基于51單片機的新型冰箱溫度控制器系統

　　0引言

　　隨著(zhù)生活的改善，消費水平的提高。越來(lái)越多的普通居民開(kāi)始使用冰箱。每年冰箱的市場(chǎng)額都在千萬(wàn)以上。隨著(zhù)中國電子行業(yè)的高速發(fā)展。一個(gè)個(gè)新型的企業(yè)開(kāi)始計入搶奪市場(chǎng)的競爭中。使得供應生產(chǎn)商，在保證質(zhì)量和顧客需要的前提下，紛紛消減陳本，制定不同的戰略。目前各大冰箱控制器的生產(chǎn)廠(chǎng)家存在著(zhù)更加殘酷的競爭，只有把握住優(yōu)質(zhì)的技術(shù)，結合低廉的陳本才能為企業(yè)，迎來(lái)生存的機會(huì )?；谶@種情形，我們認為現如今，在家電的低端市場(chǎng)，廉價(jià)實(shí)用性強的控制器為各大產(chǎn)品提供了巨大優(yōu)勢，這種優(yōu)勢是在競爭中無(wú)法忽略的。我們的產(chǎn)品追求廉價(jià)實(shí)用，節能環(huán)保，突出用戶(hù)地位更加人性化，應用寬泛。

　　1 系統總體介紹

　　這是一個(gè)基于51單片機的電冰箱控制系統，通過(guò)51單片機控制其余的溫控設備以及其余的擴展設備，從而達到系統預期的目的。電路簡(jiǎn)單實(shí)用，而且經(jīng)濟廉價(jià)，適用于很多場(chǎng)合。51單片機的控制也很方便簡(jiǎn)單，而且能做到控制系統的作用。

　　產(chǎn)品特色有：

　　人機交互式控制，必要時(shí)可根據顧客的個(gè)人意愿設置停開(kāi)時(shí)間比，滿(mǎn)足不同的需要;

　　成本低，手動(dòng)調節部分可以控制在10元以下，主控部分在25元以下，甚至可以更低一些;

　　可人為控制停機，防止因為制冷劑等原因造成不停進(jìn)而損壞壓縮機;

　　防止因為斷電等高壓?jiǎn)?dòng)損壞壓縮機。

　　2 系統硬件組成

　　本系統由單片機最小系統、時(shí)間控制器、液晶模塊、溫度采集模塊以及給單片機供電的電源模塊等模塊組成，下面分別做詳細的介紹。

　　2.1 單片機供電電路

　　單片機工作的電壓是5V的直流電，所以我們要為單片機供應持續不變的直流電信號，這樣才能保證單片機工作的穩定，以及單片機在處理數據上的持續性。單片機在工作時(shí)由時(shí)鐘頻率決定其輸出波形。從市用的普通交流電出發(fā)，我們可以設計出給單片機供電的電源電路。

　　首先把交流電接入小型變壓器，把220V的交流電變成15V的交流電，然后經(jīng)過(guò)整流橋整流，濾波電路濾波，可以得到接近12V的直流電壓，再經(jīng)過(guò)7805的集成穩壓片，就可以得到5V的直流電了。當然有時(shí)候要采用小型蓄電池作為最初的電源，我們把7805的電路另作一個(gè)模塊放在一邊備用。 電路圖如圖一：

　　圖一：穩壓電路

　　2.2 時(shí)間控制器電路

　　這是一種小型的低成本時(shí)間控制器，可人為設定不同的開(kāi)停比，控制冰箱開(kāi)或停,模擬溫控過(guò)程。電路成本低(小于10元)，可靠性較高，適合于廣大用戶(hù)使用。該模塊的電路圖如圖二所示：

　　圖二：時(shí)間控制器電路

　　此電路核心為一片555時(shí)基電路，在此構成可調占空比的無(wú)穩態(tài)多諧振蕩器。由555的工作原理可知，其③腳輸出電壓由②、⑥腳的輸入電壓決定。R3、D6、RP2、R5、C3構成充電支路，當C3上的電壓小于2/3Vcc(Vcc為555的工作電源電壓)時(shí)，③腳輸出高電平，K1釋放，LED1熄滅，一旦C3上的充電電壓升高至2/3Vcc時(shí)，則555內部RS觸發(fā)器翻轉，③腳輸出低電平，K1吸合，LED1點(diǎn)亮，同時(shí)⑦腳內部的放電管對地導通，C3通過(guò)R4、RP1、D5支路對⑦腳放電，直到C3上的電壓降至1/3Vcc時(shí)，⑦腳停止放電③腳又恢復輸出高電平;此后C3又通過(guò)充電支路進(jìn)行充電……周而復始。

　　充電時(shí)間T1=0.693(R3+R5+RP2)C3

　　放電時(shí)間T2=0.693(R4+RP1)C3

　　設計中R3取16kΩ，R4取100 kΩ，R5取270 kΩ，RP1、RP2均取4.7 MΩ的電位器，C3為1000μF的低漏電鋁電解電容器，則T1、T2的定時(shí)最長(cháng)可達約54分鐘。由于C3漏電流的存在,實(shí)際定時(shí)可達80分鐘。

　　電路中，RP1、RP2分別為開(kāi)機調節及定時(shí)調節電位器，LED1、LED2分別定時(shí)、電源指示。R1、C1、D1~D4及C2、ZD、R2等組成簡(jiǎn)單的電容降壓穩壓電路，提供555時(shí)基電路及繼電器K1的工作電源。開(kāi)機后，電路自動(dòng)進(jìn)入延時(shí)啟動(dòng)狀態(tài)，如需快速啟動(dòng)，可按一下輕觸開(kāi)關(guān)S1，則可實(shí)現快啟功能。

　　對于實(shí)際的電路圖，C1需選用耐壓大于400V的聚丙烯電容器。K1可選觸點(diǎn)電流大于5A的高靈敏度繼電器。C3應選用漏電盡可能低的電解電容器，這樣生產(chǎn)時(shí)的一致性較好，不然時(shí)間誤差會(huì )很大。

　　制作完成后，一般情況無(wú)須調試。將電冰箱插入CZ上，RP1、RP2調于最小位置(均為5分鐘定時(shí))，通電后LED2亮。約5分鐘后，LED1熄滅、K1釋放。如果實(shí)現開(kāi)機時(shí)快啟，只需按一下S1即可。調節RP1、RP2,即可完成不同的時(shí)間通斷比，使接于CZ上的電冰箱受其控制而實(shí)現節能。

　　2.3 溫度采集電路

　　我們用到的溫度采集芯片是常用的DS18B20，我們用的是形如三極管封裝的三腳外形，這種封裝的芯片才電路連接上很是方便，三腳分別是電源端、接地端和信號端，只要分別接入電路節能正常工作。但是在用該芯片對溫度采集時(shí)還得用到AD轉換的芯片。我們用的是ADS1286P。在進(jìn)行溫度采集時(shí)我們對三個(gè)不同地點(diǎn)的溫度分別進(jìn)行采集，用AD轉換芯片轉換后送給單片機進(jìn)行數據的分析和處理。從而再進(jìn)行對其他模塊進(jìn)行控制。這種電路在連接和處理上都是很簡(jiǎn)單的，編程上也很便捷，適合很多場(chǎng)合的使用。

　　ADS1286P的原理圖如圖三：

　　圖三：ADS1286P的原理圖

　　ADS1286P和DS18B20的連接也很方便。作為一種AD轉換的芯片，前者在使用上和其它一些AD處理芯片的應用也差不多。由于在溫度采集時(shí)會(huì )涉及三個(gè)點(diǎn)的采集，所以?xún)烧叩倪B接圖沒(méi)有畫(huà)在一起。DS18B20的電路圖如圖四所示：

　　圖四：溫度采集電路

　　2.4 語(yǔ)音控制模塊

　　我們用到的語(yǔ)音芯片是ISD1700系列的ISD1760。這種芯片的特點(diǎn)有：可錄、放音十萬(wàn)次，存儲內容可以斷電保留一百年;可以用兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式;可處理多達255段信息;有豐富多樣的工作狀態(tài)提示;多種采樣頻率對應多種錄放時(shí)間;音質(zhì)好，電壓范圍寬，應用靈活等。工作電壓在2.4V-5.5V，最高不能超過(guò)6V，靜態(tài)電流0.5-1uA，工作電流20mA。在用該芯片時(shí)可以利用獨立鍵盤(pán)工作模式，可以用按鍵進(jìn)行錄放功能，還有快進(jìn)、擦除、音量控制、直通放音和復位等功能。芯片采用的是28腳直插式封裝，管腳圖如圖五：

　　圖五：ISD1700系列引腳圖

　　在放音方面，也由兩種模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)模式，都由/PLAY管腳觸發(fā)。芯片的擦除還可以采用單個(gè)擦出和全體擦除，在該芯片的使用上很是便捷，而且這種芯片設有控制音量大小的管腳和復位管腳以及快進(jìn)管腳，都能夠用按鍵來(lái)進(jìn)行控制。在滿(mǎn)足要求的前提下，這種芯片的性?xún)r(jià)比也相對很高，能夠適應很多場(chǎng)合的使用。

　　該芯片的典型應用電路如圖六所示：

　　圖六：ISD1760應用電路

　　2.5 單片機最小系統以及液晶顯示模塊

　　這是整個(gè)系統的核心部分，是系統工作的必要條件，也是個(gè)模塊連接到一起的鏈接樞紐。

　　在單片機最小系統中，我們需要給單片機工作提供必要的條件：由外部晶振給與單片機工作的時(shí)鐘頻率，還應有復位電路和供電電路。單片機采用宏晶公司的STC89C51單片機，這種單片機不僅便宜，而且在使用上也很方便。它不僅在編程上便捷，在造價(jià)上也很經(jīng)濟實(shí)惠，而且對于像這種簡(jiǎn)單的控制也能起到很好的控制作用。整個(gè)系統都由單片機來(lái)進(jìn)行控制，采集到的溫度信號傳給單片機進(jìn)行處理，完了再對其余模塊進(jìn)行控制，以達到對整個(gè)系統的控制。圖七就是單片機最小系統和液晶顯示模塊的電路圖：

　　圖七：?jiǎn)纹瑱C最小系統+液晶電路

　　3 系統軟件設計

　　系統的軟件設計是針對硬件的各個(gè)方面，硬件的集成就是軟件程序的集成。其中包括了溫度的采集，A/D轉換，液晶顯示，語(yǔ)音報警以及自動(dòng)手動(dòng)的調節部分等等各個(gè)部分。

　　各部分程序的集合就構成了整個(gè)系統的完整程序，用51單片機來(lái)控制整個(gè)系統的實(shí)現。系統中還用到了繼電器，這是一個(gè)用低電壓控制高電壓的元器件，能夠對一些高于5V的模塊進(jìn)行驅動(dòng)。

　　整個(gè)程序的設計圍繞著(zhù)各個(gè)模塊的連接，更關(guān)鍵的是和主控芯片51單片機的連接。

　　下圖是整個(gè)系統的硬件組成圖，以及各個(gè)模塊的連接圖，從圖中我們就可以看出系統軟件設計的思路。如圖八

　　圖八：系統硬件組成圖

　　4 總結

　　在這幾個(gè)月的項目制作中，我們學(xué)到了很多的東西，也完成了這個(gè)項目。從這個(gè)項目中，我們學(xué)到了很多東西，在硬件制作和軟件編程上都得到了很大的提高。整個(gè)項目的制作過(guò)程就是一個(gè)發(fā)現問(wèn)題—解決問(wèn)題的過(guò)程，也可以說(shuō)是發(fā)現困難—解決困難的過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中我們遇到了很多的困難，包含在整個(gè)系統的各個(gè)方面。當我們發(fā)現困難的時(shí)候，我們會(huì )在網(wǎng)上找相關(guān)的資料，然后一起討論，把困難給解決。當然很多時(shí)候，這不是一個(gè)很容易的事兒，很多東西不是那么容易就給解決的，這時(shí)候我們會(huì )從不同的方案中選擇、實(shí)驗，淘汰掉那些不能達到目的的方案，最后得到我們需要的方案。當然，很多時(shí)候我們還會(huì )請教實(shí)驗室的學(xué)長(cháng)們，他們幫助我們解決了不少問(wèn)題，這樣我們才能完成整個(gè)系統。