基于51單片機的新型冰箱溫度控制器系統(tǒng)

　　0引言

　　隨著生活的改善，消費水平的提高。越來越多的普通居民開始使用冰箱。每年冰箱的市場額都在千萬以上。隨著中國電子行業(yè)的高速發(fā)展。一個個新型的企業(yè)開始計入搶奪市場的競爭中。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爭，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)，迎來生存的機會。基于這種情形，我們認(rèn)為現(xiàn)如今，在家電的低端市場，廉價實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)勢是在競爭中無法忽略的。我們的產(chǎn)品追求廉價實用，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

　　這是一個基于51單片機的電冰箱控制系統(tǒng)，通過51單片機控制其余的溫控設(shè)備以及其余的擴展設(shè)備，從而達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期的目的。電路簡單實用，而且經(jīng)濟廉價，適用于很多場合。51單片機的控制也很方便簡單，而且能做到控制系統(tǒng)的作用。

　　產(chǎn)品特色有：

　　人機交互式控制，必要時可根據(jù)顧客的個人意愿設(shè)置停開時間比，滿足不同的需要;

　　成本低，手動調(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，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啟動損壞壓縮機。

　　2 系統(tǒng)硬件組成

　　本系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、時間控制器、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(xì)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(yīng)持續(xù)不變的直流電信號，這樣才能保證單片機工作的穩(wěn)定，以及單片機在處理數(shù)據(jù)上的持續(xù)性。單片機在工作時由時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7805的集成穩(wěn)壓片，就可以得到5V的直流電了。當(dāng)然有時候要采用小型蓄電池作為最初的電源，我們把7805的電路另作一個模塊放在一邊備用。 電路圖如圖一：

　　圖一：穩(wěn)壓電路

　　2.2 時間控制器電路

　　這是一種小型的低成本時間控制器，可人為設(shè)定不同的開停比，控制冰箱開或停,模擬溫控過程。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：時間控制器電路

　　此電路核心為一片555時基電路，在此構(gòu)成可調(diào)占空比的無穩(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，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，則555內(nèi)部RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，③腳輸出低電平，K1吸合，LED1點亮，同時⑦腳內(nèi)部的放電管對地導(dǎo)通，C3通過R4、RP1、D5支路對⑦腳放電，直到C3上的電壓降至1/3Vcc時，⑦腳停止放電③腳又恢復(fù)輸出高電平;此后C3又通過充電支路進(jìn)行充電……周而復(fù)始。

　　充電時間T1=0.693(R3+R5+RP2)C3

　　放電時間T2=0.693(R4+RP1)C3

　　設(shè)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的定時最長可達(dá)約54分鐘。由于C3漏電流的存在,實際定時可達(dá)80分鐘。

　　電路中，RP1、RP2分別為開機調(diào)節(jié)及定時調(diào)節(jié)電位器，LED1、LED2分別定時、電源指示。R1、C1、D1~D4及C2、ZD、R2等組成簡單的電容降壓穩(wěn)壓電路，提供555時基電路及繼電器K1的工作電源。開機后，電路自動進(jìn)入延時啟動狀態(tài)，如需快速啟動，可按一下輕觸開關(guān)S1，則可實現(xiàn)快啟功能。

　　對于實際的電路圖，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)時的一致性較好，不然時間誤差會很大。

　　制作完成后，一般情況無須調(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)，通電后LED2亮。約5分鐘后，LED1熄滅、K1釋放。如果實現(xiàn)開機時快啟，只需按一下S1即可。調(diào)節(jié)RP1、RP2,即可完成不同的時間通斷比，使接于CZ上的電冰箱受其控制而實現(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、接地端和信號端，只要分別接入電路節(jié)能正常工作。但是在用該芯片對溫度采集時還得用到AD轉(zhuǎn)換的芯片。我們用的是ADS1286P。在進(jìn)行溫度采集時我們對三個不同地點的溫度分別進(jìn)行采集，用AD轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后送給單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)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單的，編程上也很便捷，適合很多場合的使用。

　　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。由于在溫度采集時會涉及三個點的采集，所以兩者的連接圖沒有畫在一起。DS18B20的電路圖如圖四所示：

　　圖四：溫度采集電路

　　2.4 語音控制模塊

　　我們用到的語音芯片是ISD1700系列的ISD1760。這種芯片的特點有：可錄、放音十萬次，存儲內(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;多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時間;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6V，靜態(tài)電流0.5-1uA，工作電流20mA。在用該芯片時可以利用獨立鍵盤工作模式，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，都能夠用按鍵來進(jìn)行控制。在滿足要求的前提下，這種芯片的性價比也相對很高，能夠適應(yīng)很多場合的使用。

　　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 單片機最小系統(tǒng)以及液晶顯示模塊

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

　　在單片機最小系統(tǒng)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鐘頻率，還應(yīng)有復(fù)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，在造價上也很經(jīng)濟實惠，而且對于像這種簡單的控制也能起到很好的控制作用。整個系統(tǒng)都由單片機來進(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(dá)到對整個系統(tǒng)的控制。圖七就是單片機最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊的電路圖：

　　圖七：單片機最小系統(tǒng)+液晶電路

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計是針對硬件的各個方面，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，語音報警以及自動手動的調(diào)節(jié)部分等等各個部分。

　　各部分程序的集合就構(gòu)成了整個系統(tǒng)的完整程序，用51單片機來控制整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。系統(tǒng)中還用到了繼電器，這是一個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。

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

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

　　圖八：系統(tǒng)硬件組成圖

　　4 總結(jié)

　　在這幾個月的項目制作中，我們學(xué)到了很多的東西，也完成了這個項目。從這個項目中，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。整個項目的制作過程就是一個發(fā)現(xiàn)問題—解決問題的過程，也可以說是發(fā)現(xiàn)困難—解決困難的過程。在整個過程中我們遇到了很多的困難，包含在整個系統(tǒng)的各個方面。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)困難的時候，我們會在網(wǎng)上找相關(guān)的資料，然后一起討論，把困難給解決。當(dāng)然很多時候，這不是一個很容易的事兒，很多東西不是那么容易就給解決的，這時候我們會從不同的方案中選擇、實驗，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，很多時候我們還會請教實驗室的學(xué)長們，他們幫助我們解決了不少問題，這樣我們才能完成整個系統(tǒng)。