径是采用环保型制冷剂和发泡料等。变频技术与模糊控制一般冰箱是通过开、停机来调节冰箱的制冷量和保持箱内温度，变频冰箱则是通过调节压缩机的转速来调节制冷量
16、的大小，以保持箱内适宜的温度。普通冰箱是通过检测蒸发器温度来控制冰箱的，这种方法简单可靠，但控温温度精度低，且需要随季节不同对温控器进行调节。采用模糊控制技术，可以对环境温度、箱内温度、箱内温度变化率等条件综合判断，从而控制冰箱的正常运行3。抗菌、除臭和保湿统计分析发现，冰箱中存放的生冷食品大多数没有经过消毒处理，难免将细菌带入。冰箱采用抗菌板材后，就能有效地抑制、杀死细菌。冰箱在长期使用过程中，难免会产生硫化氢、氨气等臭味。而采用臭氧发生器、活性触媒、生物除臭剂等，可对冰箱中的臭味进行清除。1.3 研究目的与意义冰箱全自动控制电路设计是利用硬件电路和软件控制来实现对电冰箱的全自动控制。在电冰
17、箱进入中国市场以来，它的发展速度非常惊人，无论是在保鲜效果上，还是在节能环保上都有了非常大的进步，但在控制电路上仍然还不全面，大部分还是机械式控制方式，仅在一些高档商品中才出现由软件来控制4。这也就要求我们在随着单片机的发展上，将电冰箱控制电路做到软件控制上的智能化，为环保和节能做出更大的进步，同时通过对家用电冰箱自动控制系统的实物设计，进一步了解和运用51单片机的微控功能，锻炼自己的动手实践能力。2 电冰箱结构及工作原理2.1 电冰箱的分类按冰箱内冷却方式分类：冷气强制循环式：又称间冷式（风冷式）或无霜冰箱。冰箱内有一个小风扇强制箱内空气流动，因此箱内温度均匀，冷却速度快，使用方便。但因具有
18、除霜系统，耗电量稍大，制造相对复杂。冷气自然对流式：又称直冷式或有霜电冰箱。其冷冻室直接由蒸发器围成，或者冷冻室内有一个蒸发器，另外冷藏室上部再设有一个蒸发器，由蒸发器直接吸取热量而进行降温。此类冰箱结构相对简单，耗电量小，但是温度无效性稍差，使用相对不方便。冷气强制循环和自然对流并用式：此类形式的电冰箱近年来新产品较多采用，主要是同时兼顾风、直冷冰箱的优点。按电冰箱用途分类：冷藏箱：该类型电冰箱至少有一个间室是冷藏室，用以储藏不需冻结的食品，其温度应保持在 0以上。但该类型电冰箱可以具有冷却室、制冰室、冷冻食品储藏室、冰温室，但是它没有冷冻室。冷藏冷冻箱：该类型电冰箱至少有一个间室为冷藏室，
19、一个间室为冷冻室。冷冻箱：该类型电冰箱至少有一间为冷冻室，并能按规定储藏食品，可有冷冻食品储藏室。按电冰箱适用的环境条件分类可分为亚温带型（SN）、亚热带型（ST）、热带型（T）。按箱门型式，可分为单门、双门、三门和多门等型式按电冰箱箱体外形和放置型式，可分为立式、卧式、台式、壁式、手提式等多种。按电冰箱冷冻室的状态，可分为有霜和无霜两种类型。按电冰箱容积，又可分为大、中、小三种型式。目前，国际上和我国轻工业部规定电冰箱的容积一律按有效容积 L 来划分，250L 以上称为大型电冰箱，120250L 称为中型冰箱，120L 以下称为小型电冰箱。家用电冰箱容积一般在 250L 以下，使用单相电源，
20、电压为 220V。2.2 电冰箱的型号根据国际 GB805995 规定，我国生产的 500L 以下电机驱动压缩机式电冰箱，其型号表示方法及含义如下：例如，型号 BC158 指有效容积为 158L 的家用冷藏箱；型号 BCD185A 指工厂第一次改型设计，其有效容积为 185L 的家用冷藏冷冻箱，而型号 BCD158W 指有效容积 158L 的间冷式冷藏冷冻箱。2.3 电冰箱的结构压缩式电冰箱由制冷系统、电控系统、箱体及附件等部分组成。如图2-1所示分别为单门直冷式电冰箱结构示意图和剖面图。单门直冷式电冰箱只有一个外箱门，箱内的上方是一个装有小门的小型冷冻室，它实际上是蒸发器的内腔，冷冻室的冷度
21、一般为二星级。箱内下方容积较大的空间称为冷藏室，冷藏室内的温度约为 010，其温度分布从上至下逐渐升高。冷藏室的上方装有温度控制器，旋动其调节钮可调节电冰箱内的温度。冷藏室内装有照明灯，它由门开关控制，开门灯亮，关门灯灭。 图2-1 电冰箱结构图2.3.1 制冷系统压缩机组：包括压缩机和电动机；冷凝设备：冷凝器、蒸发水皿加热管、门防冻防露管；冷却设备：蒸发器，间冷式中还有冷却风机和电动机；干燥过滤器；节流元件：毛细管；管道：排气管、回气管等；制冷剂：R134a、R600 或 R12 等5。2.3.2 电控系统温控设备：温度控制器、温控用电热器等；电机起动和保护器件：起动继电器、过热过载保护继电
22、器、带起和运行用电容器等；化霜设备：化霜时间控制器、化霜电热器、化霜防误动作加热器等；2.3.3 箱体及附件箱体由外壳、内胆、隔热层、顶板及柜组成。箱门由门板、门内胆、磁性门封和手柄及绞链(门折页)组成。附件由搁架、箱内接水盆、果蔬盒、制冰盒、箱外接水盒(或蒸发盒)等组成。2.4 电冰箱的工作原理世界上的物质有三态：气态、固态和液态，在一定条件下三态可以相互转化。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吸热来制冷的。它由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成。其动力来自压缩机，干燥过滤器用来过滤赃物和干燥水分，毛细管用来节流降压，热
23、交换器为冷凝器和蒸发器。制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后成为高温高压的过热蒸气，排入冷凝器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥过滤器流入毛细管节流降压，成为低温低压液体状态，进入蒸发器中汽化，吸收周围被冷却物品的热量，使温度降低到所需值，汽化后的气体制冷剂又被压缩机吸入，至此，完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。实用电冰箱常将毛细管和低压回气管缠绕在一起，构成一个比较理想的热交换器(回热器)，使得流过毛细管的制冷剂液体进一步降温，以提高制冷效果和改善压缩机的运行状态 5。3 总体设计方案现在，单片机的应用数量与型号非常多
24、，针对毕业设计具体情况，我们应选择哪个型号的单片机呢。3.1 方案对比一、主芯片采用AT89C51二、主芯片采用STC89C52STC89C52单片机介绍6如下： 图3-1 STC89C52实物和引脚示意图P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，没脚可吸收8TTL门电路，当P1口的电路第一次写时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部数据存储器，它被定义数据/地址的第八位在flash编程时，P0口作为原码输入口，当flash进行校验时，P0口输出原码，此时P0口外部必须拉高。 P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可
25、用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故，在flash在编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口为一个内不上拉的8双向I/O口，P2缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上啦的缘故。P2口当用于外部程序存储或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
26、 P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。REST脚接复位电路。 PSEN脚是外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。 EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA保持高电平时，此间内部程序存储器。在fla
27、sh编程区间，此引脚也用于施加12V变成电源（VPP）。 XTAL1和XTAL2为晶振接入端6。三、选择STC89C52因为STC89C52RC具有AT89C51的所有功能之外还具有超强抗干扰能力，如可抗高静电（ESD保护），抗高（2KV4KV）快速脉冲干扰（EFT测试），宽电压，不拍电源抖动，宽温度范围（-4085）。另外内部自带EEPROM，无需外加电路。所以该方案采用方案二，它不仅可使电路简单，还可使成本降低。3.2 总体设计方案整机设计方案如图3-2所示：本设计方案由单片机、传感器、键盘输入、USB电源、显示电路和压缩机、化霜电热丝驱动电路组成。其设计流程为：将传感器DS18B02放置
28、在电冰箱冷藏室和冷冻室内，由温度传感器检测的数字值，再送至单片机做为控制数据，最后由编制程序实现对压缩机及化霜电热丝的控制。其中键盘电路是实现对冷藏室冷冻室温度显示的中断产生、主电源的通断及化霜电热丝的控制，显示电路是显示冰箱内的实际温度值7。图3-2整机设计方案在本设计中，主芯片采用的是STC89C52。 STC89C52的主要特点是：包含了一个8位CPU；一个片内振荡器及时钟电路；8K字节ROM程序存储器；128字节RAM数据存储器；两个16位定时器计数器；可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；一个可编程全双工串行
29、口；具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。很明显地，STC89C52是STC89C51的改进品。对一般用户来说，除了上述特点外，STC89C52单片机还存在与89系列单片机通用的特点：1内部含Flash存储器；2和80C51插座兼容；3静态时钟方式；4错误编程亦无废品产生；5可进行反复系统试验。除主芯片外，温度传感器为DS18B20；数码显示是采用的是LCD1602：键盘输入是采用独立键盘。具体的电路将在后面介绍。4 系统硬件电路设计4.1 整机电路整机电路如附录1。从电路图上可以看到，它主要由温度检测电路、键盘及显示电路、继电器模拟驱动压缩机电路和电热丝电路、电源电路和ADC0832模数转
30、换电路组成。各个电路的功能将在下面一一介绍。4.2 电源电路电源电路图如图4-1所示。设计USB供电电路的优点是便于调试，但是其缺陷是当电路比较复杂时，会出现供电不足的情况。此电路在开关SW2按下的时候供电。图4-1 USB供电电路4.3 指示报警电路报警电路如图4-2所示报警电路就是单片机在报警时，给蜂鸣器加高电平，使得蜂鸣器发声，实现报警的目的。指示、报警电路在国外应用得相当普遍，特别是声音报警可应用于非常多的场合，如特定房间温度过高或过低；特定房间湿度过高或过低等8。图4-2 单片机报警电路4.4 单片机及外围电路4.4.1 温度检测电路该电路采用DS18B20温度传感器。 DS18B2
31、0性能特点9如下:DS18B20是美国DALLAS公司1-Wire系列的高精度数字式温度传感器。1-Wire单总线是DALLA S的一项专有技术。它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据信号。即DS18B20与微处理器仅需一根数据线即可实现双向通信；DS18B20温度测量范围为-55+125 ，测量分辨率为0.062 5 ；DS18B20提供912位精度的温度测量，通过编程可将测量温度转换为数字值直接读取 ；每个DS18B20有唯一的64位序列码，这使得允许有多个DS18B20并联在一条单总线上工作，实现多点温度检测。正因为DS18B20有以上诸多优点，因此。利用DS18B20与单片机控制实现多
32、点温度检测具有转换精度高、体积小、与微处理器接口简单等优势。这给系统硬件设计带来了极大的方便。4.4.2 DS18B20内部结构与测温原理DS18B20内部结构主要由64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL、高速存储器RAM、非易失性EEPROM几部分组成。其中64位光刻ROM是出厂前被刻录好的。它由8位产品系列号、48位的产品序号、8位CRC循环冗余检验码组成。DS18B20的产品系列号均为28H。每个器件有自己唯一的48位产品序号，利用产品序号可以识别一条线上所挂的不同DS18B20器件。这也正是多个DS18B20可以共用一根数据线进行通信的原因。非易失报警触发器TH和TL，
33、可以通过软件写入温度报警的上下限值。DS18B20的高速存储器RAM有9个字节，其中第1、2字节以补码的形式存放温度信息；第3、4字节是TH和TL的拷贝，每次上电复位时被刷新；第5字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率；第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1；第9字节用于存放根据64位ROM的前56位计算得出的CRC值，并与事先已存入在64位ROM的最高有效字节的CRC值做比较以判断主机收到的ROM数据是否正确，从而保证DS18B20与微处理器双向通信的正确性。配置寄存器字节的低5位一直是1，第7位TM是测试模式位，用于设置DS18B20是在工作模式还是在测试模式，第6位、
34、第5位分别是R1、R0，用于决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率。分辨率的定义规定如表4-1所示。由表4-1可知，当设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长，因此，实际使用中要将分辨率和转换时间综合考虑。表4-1 DS18B20配置寄存器R1R0分辨率/位温度转换时间/ms00993.750110187.501011375.001112750.00当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换，转换完成后的温度值以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速存储器的第1、2字节。二进制中的高5位是符号位，如果测得的温度大于0，则高5位为0，可以直接将二进制数转换为十进制再乘以00
35、62 5即可得到实际温度；如果测得的温度小于0，则高5位为1，表示测得的温度值为负，要先将补码变成原码，再计算其对应的十进制数并乘以0062 5得到实际温度。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在前、高位在后。DS18B20完成温度转换后，把测得的温度值与RAM中TH、TL字节内容作比较，若温度大于TH或小于TL，则器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多个DS18B20同时测量温度并进行报警搜索10。4.4.3 DS18B20操作命令DS18B20的操作指令有存储器操作命令与ROM操作命令两类，前者主要针对高速暂存器用于实现温度转换以及对温度数据的读
36、出与存贮等，后者主要用于识别不同的DS18B20的序列号及类型等。操作命令如表4-2所示11。4.4.4 DS18B20的硬件电路DS18B20与系统硬件接口DS18B20的优点在多点温度检测系统中可以更好地体现出来，DS18B20的管脚只有3根，即电源、地、数据线，多点温度检测系统硬件连接图如图4-3所示13。应注意的是，在单片机系统中，一条数据线实际上最多只能接8个DS18B20，如果实际应用中8个数字传感器还不能满足用户的要求的话，可以再增加使用单片机的其他数据线。通常在总线上接一个47 kQ左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。表4-2 DS18B20操作指令表命令代码用
37、途存储器温度变换（44H）启动温度转换存储器读暂存器（0XBEH）读温度值和CRC值存储器写暂存器（4EH）写上下限到暂存器存储器复制暂存器（4EH）复制上下限到暂存器存储器读EEPROM（0XB8H）将上下限值调人暂存器存储器读电源（0XB4H）检测供电方式ROM读ROM（33H）读ROM64位序列号ROM匹配ROM（55H）对多个ROM序列号寻址ROM跳过ROM（0XCCH）跳过对单个ROM编码的搜索ROM搜索ROM（0XF0H）对多个ROM编码搜索ROM报警搜索（0XBCH）搜索报警的DS18B20图4-3 DS18B20硬件电路4.5 键盘电路4.5.1 键盘的工作原理键盘的每个按键都
38、是长开开关，当按键没有被按下时，P2.0,P2.1,P2.2,P2.3输入为高电平，当这几个端口对应的键按下时，其输入为低电平。通常按键所用的开关为机械性开关，因此，按键开关在闭合时不会马上稳定的接通，在断开时也不会一下子断开，即在闭合和断开的瞬间会伴随有一连串的抖动。其抖动时间的长短由按键的机械性能决定，一般为510MS。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对键的一次闭合只做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的状态，并且必须判别键号；当键释放稳定后，在做处理。按键的抖动，可用硬件或软件两种方法消除。
39、4.5.2 独立键盘因为该设计所要用到的键比较少，所以，我采用独立式按键。独立式按键是指各按键相互独立地接通一条输入数据线，其电路及中断效果如图4-4所示。这是通过与门构成的中断方式电路，比按键查询方式更有效。当SW1键给出一个中断时，第一个DS18B20在LCD1602上显示冷藏室温度；当SW3键给出一个中断时，第二个DS18B20在LCD1602上显示冷冻室温度；当SW5键给出一个中断时，冷藏室和冷冻室全部显示。图4-4 独立式按键电路及中断效果图4.6 显示电路显示电路如图4-5所示，采用的是LCD1602液晶显示。4.6.1 LCD引脚LCD1602采用标准的16脚接口:VSS代表接地
40、；VDD为1602提供驱动电；VEE为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据；E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7为8位双向数据线。其中D7为忙检测位12。图4-5 LCD1602液晶显示电路4.6.2 L
41、CD1602存储的字符1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表4-3所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。表4-3 LCD1602引脚功能介绍脚号脚名功能说明1VSS接地2VDD电源3VEE液晶显示器对比度调整端4RS寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器5RW读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。6E使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令7DB0数据线8DB1数据线9DB2数据线10DB3数据线11DB4数据线12DB5数据线
42、13DB6数据线14DB7数据线，忙检测位15BLA背光源正极，串接10欧电阻接电源16BLK背光源负极，接地4.6.3 LCD1602的控制指令1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过以下指令编程来实现的。/*LCD1602程序*/void delay1ms(uint ms)/延时1毫秒unsigned int i,j;for(i=0;ims;i+) for(j=0;j110;j+);void wr_com(uchar com)/LCD写指令 RS=0; RW=0; P0=com; delay1ms(5); EN=1; delay1ms(5);
43、EN=0;void wr_dat(uchar dat)/LCD写数据 RS=1;RW=0; P0=dat; delay1ms(5); EN=1; delay1ms(5); EN=0;void lcd_init()/LCD初始化设置wr_com(0x38);/设置162显示，57点阵，8位数据接口wr_com(0x0c);/设置开显示，不显示关标wr_com(0x06);/写一个字符后地址指针加1 wr_com(0x01);/显示清0，数据指针清0void display(uchar *p)/显示while(*p!=0)wr_dat(*p);p+;delay1ms(5);液晶显示模块是一个慢显示
44、器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表4-4是DM-162的内部显示地址。表4-4 DM-162的内部显示地址12345678910111213141516000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数地址据应该是01000000B+10000000B=11000000B,即40H+80H=C0H。4.7 继电器模拟驱动压缩机电路和电热丝
45、除霜电路继电器模拟驱动压缩机电路和电热丝电路如图4-6所示。当在冷冻室3mm处相关位置安装的热敏电阻感受到霜后达到3mm后，通过ADC0832的转换将模拟信号转换成数字信号，通过单片机的内置程序，控制P1.7口启动继电器，通过二极管的点亮模拟电热丝的除霜启动。当温度超过DS18B20设定的温度上下限或者开门时间过长时，系统报警并通过P1.6口控制继电器模拟禁止压缩机的启动。图4-6 继电器模拟驱动压缩机电路和电热丝电路4.8 冷冻室霜厚采集电路图4-7 冷冻室霜厚采集电路4.8.1 霜厚采集电路简介采集电路如图4-7所示，选用热敏电阻MF53-1，把热敏电阻安装在蒸发器 3mm 的某个合适的位置上，当霜厚大于 3mm 时，热敏电阻接触到霜从而感知到较低的温度，其电阻值 R 变大，温度降低，运算放大器输出信号有变化，经 ADC0832 转换后送入单片机，经单片机分析、判断后给出除霜命令。4.8.2 MF53-1简介MF53-1 型直热式负温度系数热敏电阻器具有良好的互换
