基于单片机的冷柜电子温控器设计
基于单片机的冷柜电子温控器设计[20200211152144]
摘要
为了实现冷柜温度的档位设置、冷柜正常模式运行、冷柜保护模式运行、冷柜快速制冷模式运行、冷柜首次通电自检等功能。本文设计的基于单片机的冷柜电子温控器设计是利用热敏电阻冷藏室对冷柜冷藏室的温度进行采集，采集下来的信号通过高效微控制器PIC16F676单片机对信号处理以及对压缩机的通断电进行控制，从而达到智能控制的目的。应用结果证明采用PIC16F676单片机来实现温度控制的温控器可以很好的对压缩机的通断电进行控制从而很好的控制了冷藏室的温度，使冷柜能根据用户的需要对其进行所需温度档位的转换。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机冷柜温度控制压缩机通断电
目录
第1章绪论 1
1.1课题研究背景及目的 1
1.2国内外的研究状况 1
1.3本设计研究内容 3
第2章 系统方案设计 4
2.1功能要求 4
2.2方案论证 4
2.2.1方案一 4
2.2.2方案二 4
2.2.3方案三 5
第3章系统的硬件设计 6
3.1重要硬件的选型 6
3.1.1单片机PIC16F676 6
3.1.2 LM7805 7
3.2单元电路的设计 8
3.2.1整体硬件电路图 8
3.2.2电源变换电路设计 8
3.2.3按键输入部分电路设计 9
3.2.4显示部分电路设计 9
3.2.5继电器启动压缩机电路设计 10
3.2.6温度检测部分电路设计 10
3.2.7过零点检测电路设计 11
第4章 系统软件设计 12
4.1当前温度与所在档位比较程序 12
4.2正常模式运行程序 14
4.3保护模式运行程序 14
4.4快速制冷模式程序 16
4.5按键扫描程序 18
4.6首次通电自检程序 20
第5章 系统调试及性能分析 21
5.1调试 21
5.2性能分析 21
5.3调试实物图 21
第6章分析与结论 23
参考文献 24
附录 25
致谢 45
第1章绪论
1.1课题研究背景及目的
随着各项技术的全面发展，人们对冷柜这种日常生活中经常用到的家电要求也越来越高，从而促使商家不断的改善冷柜控制器的性能，而如今以单片机为核心的冷柜控制器已经逐步的取代了简单的电子控制以及传统的机械式控制，这种成本低、测温精度高、功能强、通用性强的冷柜控制器使得冷柜朝着智能化、人性化、节能和多功能方向发展，目前正得到越来越广泛的应用。而本设计以PIC单片机为核心，将热敏电阻冷藏室内的温度通过A/D转换后变成相应的电压送入PIC单片机中，再将此温度与所在档位设定的温度相比较，从而控制压缩机的起停。通过本次设计，可以使我们更好的掌握PIC单片机的使用，熟悉温控器的工作原理，并通过PIC开发板模拟温控器的工作状态，了解温控器的工作现象。
冷柜温度控制器（简称温控器）是一种通过改变某个密闭空间的压力或容积来达到设定温度的设备，一般的温控器按照不同的控制方式可以分为机械式和电子式两种，机械式的是由被冷却对象的温度变化来控制的，而机械式温控器中还具有各种不同类型的温控器比如蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器等等，其中蒸气压力式温控器则是冷柜机械式温控器的最主要的组成部分。而电子式温控器则是由被冷却对象的温差变化来控制的，而其又分为电阻式温控器和热电偶温控器两种。
1.2国内外的研究状况
进入21世纪以后，温控器正朝着多功能、高精度、高可靠性、总线标准化及安全性、开发虚拟温控器和网络温控器以及研制单片测温控温系统等高科技方向快速发展。
（1）提高温控器测温精度和分辨力
最早在20世纪90年代中期推出的智能温控器，A/D转换器采用的是8位的，而其测温精度比较低，分辨力也只能达到2°C。目前，国外已经相继推出多种高精度且高分辨力的温度传感器，而且所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般都可达到0.5~0.0625°C。有的芯片则采用高速逐次逼近式A/D转换器，来实现多通道智能温控器的转换速率的提高。
（2）温控器控器总线技术的标准化与规范化
目前，温控器的温度传感器的总线技术也实现了标准化与规范化，所采用的总线主要有I2C总线、单线(1-Wire)总线、spI总线和SMBus总线。主机可通过专用总线接口与作为从机的温度传感器进行通信。
（3）温控器可靠性及安全性设计
传统的A/D器大多采用逐次比较式转换或积分式技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温控器普遍采用了高性能的Σ－Δ式A/D转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。
（4）虚拟温控器和网络温控器
①虚拟温控器
虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成温度控制器的标定及校准，以实现最佳性能指标。最近，美国B&K公司已开发出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。
②网络温控器
网络温度控制器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能温度控制器。它通过数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准，可做到“即插即用(Plug&PlAy)”，这样就极大地方便了用户。
（5）温控制器单片测温控制系统
单片系统(System On Chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108~109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。目前，国际上一些著名的IC厂家已开始研制单片测温系统，相信在不久的将来即可面市。
1.3本设计研究内容
在本次设计中我参考了各个方面的资料，博取其精华。研究的方法则是将各个电路与PIC16F676单片机一起连接到模拟开发板上，再接入外接电路，以此来研究冷柜温控器的工作原理以及设计。
研究的主要内容包括以下方面：
1、对温度进行分档，以此来方便用户切换；
2、模拟继电器控制对压缩机的通/断电操作；
3、模拟冷柜正常模式下的工作方式；
4、模拟冷柜的温度传感器不良时，冷柜进入保护模式运营的现象；
5、单片机C程序编程语言；
在本文中将介绍基于单片机的冷柜电子温控器设计的总体设计思想方案，重要硬件的选型和单元电路的设计以及系统软件设计过程中的思想和方法等。
第2章 系统方案设计
2.1功能要求
1、首次通电自检，冷柜进入正常模式，可将切换键将冷柜切换至强冷档进行制冷，如首次通电后只按正常状态运营，冷柜自动进入默认档4档，面板显示4档灯亮，冷柜在通电五分钟后启动压缩机进行工作。
2、如初次启动后冷柜温度传感器不良，有两盏温度显示灯不停的交叉闪烁，冷柜进入保护模式运营，以默认档（4档）运营，开30分钟，停10分钟。提醒报修。如用户使用至快速制冷，压缩机在连续运转24小时后停机，停机后在此启动则进入默认档运行。
3、如冷柜在上次停机或停电后再次启动，电子温控进入默认档运营。
摘要
为了实现冷柜温度的档位设置、冷柜正常模式运行、冷柜保护模式运行、冷柜快速制冷模式运行、冷柜首次通电自检等功能。本文设计的基于单片机的冷柜电子温控器设计是利用热敏电阻冷藏室对冷柜冷藏室的温度进行采集，采集下来的信号通过高效微控制器PIC16F676单片机对信号处理以及对压缩机的通断电进行控制，从而达到智能控制的目的。应用结果证明采用PIC16F676单片机来实现温度控制的温控器可以很好的对压缩机的通断电进行控制从而很好的控制了冷藏室的温度，使冷柜能根据用户的需要对其进行所需温度档位的转换。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机冷柜温度控制压缩机通断电
目录
第1章绪论 1
1.1课题研究背景及目的 1
1.2国内外的研究状况 1
1.3本设计研究内容 3
第2章 系统方案设计 4
2.1功能要求 4
2.2方案论证 4
2.2.1方案一 4
2.2.2方案二 4
2.2.3方案三 5
第3章系统的硬件设计 6
3.1重要硬件的选型 6
3.1.1单片机PIC16F676 6
3.1.2 LM7805 7
3.2单元电路的设计 8
3.2.1整体硬件电路图 8
3.2.2电源变换电路设计 8
3.2.3按键输入部分电路设计 9
3.2.4显示部分电路设计 9
3.2.5继电器启动压缩机电路设计 10
3.2.6温度检测部分电路设计 10
3.2.7过零点检测电路设计 11
第4章 系统软件设计 12
4.1当前温度与所在档位比较程序 12
4.2正常模式运行程序 14
4.3保护模式运行程序 14
4.4快速制冷模式程序 16
4.5按键扫描程序 18
4.6首次通电自检程序 20
第5章 系统调试及性能分析 21
5.1调试 21
5.2性能分析 21
5.3调试实物图 21
第6章分析与结论 23
参考文献 24
附录 25
致谢 45
第1章绪论
1.1课题研究背景及目的
随着各项技术的全面发展，人们对冷柜这种日常生活中经常用到的家电要求也越来越高，从而促使商家不断的改善冷柜控制器的性能，而如今以单片机为核心的冷柜控制器已经逐步的取代了简单的电子控制以及传统的机械式控制，这种成本低、测温精度高、功能强、通用性强的冷柜控制器使得冷柜朝着智能化、人性化、节能和多功能方向发展，目前正得到越来越广泛的应用。而本设计以PIC单片机为核心，将热敏电阻冷藏室内的温度通过A/D转换后变成相应的电压送入PIC单片机中，再将此温度与所在档位设定的温度相比较，从而控制压缩机的起停。通过本次设计，可以使我们更好的掌握PIC单片机的使用，熟悉温控器的工作原理，并通过PIC开发板模拟温控器的工作状态，了解温控器的工作现象。
冷柜温度控制器（简称温控器）是一种通过改变某个密闭空间的压力或容积来达到设定温度的设备，一般的温控器按照不同的控制方式可以分为机械式和电子式两种，机械式的是由被冷却对象的温度变化来控制的，而机械式温控器中还具有各种不同类型的温控器比如蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器等等，其中蒸气压力式温控器则是冷柜机械式温控器的最主要的组成部分。而电子式温控器则是由被冷却对象的温差变化来控制的，而其又分为电阻式温控器和热电偶温控器两种。
1.2国内外的研究状况
进入21世纪以后，温控器正朝着多功能、高精度、高可靠性、总线标准化及安全性、开发虚拟温控器和网络温控器以及研制单片测温控温系统等高科技方向快速发展。
（1）提高温控器测温精度和分辨力
最早在20世纪90年代中期推出的智能温控器，A/D转换器采用的是8位的，而其测温精度比较低，分辨力也只能达到2°C。目前，国外已经相继推出多种高精度且高分辨力的温度传感器，而且所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般都可达到0.5~0.0625°C。有的芯片则采用高速逐次逼近式A/D转换器，来实现多通道智能温控器的转换速率的提高。
（2）温控器控器总线技术的标准化与规范化
目前，温控器的温度传感器的总线技术也实现了标准化与规范化，所采用的总线主要有I2C总线、单线(1-Wire)总线、spI总线和SMBus总线。主机可通过专用总线接口与作为从机的温度传感器进行通信。
（3）温控器可靠性及安全性设计
传统的A/D器大多采用逐次比较式转换或积分式技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温控器普遍采用了高性能的Σ－Δ式A/D转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。
（4）虚拟温控器和网络温控器
①虚拟温控器
虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成温度控制器的标定及校准，以实现最佳性能指标。最近，美国B&K公司已开发出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。
②网络温控器
网络温度控制器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能温度控制器。它通过数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准，可做到“即插即用(Plug&PlAy)”，这样就极大地方便了用户。
（5）温控制器单片测温控制系统
单片系统(System On Chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108~109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。目前，国际上一些著名的IC厂家已开始研制单片测温系统，相信在不久的将来即可面市。
1.3本设计研究内容
在本次设计中我参考了各个方面的资料，博取其精华。研究的方法则是将各个电路与PIC16F676单片机一起连接到模拟开发板上，再接入外接电路，以此来研究冷柜温控器的工作原理以及设计。
研究的主要内容包括以下方面：
1、对温度进行分档，以此来方便用户切换；
2、模拟继电器控制对压缩机的通/断电操作；
3、模拟冷柜正常模式下的工作方式；
4、模拟冷柜的温度传感器不良时，冷柜进入保护模式运营的现象；
5、单片机C程序编程语言；
在本文中将介绍基于单片机的冷柜电子温控器设计的总体设计思想方案，重要硬件的选型和单元电路的设计以及系统软件设计过程中的思想和方法等。
第2章 系统方案设计
2.1功能要求
1、首次通电自检，冷柜进入正常模式，可将切换键将冷柜切换至强冷档进行制冷，如首次通电后只按正常状态运营，冷柜自动进入默认档4档，面板显示4档灯亮，冷柜在通电五分钟后启动压缩机进行工作。
2、如初次启动后冷柜温度传感器不良，有两盏温度显示灯不停的交叉闪烁，冷柜进入保护模式运营，以默认档（4档）运营，开30分钟，停10分钟。提醒报修。如用户使用至快速制冷，压缩机在连续运转24小时后停机，停机后在此启动则进入默认档运行。
3、如冷柜在上次停机或停电后再次启动，电子温控进入默认档运营。
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