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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 冰箱測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 所 在 單 位： 電氣工程學(xué)院 答 辯 日 期： 年 月 日 36 摘 要 冰箱性能測(cè)試技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，能夠促進(jìn)冰箱性能的改進(jìn)，推動(dòng)全行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步與繁榮，但我國(guó)冰箱測(cè)試系統(tǒng)還不完善，全面引進(jìn)既需要人量的資金投入，也不符合國(guó)家長(zhǎng)久利益，因此，有必要對(duì)自動(dòng)化冰箱制冷性能測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，開發(fā)出一種運(yùn)行能耗低、通用性強(qiáng)、

2、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理高效、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、調(diào)試方便運(yùn)行安全穩(wěn)定、造價(jià)便宜等特點(diǎn)的測(cè)試系統(tǒng)。 本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的冰箱測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用溫度傳感器DS18B20采集電冰箱冷藏室的溫度，并通過(guò)A\D轉(zhuǎn)換通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示，且可利用RS-485串行總線來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展同時(shí)測(cè)量多臺(tái)冰箱的溫度。其中單片機(jī)是實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中心一個(gè)核心器件。本文通過(guò)利用單片機(jī)對(duì)冰箱測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了冰箱的智能檢測(cè)，并且操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞 ： 冰箱 ; 溫度檢測(cè) ; 單片機(jī) ; DS18B20

3、 Abstract The refrigerator performance testing technology continuous improvement and development, can promote the improvement of the performance of the refrigerator, and promote the industry technology progress and prosperity, but our country refrigerator test system is not perfect, overall

4、 introduction of the amount of people need to have both funds, and also do not conform to national interests for a long time, therefore, it is necessary to refrigerator automation control system of performance, developed a running low energy consumption, strong commonality, control the perfect funct

5、ion and data processing efficiency, show operation concentration, friendly man-machine interface, convenient debug operation safety stable, cost cheap and so on test system. This paper introduces a kind of based on AT89C51 refrigerator test system, this system using temperature sensor DS18B20 acqui

6、sition refrigerator temperature of cold, and through A \ D conversion through the digital tube that is available RS-485 serial bus to expand simultaneously measuring more the temperature of the refrigerator. Among them is the real-time detection and single chip microcomputer automatic control system

7、 center a core device. This article through the use of the monolithic integrated circuit to the refrigerator test system was improved, and realize the refrigerator intelligent detection, and convenient operation, stable performance. Keywords: refrigerators; Temperature detection; Single chip mi

8、crocomputer; DS18B20 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 發(fā)展概況 1 1.3 課題研究目的及意義 2 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 4 2.1 電冰箱簡(jiǎn)介 4 2.1.1 冰箱主要電器零部件 4 2.1.2 冰箱工作原理 6 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 7 2.2.1 傳感器部分 7 2.2.2 主控制部分 8 2.2.3 系統(tǒng)方案 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 3.1 硬件結(jié)構(gòu) 10 3.2 AT89C5

9、1單片機(jī)芯片介紹 10 3.2.1 單片機(jī)主要特性 10 3.2.2 管腳說(shuō)明 11 3.2.3 運(yùn)算器 12 3.2.4 中斷系統(tǒng) 13 3.2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 13 3.2.6 單片機(jī)應(yīng)用 14 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 14 3.3.1 TLC549的主要特點(diǎn) 14 3.3.2 TLC549芯片的工作原理 15 3.4 RS-485接口 16 3.4.1 RS-485簡(jiǎn)介 16 3.4.2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn) 16 3.4.3 RS-485節(jié)點(diǎn)數(shù) 16 3.4.4 RS-485通信方式 17 3.5 必備電路介紹 19 3.5.1 供電直流電源電路 19

10、 3.5.2 時(shí)鐘震蕩電路 19 3.5.3 復(fù)位電路 19 3.6 溫度檢測(cè)電路 19 3.6.1 溫度傳感器 20 3.6.2 運(yùn)算放大電路 22 3.7 其他電路與器件簡(jiǎn)介 22 3.7.1 鍵盤電路和顯示電路 22 3.7.2 存儲(chǔ)器 22 3.7.3 鍵盤/顯示器 22 3.7.4 執(zhí)行器 22 3.7.5 開關(guān)檢測(cè) 22 3.7.6 報(bào)警器 23 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 4.1 主程序 24 4.2 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示子程序 25 4.3 DS18B20程序 25 4.4 開啟延時(shí)程序 26 結(jié) 論 28 參 考 文 獻(xiàn) 29 致

11、謝 30 附 錄 31 主要C程序 31 （1）主函數(shù)如下 31 （2）DS18B20子程序 32 （3）延時(shí)程序 34 第一章 緒論 1.1 研究背景 冰箱的出現(xiàn)是人類近代生活的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折，要知道在人們發(fā)明冰箱之前，保存肉類的唯一方法是腌制，而在夏季喝到冰鎮(zhèn)飲料更是一種奢望，而冰箱幫助人類走出了這種困境。 近年來(lái)隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平有了很大提高，冰箱技術(shù)也從為家用儲(chǔ)藏食品服務(wù)為主要目的發(fā)展到前服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從實(shí)驗(yàn)室、辦公大樓、商場(chǎng)、交通到文化娛樂(lè)等場(chǎng)所，冰箱產(chǎn)品幾乎無(wú)處不在。同時(shí)在現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)中，特殊試驗(yàn)器具及材料的儲(chǔ)藏、

12、保溫等要求使冰箱在新軍事裝備的研究、開發(fā)、保存、運(yùn)輸過(guò)程中成為不可缺少的裝置。目前，伴隨著現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)生產(chǎn)冰箱產(chǎn)品的數(shù)量和種類迅速增加，冰箱的生產(chǎn)廠家也隨之增多，為控制產(chǎn)品質(zhì)量、檢測(cè)產(chǎn)品性能，保證冰箱工業(yè)的良性發(fā)展，就需要對(duì)冰箱的性能進(jìn)行科學(xué)的檢驗(yàn)和衡量。而冰箱產(chǎn)品的測(cè)試技術(shù)和試驗(yàn)裝置迅速發(fā)展也進(jìn)一步促進(jìn)了冰箱產(chǎn)品在性能、功能及產(chǎn)品水平方面的提高，并且為我國(guó)冰箱行業(yè)的整體發(fā)展起到巨人的推動(dòng)作用。隨著冰箱行業(yè)的蓬勃發(fā)展，冰箱性能測(cè)試技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高，和國(guó)際的差距也在逐步縮小。冰箱測(cè)試技術(shù)的發(fā)展已由最初的手工操作到了目前國(guó)外先進(jìn)的全自動(dòng)測(cè)試，全自動(dòng)測(cè)試是應(yīng)用微型機(jī)對(duì)各個(gè)部

13、件進(jìn)行自動(dòng)控制。電冰箱測(cè)試的自動(dòng)化，可以避免人為因素對(duì)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性和測(cè)試結(jié)果的影響，使其檢測(cè)準(zhǔn)確而迅速。但是在我國(guó)全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還不完善，全面引進(jìn)不但需要大量的資金投入，也不符合國(guó)家長(zhǎng)久利益，所以有必要進(jìn)行研究高效率、低成本、低能耗的冰箱自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，以大規(guī)模推廣和使用。 1.2 發(fā)展概況 上世紀(jì)60年代初期，為了滿足我國(guó)開發(fā)研制制冷壓縮機(jī)的需要，機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所自行設(shè)計(jì)、建造了第一套符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的制冷壓縮機(jī)性能試驗(yàn)裝置，該裝置為我國(guó)中型制冷壓縮機(jī)的研制提供了大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)也拉開了我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造冰箱性能試驗(yàn)裝置的序幕。隨著家電不斷地深入人們的生活，人們對(duì)家用電器的期望和要求

14、也越來(lái)越高，同此，冰箱生產(chǎn)企業(yè)為了在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立丁不敗之地，競(jìng)相提高產(chǎn)品質(zhì)量、研制開發(fā)新的產(chǎn)晶。其中對(duì)冰箱性能的監(jiān)控、質(zhì)量的檢測(cè)是他們的關(guān)鍵環(huán)：就這就為冰箱試驗(yàn)裝置的發(fā)展提供了良機(jī)。冰箱行業(yè)的發(fā)展對(duì)冰箱性能試驗(yàn)裝置測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，自動(dòng)化儀表、傳感器技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為冰箱性能試驗(yàn)裝置測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件。六七十年代，我國(guó)冰箱行業(yè)逐漸發(fā)展，自行設(shè)計(jì)建造冰箱性能試驗(yàn)裝置成為必要，但是當(dāng)時(shí)我國(guó)的冰箱技術(shù)水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，產(chǎn)品種類少，試驗(yàn)裝置幾乎全是人工讀數(shù)測(cè)量，手動(dòng)調(diào)節(jié)工況方式。此時(shí)，溫度測(cè)量采用玻璃棒溫度計(jì)，電流、電壓、頻率、功率、功率系數(shù)等電量測(cè)量采用指

15、針表，由人工讀取數(shù)據(jù)， 由人工調(diào)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)，測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)處于人工手工階段糾訓(xùn)。 到了20世紀(jì)80年代中期，隨著我國(guó)改革開發(fā)，市場(chǎng)對(duì)冰箱產(chǎn)品提出了日益增多的需求和越來(lái)越高的功能要求，各類冰箱產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相繼頒布出臺(tái)，相應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)裝置也被大多數(shù)企業(yè)所重視。為了進(jìn)一步完善冰箱品的檢驗(yàn)規(guī)范，提高產(chǎn)品性能質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)，一些企業(yè)投入資金建造了冰箱性能試驗(yàn)裝置。哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)和廣州電器科學(xué)研究所自動(dòng)化分所相繼研制出冰箱性能測(cè)試系統(tǒng)并推廣使用。這些試驗(yàn)裝置人都采用了當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)的單元組合式儀表。自動(dòng)化儀表初步被運(yùn)用于冰箱性能試驗(yàn)裝置測(cè)控系統(tǒng)中，這一階段的儀表主要以模擬儀表為主，控制規(guī)律靠硬

16、件完成，試驗(yàn)參數(shù)以傳感器輔助人工讀數(shù)為主，數(shù)據(jù)處理還是采用人計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，手寫試驗(yàn)報(bào)告，繪制分析曲線。為縮短與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，提高我國(guó)冰箱產(chǎn)品的試驗(yàn)檢測(cè)水平、效率和測(cè)試準(zhǔn)確度，有些單位開始從國(guó)外引進(jìn)較為先進(jìn)的產(chǎn)品試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)裝置。這些試驗(yàn)裝置的引進(jìn)，對(duì)后來(lái)國(guó)內(nèi)測(cè)試技術(shù)、測(cè)控系統(tǒng)的改進(jìn)的發(fā)展起劍了非常積極的推動(dòng)作用。80年代后期開始，冰箱行業(yè)的發(fā)展開始加快，我國(guó)在加大自主開發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí)，也開始與國(guó)外企業(yè)合作。我國(guó)的冰箱產(chǎn)品水平日益提高，品種增加，新標(biāo)準(zhǔn)山臺(tái)，由于新標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法人都等同采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，研究單位和企業(yè)相繼自行設(shè)計(jì)、建設(shè)了新的試驗(yàn)裝置，新裝置的技術(shù)水平和制造水

17、平及測(cè)量?jī)x表水平都達(dá)到了一個(gè)新高度。國(guó)內(nèi)不少企業(yè)從日本、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)冰箱性能試驗(yàn)裝置，新科技、新技術(shù)、新材料、改革開放推動(dòng)了我國(guó)冰箱性能測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展和水平的提高。到了90年代，許多企業(yè)涉足冰箱行業(yè)，使得在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。冰箱性能試驗(yàn)裝置的市場(chǎng)需求量開始增多，但試驗(yàn)裝置落后的測(cè)控系統(tǒng)越來(lái)越不能適應(yīng)需要，當(dāng)時(shí)國(guó)外的試驗(yàn)裝置大都采用了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理等先進(jìn)的技術(shù)和手段，引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)試驗(yàn)裝置卻耗資巨人。 1.3 課題研究目的及意義 現(xiàn)今時(shí)代在家用電器領(lǐng)域中，對(duì)家電產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀造型、耐用性等方面的要求越來(lái)越高。冰箱冷柜除了上述要求外，還對(duì)制冷性能提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求。制冷性能

18、主要包括儲(chǔ)藏溫度和耗電量?jī)煞矫?，他們由GB805911~4家用制冷器具的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和GB1202112《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級(jí)》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制。 國(guó)內(nèi)大型冰箱制造企業(yè)由于采用較先進(jìn)的生產(chǎn)線在線測(cè)試，冰箱在生產(chǎn)線上移動(dòng)過(guò)程中完成測(cè)試。中小型制造企業(yè)由于其生產(chǎn)規(guī)模和資金限制，無(wú)法使用這種在線測(cè)試系統(tǒng)，而采用人工目測(cè)溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 存在比較大的誤差，而且測(cè)試數(shù)據(jù)記錄凌亂，難以管理。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)小型的冰箱自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)冰箱的制冷和耗電性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控，該檢測(cè)系統(tǒng)完全可以代替人工檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，大大

19、提高了企業(yè)的自動(dòng)化程度，有助于企業(yè)的管理，其成本也是中小型制冷設(shè)備制造企業(yè)可以接受的。 本課題研究目的是通過(guò)了解冰箱的制冷原理，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)冰箱制冷性能測(cè)試自動(dòng)化，事實(shí)告訴我們這項(xiàng)研究非常必要，不僅可以減小人工檢測(cè)帶來(lái)的人為檢測(cè)誤差，而且還大大降低了檢測(cè)時(shí)間與成本。 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2.1 電冰箱簡(jiǎn)介 2.1.1 冰箱主要電器零部件 一 壓縮及電動(dòng)機(jī) 壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，它在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下壓縮和輸送制冷劑蒸汽，使制冷循環(huán)得以實(shí)現(xiàn)。在電冰箱中多采用活塞式和旋轉(zhuǎn)式

20、壓縮機(jī)，一般為封閉式結(jié)構(gòu)。壓縮機(jī)的機(jī)械部分比較簡(jiǎn)單，下面重點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行介紹。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)一般采用單相異步電動(dòng)機(jī)，輸出功率在1.5kw以上的全封閉式壓縮機(jī)組才使用三相異步電動(dòng)機(jī)。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的種類: (1) 單向電阻分相式異步電動(dòng)機(jī) 電子主繞組與副繞組在空間相差90電角嵌放，副繞組與啟動(dòng)繼電器相接。接通電源后，因副繞組線細(xì)、匝數(shù)又少，阻抗、感抗與主繞組不同，于是形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到75%左右的同步轉(zhuǎn)矩時(shí)，啟動(dòng)繼電器切斷副繞組，這時(shí)只有主繞組參與運(yùn)行。這種電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，啟動(dòng)電流較大，適用功率為40W~130W。 (2) 單相電容啟動(dòng)式異步電動(dòng)機(jī)

21、這種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能與電阻分相式基本相同，只是在副繞組中串聯(lián)一啟動(dòng)電容(45uF~100uF)。副繞組線細(xì)、匝數(shù)多，啟動(dòng)容易。啟動(dòng)完成后繼電器動(dòng)作，切斷副繞組，只有主繞組參與運(yùn)行。具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，啟動(dòng)電流較小的特點(diǎn)，適用功率40W~300W。 (3) 單相電容啟動(dòng)電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī) 這種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能與上述二種基本相同，不過(guò)電路中有兩只電容。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，兩電容并聯(lián)，增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)完成后，啟動(dòng)繼電器將啟動(dòng)電容切斷、運(yùn)轉(zhuǎn)電容仍接于電路中。具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，運(yùn)行電流較小的特點(diǎn)，多用于日產(chǎn)冰箱。 二 啟動(dòng)繼電器 在電冰箱這類小型制冷設(shè)備中，制冷壓縮機(jī)多采用單相分相式異步

22、電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)繼電器的作用是幫助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后自動(dòng)斷開副繞組，避免燒壞副繞組線圈。常用的啟動(dòng)繼電器有以下幾種。 (1) 重錘式啟動(dòng)繼電器 重錘式啟動(dòng)繼電器是目前電冰箱中廣泛采用的啟動(dòng)元件，主要有繼電器線圈、銜鐵、重錘、動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)等組成。 工作原理如下：可由電冰箱的電器原理圖進(jìn)行分析。在接通電源瞬間，電流經(jīng)溫控器、過(guò)載保護(hù)器，進(jìn)入壓縮機(jī)主繞組，通電繼電器線圈形成回路，因此時(shí)電流較大，電磁力克服重錘重力而使副線圈接通，于是滿足了電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成條件，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，因此時(shí)線路中電流趨向于正常值，這時(shí)電磁力不足以克服重錘重力，于是在重錘重力作用下，斷開觸點(diǎn)，這

23、時(shí)只有主繞組參與運(yùn)行。 (2) PTC啟動(dòng)器 PTC啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)與工作原理如下： PTC元件是具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，是一種鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷晶體。PTC在剛加上電壓時(shí)，溫度低、電阻小，呈現(xiàn)“低阻”狀態(tài)，此后PTC啟動(dòng)繼電器由于自身發(fā)熱而升溫，在1s以內(nèi)溫度升高到居里點(diǎn)以上，電阻值急劇增大，呈現(xiàn)“高阻”狀態(tài)，電流大幅度減小，幾乎成為斷路。 溫控器接通時(shí)，電流通過(guò)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)主繞組，同時(shí)經(jīng)過(guò)PTC啟動(dòng)器進(jìn)入電動(dòng)機(jī)副繞組，這時(shí)壓縮機(jī)啟動(dòng)，因PTC啟動(dòng)器自身發(fā)熱升溫，超過(guò)居里點(diǎn)，電阻值急劇增大，副繞組相當(dāng)于斷路只有主繞組參與運(yùn)行。壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)后PTC溫度下降，約3min~5min后，又可以重新

24、啟動(dòng)。 因PTC啟動(dòng)器無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪音、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、受電壓波動(dòng)影響小、與電動(dòng)機(jī)匹配條件較寬松，因而有代替重錘啟動(dòng)繼電器的趨勢(shì)。 PTC常溫電阻值可用萬(wàn)用表測(cè)量，也可直接讀取。如松下330M355型啟動(dòng)器，電阻值33Ω，耐壓355V；470N400型啟動(dòng)器，電阻值47Ω，耐壓400V。東芝、日立壓縮機(jī)配用PTC電阻一般取22Ω，松下、三菱壓縮機(jī)取30Ω，國(guó)產(chǎn)上菱壓縮機(jī)取100Ω。 選用PTC時(shí)，可根據(jù)壓縮機(jī)功率特性，主要從常溫電阻、最大沖擊電流等考慮選擇合適的PTC元件型號(hào) (3) 電容啟動(dòng)器 電容啟動(dòng)器是一種輔助啟動(dòng)裝置，主要用于冷藏箱等制冷設(shè)備中。其作用是在增加啟動(dòng)電流的前

25、提下，增加電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電源電壓低時(shí)，壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，這時(shí)電動(dòng)機(jī)電流增大，會(huì)導(dǎo)致過(guò)載保護(hù)器開路，甚至燒壞電動(dòng)機(jī)繞組。在這種情況下，采用電容輔助啟動(dòng)裝置，就可解決這一問(wèn)題。 電容器的好壞的判別方法：測(cè)量前，先將電容器兩引線短接，使其放電。然后用萬(wàn)用表兩表筆分別接電容器兩引線，正常情況下，萬(wàn)用表兩指針由電阻大的方向向電阻小的方向偏移，然后再回偏。否則說(shuō)明電容已損壞，應(yīng)按原容量、耐壓更換新件。 三 過(guò)載保護(hù)器 工作原理如下： 過(guò)載保護(hù)器一般有外接式和內(nèi)埋式兩大類。 (1) 外接式 外接過(guò)載保護(hù)器由雙金屬片，動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、電熱絲和外殼組成。一般串聯(lián)在主電路中使用。當(dāng)有較大

26、電流流過(guò)時(shí)，電熱絲發(fā)熱升溫，雙金屬片受熱彎曲，觸點(diǎn)斷開，切斷電源，以保護(hù)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)不被燒壞。當(dāng)電熱絲冷卻后，雙金屬片恢復(fù)原狀，又可接通電源。 (2) 內(nèi)埋式 內(nèi)埋式過(guò)熱保護(hù)繼電器一般用于功率較大的全封閉式壓縮機(jī)中，直接控制繞組溫度，使用中只要繞組溫度超出正常范圍，即可切斷電源。 四 化霜裝置 電冰箱的化霜方式主要有半自動(dòng)化霜、全自動(dòng)化霜、電子化霜和人工除霜。 (1) 半自動(dòng)化霜 半自動(dòng)化霜裝置是在普通壓力式溫控器基礎(chǔ)上，加裝化霜控制板、化霜彈簧、化霜按扭桿、化霜平衡彈簧和化霜溫度調(diào)節(jié)螺絲等組成。 (2) 全自動(dòng)化霜 全自動(dòng)化霜器是在半自動(dòng)化霜器的基礎(chǔ)上增加了裝在蒸發(fā)器

27、上的雙金屬化霜溫控器和化霜保護(hù)熔斷器。 在化霜期間，因化霜定時(shí)器內(nèi)部電阻遠(yuǎn)大于化霜加熱器內(nèi)阻，因而在加在化霜加熱器上的電壓很小(約10V)，產(chǎn)生的熱量較小。當(dāng)化霜定時(shí)器與壓縮機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)到調(diào)定的化霜間隔時(shí)間(一般為8h)，化霜定時(shí)器斷開與壓縮機(jī)的通路，這時(shí)220V電壓幾乎全部加到化霜加熱器上，進(jìn)行化霜。霜化完，蒸發(fā)器溫度上升到雙金屬溫控器跳開溫度時(shí)，觸頭動(dòng)作，加熱器停止加熱，約2min后，內(nèi)部觸頭跳回壓縮機(jī)回路，進(jìn)行下一周期制冷。如此循環(huán)，從而形成了對(duì)電冰箱化霜的全自動(dòng)周期性控制。 五 電加熱器 電冰箱中使用的電加熱器主要包括除霜加熱器和排水加熱器，一般為加熱管。 電加熱器的工作狀態(tài)由

28、溫控開關(guān)控制，常見故障有電熱絲燒斷、絲間短路或絕緣損壞，檢查時(shí)可用萬(wàn)用表測(cè)電阻以確定故障。若將選擇開關(guān)調(diào)至“熱”位置，仍不見有熱風(fēng)吹出，可能是電熱絲故障，電熱器出現(xiàn)故障時(shí)，一般應(yīng)更換新件。 2.1.2 冰箱工作原理 液體由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)，會(huì)吸收很多熱量，簡(jiǎn)稱為“液體汽化吸熱”，冰箱就是利用了液體汽化的過(guò)程中需要吸熱的原理來(lái)制冷的。 蒸氣壓縮式電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖如圖1.1所示，主要由壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等部件組成，其動(dòng)力均來(lái)自壓縮機(jī)，干燥過(guò)濾器用來(lái)過(guò)濾贓物和干燥水分，毛細(xì)管用來(lái)節(jié)流降壓，熱交換器為冷凝器和蒸發(fā)器。制冷壓縮機(jī)吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑，經(jīng)壓縮

29、后成為高溫高壓的過(guò)熱蒸氣，排入冷凝器中，向周圍的空氣散熱成為高壓過(guò)冷液體，高壓過(guò)冷液體經(jīng)干燥過(guò)濾器流入毛細(xì)管節(jié)流降壓，成為低溫低壓液體狀態(tài)，進(jìn)入蒸發(fā)器中汽化，吸收周圍被冷卻物品的熱量，使溫度降低到所需值，汽化后的氣體制冷劑又被壓縮機(jī)吸入，至此，完成一個(gè)循環(huán)。壓縮機(jī)冷循環(huán)周而復(fù)始的運(yùn)行，保證了制冷過(guò)程的連續(xù)性。 圖2-1 電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖 直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。冷凍室用于冷凍食品通常用于冷凍的溫度為－3C～－15C,冷藏室用于相對(duì)于冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，溫度一般為0

30、C～10C，當(dāng)測(cè)得冷冷凍室溫度高至－3C ~0C時(shí)或者是冷凍室溫度高至10C～13C是啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)冷凍室溫度低于－15C～－18C或都冷藏室溫度低于0C～－3C時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。采用單片機(jī)控制，可以使控制更為準(zhǔn)確、靈活。 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)

31、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。 2.2.1 傳感器部分 方案一： 采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào),必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器,不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量.即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程

32、度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。 方案二： 在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS1820和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接

33、與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單,體積也不大,且由于AT89C51可以帶多個(gè)DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量.輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。 2.2.2 主控制部分 方案一： 此方案采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)輸出信號(hào)不能直接與DS

34、18B20通信。需要通過(guò)RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡(jiǎn)便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，PC機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來(lái)很多麻煩！ 方案二： 此方案采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信.運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)

35、及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 2.2.3 系統(tǒng)方案 綜上所述,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。 系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-485串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。 使用基于DS18B20的數(shù)字溫度傳感器，根據(jù)具體產(chǎn)品的檢測(cè)工藝，我們使用如下的方案。 整體的檢測(cè)方案如下： 圖2-2 冰箱制冷系統(tǒng)檢測(cè)模型 本文

36、也具體考慮溫度采集模塊的設(shè)計(jì)，使用方案：使用單片機(jī)和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。其具有下列特點(diǎn)：①具有高的測(cè)量精度和分辨率，測(cè)量范圍大；②抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；③信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制；④便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量，讀數(shù)直觀；⑤安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。單總線溫度傳感器可以采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20系列，這類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，且多路溫度傳感器可以掛在1條總線上，共同占用單片機(jī)的1個(gè)I/O口即可實(shí)現(xiàn)。在提升單片機(jī)I/O口驅(qū)動(dòng)能力的前提下，理論上可以任意擴(kuò)充檢測(cè)的溫度點(diǎn)數(shù)。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)的硬件電

37、路由89C51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、直流電源供電電路、鍵盤顯示電路、LED顯示電路、電壓檢測(cè)和報(bào)警電路等組成。 圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2 AT89C51單片機(jī)芯片介紹 AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 3.2.1 單片機(jī)主要特性 （1）4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲(chǔ)器； （2）時(shí)鐘頻率為0～33MHz；

38、（3）128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）； （4）32個(gè)可編程輸入/輸出引腳； （5）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； （6）5個(gè)中斷源，2級(jí)優(yōu)先級(jí)； （7）全雙工串行通信接口； （8）監(jiān)視定時(shí)器； （9）2個(gè)數(shù)據(jù)指針。 3.2.2 管腳說(shuō)明 單片機(jī)引腳如下： 圖3-2 AT89C51 單片機(jī)引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為

39、原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或

40、16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 表3-1 P3口的特殊功能 口管腳 備選功能 P3.0 RXD 串

41、行輸入口 P3.1 TXD 串行輸出口 P3.2 /INT0 外部中斷0 P3.3 /INT1 外部中斷1 P3.4 T0 計(jì)時(shí)器0外部輸入 P3.5 T1 計(jì)時(shí)器1外部輸入 P3.6 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3.7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3：口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，

42、此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 3.2.3 運(yùn)算器 (1)算術(shù)／邏輯部件ALU：用以完成+、-、*、/ 的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，并通過(guò)運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器PSW的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、十進(jìn)制修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)。 (2)累加器A：在算術(shù)／邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲(chǔ)器和I/O接口打交道時(shí)，進(jìn)行

43、數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過(guò)A來(lái)完成。 (3)寄存器B：在 *、/ 運(yùn)算中要使用寄存器B 。乘法時(shí)，B用來(lái)存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時(shí)，B用來(lái)存放除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時(shí)，B可作通用寄存器使用。 (4)程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW：用來(lái)存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。 3.2.4 中斷系統(tǒng) 8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是：有5個(gè)固定的可屏蔽中斷源，3個(gè)在片內(nèi)，2個(gè)在片外，它們?cè)诔绦虼鎯?chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套；2個(gè)特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個(gè)中斷源的符號(hào)、名稱及

44、產(chǎn)生的條件如下: INT0：外部中斷0，由P3．2端口線引入，低電平或下跳沿引起。 INT1：外部中斷1，由P3．3端口線引入，低電平或下跳沿引起。 T0：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器0中斷，由T0計(jì)滿回零引起。 T1：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器l中斷，由T1計(jì)滿回零引起。 TI／RI：串行I／O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引起。 3.2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖所示。 圖3-3 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給

45、。 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。 單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。 AT89C51使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振

46、蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。 3.2.6 單片機(jī)應(yīng)用 (1)工業(yè)控制 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，無(wú)論是數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、生產(chǎn)線上的機(jī)器人系統(tǒng)，都是用單片機(jī)作為控制器。自動(dòng)化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，單片機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、石油、化工、紡織、食品等工業(yè)領(lǐng)域。 (2)智能化儀器儀表 在各種儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化，提高測(cè)試精度和準(zhǔn)確度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少體積及重量，提高其性能價(jià)格比。例如：智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。 (3)

47、智能家電 家電產(chǎn)品智能化程度的進(jìn)一步提高就需要有單片機(jī)的參與，例如“微電腦控制”的洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、音響設(shè)備等，這里的微電腦實(shí)際上就是“單片機(jī)”。 (4)信息與通信技術(shù) 圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、聲響處理器、數(shù)字濾波器等。 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)中需要測(cè)量和控制的參數(shù)往往都是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，如溫度，壓力，流量，速度等。這些物理量和控制參數(shù)往往都是連續(xù)變化的電壓和電流，因此，必須將其變換成數(shù)字量（即需經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換），才能被數(shù)字計(jì)算機(jī)所識(shí)別。這些數(shù)字量在計(jì)算機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理，可以得到一個(gè)數(shù)字形式的控制量，將這些控制量經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

48、，變成模擬電壓或電流信號(hào)，再送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。 3.3.1 TLC549的主要特點(diǎn) TLC549是采用IinCMOSTM技術(shù)并以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的8位串行A／D芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)I／O CLOCK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。TLC549具有4MHz的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為17μs，允許的最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s。總失調(diào)誤差最大為0．5LSB，典型功耗值為6 mW。TLC549采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，由于其VREF-接地時(shí)，(VREF+)-

49、(VREF-)≥1 V，故可用于較小信號(hào)的采樣，此外，該芯片還單電源3～6v的供電范圍。總之，TLC549具有控制口線少，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。 TLC549的極限參數(shù)如下： ◇電源電壓：6．5 V： ◇輸入電壓范圍：0.3V～VCC：+o.3V： ◇輸出電壓范圍：0.3V～VCC：+0．3 V； ◇峰值輸入電流（任一輸人端）：10 mA； ◇峰值輸人電流(所有輸入端)：30mA ◇工作溫度：TLC549C：0℃～70~C ◇TLC549I：-40℃～85℃ ◇TLC549M．-55"C～125℃ 3.3.2 TLC549芯片的工作原理 T

50、LC549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I／O CLOCK是獨(dú)立工作的，無(wú)需特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸DATA OUT端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I／O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLc549時(shí)，共用I／O CLOCK，以減少多路(片)A／D使用時(shí)的I／O控制端口。 一組通常的控制時(shí)序操作如下： (1)將Cs置低，內(nèi)部電路在測(cè)得CS下降沿后，在等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，再確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATAOUT端； (2)在前四個(gè)I／O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個(gè)位(D6，D5，D4

51、，D3)，片上采樣保持電路在第4個(gè)I／O CLOCK下降沿開始采樣模擬輔人： (3)接下來(lái)的3個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿可移出第6、7、8(D2，D1，D0)各轉(zhuǎn)換位； (4)最后，片上采樣保持電路在第8個(gè)I／OCLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2，D1，D0）各轉(zhuǎn)換位。然后使保持功能持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，接著開始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A／D轉(zhuǎn)換。在第8個(gè)I／O CLCOK后,CS必須為高或I／O CLOCK保持低電平這種狀態(tài)需要維持36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時(shí)，I／O CLOCK上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器，控制器將與器件的I／

52、O時(shí)序失去同步；而在CS為高時(shí)若出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。在36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟(1)～(4)，可重新啟動(dòng)一次新的A／D轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換將終止。但應(yīng)注意，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，則應(yīng)使第8個(gè)I／O CLOCK時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)。因?yàn)樾酒m在第4個(gè)I／O CLOCK時(shí)鐘的下降沿開始采樣，卻在第8個(gè)I／O CLOCK的下降沿才開始保存。 本系統(tǒng)以8位A／D轉(zhuǎn)換芯片TLC549為核心部件。它適臺(tái)完成單通道8位轉(zhuǎn)換，即比較適合在速度要求不高時(shí)，組成一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

53、TLC549芯片可以方便地與具有外圍串行接口(SPI)的單片機(jī)連接使用。按照TC549嚴(yán)格的時(shí)序，它在完成A/D轉(zhuǎn)換后，其串行輸出的A0～A7二進(jìn)制數(shù)據(jù)可由時(shí)序控制，并串行輸出到申入并出的移位寄存器。將該寄存器的8位數(shù)據(jù)與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，即可完成效據(jù)傳遞。由此設(shè)計(jì)如下圖： 圖3-4 A/D轉(zhuǎn)換電路 3.4 RS-485接口 3.4.1 RS-485簡(jiǎn)介 RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。可用于RS-485接口的芯片種類也越來(lái)越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題。RS-48

54、5接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。希望以下敘述對(duì)解決RS-485接口的某些常見問(wèn)題有所幫助。 3.4.2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn) 傳輸方式：差分 傳輸介質(zhì)：雙絞線 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)：32 最遠(yuǎn)通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V；-7V 差分輸入范圍：-7V～+12V 接收器輸入靈敏度：200mV 接收器輸入阻抗：≥12kΩ 3.4.3 RS-485節(jié)點(diǎn)數(shù) 所謂節(jié)點(diǎn)數(shù)，即每個(gè)RS-485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

55、RS-485負(fù)載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載（≥24kΩ）、1/4負(fù)載（≥48kΩ）甚至1/8負(fù)載（≥96kΩ），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節(jié)點(diǎn)數(shù)。 表3-2 常見芯片節(jié)點(diǎn)表 節(jié)點(diǎn)數(shù) 型號(hào) 32 SN75176，SNT5276，SN75179，SN75180，MAX485，MAX488，MAX490 64 SN75LBC184 128 MAX487，MAX1487 256 MAX1482，MAX1483，MAX308

56、0~MAX3089 3.4.4 RS-485通信方式 RS485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。 圖3-5 半雙工通信電路 圖3-6 全雙工通信電路 在電參數(shù)儀的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集由單片機(jī)AT89C51負(fù)責(zé)，上位PC機(jī)主要負(fù)責(zé)通信（包括與單片機(jī)之間的串行通信和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信），以及數(shù)據(jù)處理等工作。在工作中，單片機(jī)需要定時(shí)向上位PC機(jī)傳送

57、大批量的采樣數(shù)據(jù)。通常，主控PC機(jī)和由單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)，近則幾十米，遠(yuǎn)則上百米，并且數(shù)據(jù)傳輸通道環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常有大容量的電器（如電動(dòng)機(jī)，電焊機(jī)等）啟動(dòng)或切斷。為了保證下位機(jī)的數(shù)據(jù)能高速及時(shí)、安全地傳送至上位PC機(jī)，單片機(jī)和PC機(jī)之間采用RS485協(xié)議的串行通信方式較為合理。 實(shí)際應(yīng)用中，由于大多數(shù)普通PC機(jī)只有常用的RS232串行通信口，而不具備RS485通信接口。因此，為了實(shí)現(xiàn)RS485協(xié)議的串行通信，必須在PC機(jī)側(cè)配置RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，或者購(gòu)買適合PC機(jī)的RS485卡。這些附加設(shè)備的價(jià)格一般較貴，尤其是一些RS485卡具有自己獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)程序，上位PC機(jī)

58、的通信一般不能直接采用WINDOW95/98環(huán)境下有關(guān)串口的WIN32通信API函數(shù)，程序員還必須熟悉RS485卡的應(yīng)用函數(shù)。為了避開采用RS485通信協(xié)議的上述問(wèn)題，我們決定自制RS485/RS232轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)之間的通信。 單片機(jī)的通信信號(hào)首先通過(guò)光隔，然后經(jīng)過(guò)RS485接口芯片，將電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流環(huán)信號(hào)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，再通過(guò)另一個(gè)RS485接口芯片，將電流環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)。該電平信號(hào)再經(jīng)過(guò)光電隔離，最后由RS232接口芯片，將該電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成與PC機(jī)RS232端口相兼容的RS232電平。由于整個(gè)傳輸通道的兩端均有光電隔離，故無(wú)論是PC機(jī)還是單片機(jī)都不會(huì)因數(shù)據(jù)傳輸

59、線上可能遭受到的高壓靜電等的干擾而出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象。 單片機(jī)側(cè)RS485接口電路如圖所示。 圖3-7 RS485接口電路 3.5 必備電路介紹 3.5.1 供電直流電源電路 圖3-8直流電源圖 89C51芯片的VCC、P3.4拐腳和復(fù)位電壓、A/D轉(zhuǎn)換器的VREF(+)都是為+5V供電電壓的輸入端，該電壓的獲得如上圖5-2所示。 整流濾波后得到的直流輸入電壓U1接在輸入端和公共端之間，在輸出端即可得到穩(wěn)定的輸出電壓U0。為了改善紋波電壓，常在輸入端接入電容C1，一般C1的電容為0.33uF。同時(shí)在輸出端接上電容C0，以改善負(fù)載的瞬時(shí)響應(yīng)，C0的電容一般為0.1uF。 3

60、.5.2 時(shí)鐘震蕩電路 該電路由89C51的XTAL1和XTAL2腳內(nèi)電路及外接的晶體和外接電容等組成。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩信號(hào)提供給微電腦電路作為時(shí)基信號(hào)。震蕩電路的震蕩頻率為6MHZ，由晶體震蕩頻率確定。 3.5.3 復(fù)位電路 89C51的RST腳為復(fù)位信號(hào)輸入端，低電平復(fù)位，在每次開機(jī)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，然后在+5V的高電平進(jìn)入工作狀態(tài)。10uS電容用于使芯片在反復(fù)上電的情況下得到可靠復(fù)位。 3.6 溫度檢測(cè)電路 溫度檢測(cè)電路主要由溫度傳感器和運(yùn)算放大器等組成如圖5-3所示： 圖3-9 溫度檢測(cè)電路 3.6.1 溫度傳感器 溫度傳感器是本系統(tǒng)不可或缺的元件，其性能的好壞直接

61、影響系統(tǒng)的性能，其主要用來(lái)接收冷藏室和冷凍室溫度信息及霜厚信息。冷藏室、冷凍室傳感器的電阻值隨電冰箱內(nèi)的溫度變化而變化，溫度越低，其阻值越大。通過(guò)溫度的變化，轉(zhuǎn)化成阻值的變化，引起電壓變化導(dǎo)致控制電路工作，分別控制壓縮機(jī)的開、停。 因此溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的高性能數(shù)字溫度傳感器DS18B20。 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源

62、方式產(chǎn)生;多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖3-10所示： 圖 3- 10 DS18B20的管腳排列圖 DQ： 為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端; GND：為電源地; VDD：為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地,見圖3-2）。 ROM中的64位序

63、列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同,這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 圖 3- 11 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 用12 位存貯溫度值，最高位為符號(hào)位。以下圖表為DS18B20的溫度存儲(chǔ)方式，負(fù)溫度S = 1，正溫度S = 0，如:0550H為+ 85℃，0191H為25.0625 ℃，F(xiàn)C90H為- 55℃。 23 22 21 20 21 22 23

64、 24 溫度值低字節(jié) LSB S S S S S 26 25 24 溫度值高字節(jié) MSB 高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫入。其中配置寄存器的格式如下： 0 R1 R0 1 1 1 1 1 R1、R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0=00，9位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms，R1R0=01，10位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5ms，R1R0=10，11位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms，R1R0=11，12位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。

65、 高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。開始兩個(gè)字節(jié)包含被測(cè)溫度的數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時(shí)拷貝，每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新；第6、7、8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)保證通信正確。 DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。 3.6.2 運(yùn)算放大電路 由比較器和運(yùn)算放大器組成。用于將微弱的電壓進(jìn)行放大。為了和ADC0809模擬輸入電壓0~5V相匹配，分壓電阻上所得的信號(hào)需要經(jīng)兩級(jí)LM324運(yùn)算放大，前極接成射級(jí)跟隨器，主要是為了得到高輸入阻抗，后級(jí)才是為了完成差分放大。

66、 3.7其他電路與器件簡(jiǎn)介 3.7.1 鍵盤電路和顯示電路 鍵盤電路和LED 顯示電路由串行口擴(kuò)展5 片74LS164 實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用了2個(gè)功能鍵控制冷凍室、冷藏室，4個(gè)LED 數(shù)碼管用于顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機(jī)啟、停和故障等狀態(tài)。鍵盤工作原理也很簡(jiǎn)單，89C51 通過(guò)RXD 端向鍵盤掃描移位寄存器74LSI64 逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0”，每次發(fā)送后即從T0 端讀入鍵盤信號(hào)，若讀得“0”表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。 3.7.2 存儲(chǔ)器 由8D鎖存器74LS373用于單片機(jī)P0口的地址低8位和數(shù)據(jù)分割。 3.7.3 鍵盤/顯示器 本系統(tǒng)采用串行口擴(kuò)展鍵盤和顯示器。單片機(jī)RXD和TXD分別提供串行輸出數(shù)據(jù)和移位脈沖。89C51送出的8位串行數(shù)據(jù)經(jīng)74LS164變成并行數(shù)據(jù)，并作為鍵盤的列掃描信號(hào)。顯示部分采用LED數(shù)碼管顯示。他們可設(shè)置或顯示有關(guān)溫度、時(shí)間和狀態(tài)。 3.7.4 執(zhí)行器 本系統(tǒng)包括壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)、除霜電熱絲。89C51產(chǎn)生的控制信號(hào)經(jīng)P1.7、P1.3、P1.4腳輸出，并在74LS273中鎖存。輸出在經(jīng)達(dá)林頓型驅(qū)動(dòng)