基于51单片机的新型冰箱温度控制器系统

　　0引言

　　随着生活的改善，消费水平的提高。越来越多的普通居民开始使用冰箱。每年冰箱的市场额都在千万以上。随着中国电子行业的高速发展。一个个新型的企业开始计入抢夺市场的竞争中。使得供应生产商，在保证质量和顾客需要的前提下，纷纷消减陈本，制定不同的战略。目前各大冰箱控制器的生产厂家存在着更加残酷的竞争，只有把握住优质的技术，结合低廉的陈本才能为企业，迎来生存的机会。基于这种情形，我们认为现如今，在家电的低端市场，廉价实用性强的控制器为各大产品提供了巨大优势，这种优势是在竞争中无法忽略的。我们的产品追求廉价实用，节能环保，突出用户地位更加人性化，应用宽泛。

　　1 系统总体介绍

　　这是一个基于51单片机的电冰箱控制系统，通过51单片机控制其余的温控设备以及其余的扩展设备，从而达到系统预期的目的。电路简单实用，而且经济廉价，适用于很多场合。51单片机的控制也很方便简单，而且能做到控制系统的作用。

　　产品特色有：

　　人机交互式控制，必要时可根据顾客的个人意愿设置停开时间比，满足不同的需要;

　　成本低，手动调节部分可以控制在10元以下，主控部分在25元以下，甚至可以更低一些;

　　可人为控制停机，防止因为制冷剂等原因造成不停进而损坏压缩机;

　　防止因为断电等高压启动损坏压缩机。

　　2 系统硬件组成

　　本系统由单片机最小系统、时间控制器、液晶模块、温度采集模块以及给单片机供电的电源模块等模块组成，下面分别做详细的介绍。

　　2.1 单片机供电电路

　　单片机工作的电压是5V的直流电，所以我们要为单片机供应持续不变的直流电信号，这样才能保证单片机工作的稳定，以及单片机在处理数据上的持续性。单片机在工作时由时钟频率决定其输出波形。从市用的普通交流电出发，我们可以设计出给单片机供电的电源电路。

　　首先把交流电接入小型变压器，把220V的交流电变成15V的交流电，然后经过整流桥整流，滤波电路滤波，可以得到接近12V的直流电压，再经过7805的集成稳压片，就可以得到5V的直流电了。当然有时候要采用小型蓄电池作为最初的电源，我们把7805的电路另作一个模块放在一边备用。 电路图如图一：

　　图一：稳压电路

　　2.2 时间控制器电路

　　这是一种小型的低成本时间控制器，可人为设定不同的开停比，控制冰箱开或停,模拟温控过程。电路成本低(小于10元)，可靠性较高，适合于广大用户使用。该模块的电路图如图二所示：

　　图二：时间控制器电路

　　此电路核心为一片555时基电路，在此构成可调占空比的无稳态多谐振荡器。由555的工作原理可知，其③脚输出电压由②、⑥脚的输入电压决定。R3、D6、RP2、R5、C3构成充电支路，当C3上的电压小于2/3Vcc(Vcc为555的工作电源电压)时，③脚输出高电平，K1释放，LED1熄灭，一旦C3上的充电电压升高至2/3Vcc时，则555内部RS触发器翻转，③脚输出低电平，K1吸合，LED1点亮，同时⑦脚内部的放电管对地导通，C3通过R4、RP1、D5支路对⑦脚放电，直到C3上的电压降至1/3Vcc时，⑦脚停止放电③脚又恢复输出高电平;此后C3又通过充电支路进行充电……周而复始。

　　充电时间T1=0.693(R3+R5+RP2)C3

　　放电时间T2=0.693(R4+RP1)C3

　　设计中R3取16kΩ，R4取100 kΩ，R5取270 kΩ，RP1、RP2均取4.7 MΩ的电位器，C3为1000μF的低漏电铝电解电容器，则T1、T2的定时最长可达约54分钟。由于C3漏电流的存在,实际定时可达80分钟。

　　电路中，RP1、RP2分别为开机调节及定时调节电位器，LED1、LED2分别定时、电源指示。R1、C1、D1~D4及C2、ZD、R2等组成简单的电容降压稳压电路，提供555时基电路及继电器K1的工作电源。开机后，电路自动进入延时启动状态，如需快速启动，可按一下轻触开关S1，则可实现快启功能。

　　对于实际的电路图，C1需选用耐压大于400V的聚丙烯电容器。K1可选触点电流大于5A的高灵敏度继电器。C3应选用漏电尽可能低的电解电容器，这样生产时的一致性较好，不然时间误差会很大。

　　制作完成后，一般情况无须调试。将电冰箱插入CZ上，RP1、RP2调于最小位置(均为5分钟定时)，通电后LED2亮。约5分钟后，LED1熄灭、K1释放。如果实现开机时快启，只需按一下S1即可。调节RP1、RP2,即可完成不同的时间通断比，使接于CZ上的电冰箱受其控制而实现节能。

　　2.3 温度采集电路

　　我们用到的温度采集芯片是常用的DS18B20，我们用的是形如三极管封装的三脚外形，这种封装的芯片才电路连接上很是方便，三脚分别是电源端、接地端和信号端，只要分别接入电路节能正常工作。但是在用该芯片对温度采集时还得用到AD转换的芯片。我们用的是ADS1286P。在进行温度采集时我们对三个不同地点的温度分别进行采集，用AD转换芯片转换后送给单片机进行数据的分析和处理。从而再进行对其他模块进行控制。这种电路在连接和处理上都是很简单的，编程上也很便捷，适合很多场合的使用。

　　ADS1286P的原理图如图三：

　　图三：ADS1286P的原理图

　　ADS1286P和DS18B20的连接也很方便。作为一种AD转换的芯片，前者在使用上和其它一些AD处理芯片的应用也差不多。由于在温度采集时会涉及三个点的采集，所以两者的连接图没有画在一起。DS18B20的电路图如图四所示：

　　图四：温度采集电路

　　2.4 语音控制模块

　　我们用到的语音芯片是ISD1700系列的ISD1760。这种芯片的特点有：可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年;可以用两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式;可处理多达255段信息;有丰富多样的工作状态提示;多种采样频率对应多种录放时间;音质好，电压范围宽，应用灵活等。工作电压在2.4V-5.5V，最高不能超过6V，静态电流0.5-1uA，工作电流20mA。在用该芯片时可以利用独立键盘工作模式，可以用按键进行录放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。芯片采用的是28脚直插式封装，管脚图如图五：

　　图五：ISD1700系列引脚图

　　在放音方面，也由两种模式，分别是边沿触发和电平触发模式，都由/PLAY管脚触发。芯片的擦除还可以采用单个擦出和全体擦除，在该芯片的使用上很是便捷，而且这种芯片设有控制音量大小的管脚和复位管脚以及快进管脚，都能够用按键来进行控制。在满足要求的前提下，这种芯片的性价比也相对很高，能够适应很多场合的使用。

　　该芯片的典型应用电路如图六所示：

　　图六：ISD1760应用电路

　　2.5 单片机最小系统以及液晶显示模块

　　这是整个系统的核心部分，是系统工作的必要条件，也是个模块连接到一起的链接枢纽。

　　在单片机最小系统中，我们需要给单片机工作提供必要的条件：由外部晶振给与单片机工作的时钟频率，还应有复位电路和供电电路。单片机采用宏晶公司的STC89C51单片机，这种单片机不仅便宜，而且在使用上也很方便。它不仅在编程上便捷，在造价上也很经济实惠，而且对于像这种简单的控制也能起到很好的控制作用。整个系统都由单片机来进行控制，采集到的温度信号传给单片机进行处理，完了再对其余模块进行控制，以达到对整个系统的控制。图七就是单片机最小系统和液晶显示模块的电路图：

　　图七：单片机最小系统+液晶电路

　　3 系统软件设计

　　系统的软件设计是针对硬件的各个方面，硬件的集成就是软件程序的集成。其中包括了温度的采集，A/D转换，液晶显示，语音报警以及自动手动的调节部分等等各个部分。

　　各部分程序的集合就构成了整个系统的完整程序，用51单片机来控制整个系统的实现。系统中还用到了继电器，这是一个用低电压控制高电压的元器件，能够对一些高于5V的模块进行驱动。

　　整个程序的设计围绕着各个模块的连接，更关键的是和主控芯片51单片机的连接。

　　下图是整个系统的硬件组成图，以及各个模块的连接图，从图中我们就可以看出系统软件设计的思路。如图八

　　图八：系统硬件组成图

　　4 总结

　　在这几个月的项目制作中，我们学到了很多的东西，也完成了这个项目。从这个项目中，我们学到了很多东西，在硬件制作和软件编程上都得到了很大的提高。整个项目的制作过程就是一个发现问题—解决问题的过程，也可以说是发现困难—解决困难的过程。在整个过程中我们遇到了很多的困难，包含在整个系统的各个方面。当我们发现困难的时候，我们会在网上找相关的资料，然后一起讨论，把困难给解决。当然很多时候，这不是一个很容易的事儿，很多东西不是那么容易就给解决的，这时候我们会从不同的方案中选择、实验，淘汰掉那些不能达到目的的方案，最后得到我们需要的方案。当然，很多时候我们还会请教实验室的学长们，他们帮助我们解决了不少问题，这样我们才能完成整个系统。