基于51單片機(jī)的新型冰箱溫度控制器系統(tǒng)

　　0引言

　　隨著生活的改善，消費(fèi)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。隨著中國(guó)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(jì)入搶奪市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中。使得供應(yīng)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(zhàn)略。目前各大冰箱控制器的生產(chǎn)廠家存在著更加殘酷的競(jìng)爭(zhēng)，只有把握住優(yōu)質(zhì)的技術(shù)，結(jié)合低廉的陳本才能為企業(yè)，迎來(lái)生存的機(jī)會(huì)?；谶@種情形，我們認(rèn)為現(xiàn)如今，在家電的低端市場(chǎng)，廉價(jià)實(shí)用性強(qiáng)的控制器為各大產(chǎn)品提供了巨大優(yōu)勢(shì)，這種優(yōu)勢(shì)是在競(jìng)爭(zhēng)中無(wú)法忽略的。我們的產(chǎn)品追求廉價(jià)實(shí)用，節(jié)能環(huán)保，突出用戶地位更加人性化，應(yīng)用寬泛。

　　1 系統(tǒng)總體介紹

　　這是一個(gè)基于51單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)，通過(guò)51單片機(jī)控制其余的溫控設(shè)備以及其余的擴(kuò)展設(shè)備，從而達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期的目的。電路簡(jiǎn)單實(shí)用，而且經(jīng)濟(jì)廉價(jià)，適用于很多場(chǎng)合。51單片機(jī)的控制也很方便簡(jiǎn)單，而且能做到控制系統(tǒng)的作用。

　　產(chǎn)品特色有：

　　人機(jī)交互式控制，必要時(shí)可根據(jù)顧客的個(gè)人意愿設(shè)置停開(kāi)時(shí)間比，滿足不同的需要;

　　成本低，手動(dòng)調(diào)節(jié)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(jī)，防止因?yàn)橹评鋭┑仍蛟斐刹煌＿M(jìn)而損壞壓縮機(jī);

　　防止因?yàn)閿嚯姷雀邏簡(jiǎn)?dòng)損壞壓縮機(jī)。

　　2 系統(tǒng)硬件組成

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

　　2.1 單片機(jī)供電電路

　　單片機(jī)工作的電壓是5V的直流電，所以我們要為單片機(jī)供應(yīng)持續(xù)不變的直流電信號(hào)，這樣才能保證單片機(jī)工作的穩(wěn)定，以及單片機(jī)在處理數(shù)據(jù)上的持續(xù)性。單片機(jī)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(shè)計(jì)出給單片機(jī)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(wěn)壓片，就可以得到5V的直流電了。當(dāng)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(wěn)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(shè)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(gòu)成可調(diào)占空比的無(wú)穩(wěn)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(gòu)成充電支路，當(dāng)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(nèi)部RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，③腳輸出低電平，K1吸合，LED1點(diǎn)亮，同時(shí)⑦腳內(nèi)部的放電管對(duì)地導(dǎo)通，C3通過(guò)R4、RP1、D5支路對(duì)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(fù)輸出高電平;此后C3又通過(guò)充電支路進(jìn)行充電……周而復(fù)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(shè)計(jì)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(zhǎng)可達(dá)約54分鐘。由于C3漏電流的存在,實(shí)際定時(shí)可達(dá)80分鐘。

　　電路中，RP1、RP2分別為開(kāi)機(jī)調(diào)節(jié)及定時(shí)調(diào)節(jié)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(wěn)壓電路，提供555時(shí)基電路及繼電器K1的工作電源。開(kāi)機(jī)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(xiàn)快啟功能。

　　對(duì)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(yīng)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(diào)試。將電冰箱插入CZ上，RP1、RP2調(diào)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(xiàn)開(kāi)機(jī)時(shí)快啟，只需按一下S1即可。調(diào)節(jié)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(xiàn)節(jié)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(hào)端，只要分別接入電路節(jié)能正常工作。但是在用該芯片對(duì)溫度采集時(shí)還得用到AD轉(zhuǎn)換的芯片。我們用的是ADS1286P。在進(jìn)行溫度采集時(shí)我們對(duì)三個(gè)不同地點(diǎn)的溫度分別進(jìn)行采集，用AD轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。從而再進(jìn)行對(duì)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(zhuǎn)換的芯片，前者在使用上和其它一些AD處理芯片的應(yīng)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，所以兩者的連接圖沒(méi)有畫在一起。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(chǔ)內(nèi)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(dá)255段信息;有豐富多樣的工作狀態(tài)提示;多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間;音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)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(dú)立鍵盤工作模式，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(fù)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(shè)有控制音量大小的管腳和復(fù)位管腳以及快進(jìn)管腳，都能夠用按鍵來(lái)進(jìn)行控制。在滿足要求的前提下，這種芯片的性價(jià)比也相對(duì)很高，能夠適應(yīng)很多場(chǎng)合的使用。

　　該芯片的典型應(yīng)用電路如圖六所示：

　　圖六：ISD1760應(yīng)用電路

　　2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)以及液晶顯示模塊

　　這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，是系統(tǒng)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(jī)最小系統(tǒng)中，我們需要給單片機(jī)工作提供必要的條件：由外部晶振給與單片機(jī)工作的時(shí)鐘頻率，還應(yīng)有復(fù)位電路和供電電路。單片機(jī)采用宏晶公司的STC89C51單片機(jī)，這種單片機(jī)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(jì)實(shí)惠，而且對(duì)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(tǒng)都由單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，采集到的溫度信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，完了再對(duì)其余模塊進(jìn)行控制，以達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。圖七就是單片機(jī)最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊的電路圖：

　　圖七：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)+液晶電路

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是針對(duì)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(zhuǎn)換，液晶顯示，語(yǔ)音報(bào)警以及自動(dòng)手動(dòng)的調(diào)節(jié)部分等等各個(gè)部分。

　　各部分程序的集合就構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的完整程序，用51單片機(jī)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)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?qū)σ恍└哂?V的模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

　　整個(gè)程序的設(shè)計(jì)圍繞著各個(gè)模塊的連接，更關(guān)鍵的是和主控芯片51單片機(jī)的連接。

　　下圖是整個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的思路。如圖八

　　圖八：系統(tǒng)硬件組成圖

　　4 總結(jié)

　　在這幾個(gè)月的項(xiàng)目制作中，我們學(xué)到了很多的東西，也完成了這個(gè)項(xiàng)目。從這個(gè)項(xiàng)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(xiàng)目的制作過(guò)程就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—解決問(wèn)題的過(guò)程，也可以說(shuō)是發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的各個(gè)方面。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)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(dāng)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(yàn)，淘汰掉那些不能達(dá)到目的的方案，最后得到我們需要的方案。當(dāng)然，很多時(shí)候我們還會(huì)請(qǐng)教實(shí)驗(yàn)室的學(xué)長(zhǎng)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(tǒng)。