冰箱冷藏室温度智能控制系统

目录

摘要 (1)

1 引言 (1)

2 设计思路 (2)

2.1 设计任务 (2)

2.2 设计的理论基础 (2)

2.3 冰箱的系统组成 (2)

2.3.1 蒸汽式压缩机电冰箱 (2)

2.3.2 直冷式电冰箱 (3)

2.4 总体设计方案选择 (3)

2.5 方案总体介绍 (4)

3 硬件系统设计 (4)

3.1 系统总体结构 (4)

3.2 温度采集模块 (5)

3.2.1 温度采集模块的选择 (5)

3.2.2 DS18B20测温电路 (6)

3.2.3 测量数据的比较 (7)

3.3 单片机系统及液晶模块 (7)

3.3.1 微处理器（单片机） (7)

3.3.2 显示电路的设计 (8)

3.4 输出控制模块 (9)

4 软件设计 (9)

4.1 主程序流程框图 (10)

4.2 DS18B20工作的流程图 (12)

5 调试与实验 (12)

5.1 使用说明 (12)

5.1.1 Keil单片机模拟仿真 (12)

5.2 功能测试 (14)

5.2.1 温度测量分辨率 (14)

5.3 晶振的选择 (14)

附录1 硬件原理图 (15)

冰箱冷藏室温度智能控制系统

摘要：本智能温度控制主要由温度采集模块、液晶显示模块、单片机智能控制模块和输出控制模块组成。此次设计相比于传统的冰箱温度控制器，温度信号更加精确，利用单片机控制冷藏室温度在1℃~5℃之间，当温度低于1℃，继电器不工作；当温度高于5℃，继电器开始工作，并且利用液晶显示冷藏室温度的变化。

关键词：温度采集；液晶显示；温度控制

1 引言

随着集成电路的发展，单片机的功能也越发的多样。单片机因为他本是的诸多优点，比如功能强、体积小、可靠性高、开发的周期短，成为各种检测控制方面被广泛应用的元器件，在电子工业生产中变为不可缺少的存在，特别是在我们日常的生活生产中也发挥了很多的作用[1]。而在日常生活中，冰箱已经成了家庭生活中不可缺少的一部分，就此对于冰箱的性能要求也越来越高。在这其中冰箱的智能温度控制是现今市场上冰箱重要选择。

现在市面上的冰箱大多都包含着两部分，分别是冷藏室和冷冻室。其中冷藏室用于冷藏食物，要求有一定的保鲜作用，不可冻伤食物；冷冻室一般用于对食物的冷冻作用。

现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通用技术)和信息处理(计算机技术)。目前信息技术中前端的产品就是传感器，而其中被广泛应用在工业生产、科学研究方面的传感器就是温度传感器，在这些领域中温度传感器的应用是位于各种传感器的第一位[2]。

智能温度传感器最早是出现在20世纪90年代的中期，在其内部就应用了A/D转换器，但他测量的温度范围比较低，而且也只有1℃的分辨率。到了21世纪以后，智能温度传感器正在迅速的朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向发展[3]。

传统电冰箱的温度一般是由冷藏室控制。冷藏室、冷冻室之间不同的温度是通过调节蒸发器在两室的面积大小来实现的，温度的调节完全是依靠压缩机的开停来控制。但是影响冰箱内部温度的因素有很多种：如放到冰箱内的食物

他自身温度的大小、还有他们散热性能高低、食物放在冰箱里的充满率大小、环境温度的高低、开启冰箱门的频率等[4]。因此对于这种受到诸多参数要求和很多随机性的温度的控制，如要建立一个相对标准的数学模型是很困难的，同样的也无法用传统的PID来进行调节。

而本次的设计，主要是通过温度传感器DS18B20来对电冰箱冷藏室温度进行采集，通过STC89C51单片机进行数字信号的处理，从而达到冷藏室温度智能控制的目的。

2 设计思路

2.1 设计任务

在此次的设计当中，要设计的是一个冰箱冷藏室温度智能控制系统。控制冰箱冷藏室的温度。使冷藏室的温度控制在1~5℃之间，当冷藏室温度低于1℃时，继电器停止工作；当冷藏室温度高于5℃时，继电器开始工作。

2.2 设计的理论基础

这次冰箱冷藏室温度智能控制系统的设计，主要是通过对于核心芯片单片机的设计，使得冰箱内冷藏室温度的控制更为的方便和准确。一般传统冰箱的温度控制是分别通过调节蒸发器在冷冻室和冷藏室的面积大小来实现的，温度的控制完全依赖于压缩机的开停。但冰箱内部两室温度的控制是受很多因素的影响，比如环境温度、开门的频率或是存放在冰箱内物品的本身散热程度。因为这些不定因素的影响，两室的温度就很难准确的进行控制[4]。

2.3 冰箱的系统组成

2.3.1 蒸汽式压缩机电冰箱

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的过程中需要吸热的原理来进行制冷的。

蒸气式压缩机电冰箱制冷系统原理图如图2-1所示，主要由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成，其动力均来自压缩机，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[5]。

图2-1 蒸汽式压缩机

2.3.2 直冷式电冰箱

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、停，使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。冷冻室用于冷冻食品通常用于冷冻的温度为－3︒C～－15︒C,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品，要求有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，温度一般为0︒C～10︒C，当测得冷藏室温度高至10︒C～13︒C是启动压缩机制冷，当测得冷藏室温度低于0︒C～－3︒C 时停止制冷，关断压缩机。采用单片机控制，可以使控制更为准确、灵活[4]。

2.4 总体设计方案选择

方案一：PID温度控制

利用热电偶来进行温度的采集，而当通过热电偶采集的温度和希望温度的给定值不相同时，PID控制可根据测量的温度信号和希望的温度信号进行比例、