基于單片機(jī)的多功能冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　安徽理工大學(xué)</b></p><p>　　碩 士 學(xué) 位 論 文</p><p><b>　?。ㄕ撐恼?lt;/b></p><p>　　基于安保的多功能冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　作者姓名： </p><p

2、>　　專業(yè)名稱： 機(jī)械工程 </p><p>　　研究方向： 測(cè)控技術(shù) </p><p>　　導(dǎo)師姓名： 教授 </p><p>　　導(dǎo)師單位： 安徽理工大學(xué) </p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1

3、.1 課題的研究意義</p><p>　　電冰箱作為當(dāng)代家庭生活中或不可缺的家用電器之一，在人們?nèi)粘ＹA存食物或維持物品的低溫狀態(tài)起到了重要的作用，當(dāng)前我國(guó)在城市、尤其是農(nóng)村市場(chǎng)中出售的電冰箱有很大一部分采用機(jī)械式溫控，其溫度控制較差，單一的功能無(wú)法適應(yīng)冰箱的快速發(fā)展。隨著人們對(duì)物質(zhì)水平要求的增加和伴隨著科技的發(fā)展，各種各樣多功能冰箱的制造得以實(shí)現(xiàn)。電子產(chǎn)品中常用的單片機(jī)以其強(qiáng)大的控制功能，成本低等優(yōu)點(diǎn)，在多功能冰

4、箱的發(fā)展中得到了普遍的利用。為了使國(guó)內(nèi)的電冰箱發(fā)展跟得上其他發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步，國(guó)內(nèi)很多大型白色家電生產(chǎn)企業(yè)中的研發(fā)人員對(duì)現(xiàn)有的電冰箱進(jìn)行技術(shù)上的改進(jìn)，并逐步讓傳統(tǒng)觀念的人們接受節(jié)能環(huán)保、高端智能、除菌保鮮的現(xiàn)代化智能冰箱，讓使用人員真正的感受到科技給社會(huì)帶來(lái)的巨大便利和安全快捷。最新的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品將一整套的設(shè)備（如制冰機(jī)）移植到冰箱上，更加簡(jiǎn)化了制冰的過(guò)程以及使用的方便性。</p><p>　　本課題研究開(kāi)發(fā)的具有安

5、保的多功能冰箱，主要應(yīng)用于使用天然氣和儲(chǔ)藏保質(zhì)期較短食品的家庭，同樣，也可用于一般家庭使用。雖然冰箱具有儲(chǔ)藏食物較長(zhǎng)時(shí)間的能力，但有些食物如牛奶、酸奶等具有較短保質(zhì)期的食品，在沒(méi)有提醒過(guò)期的情況下，人們極易忘記冰箱里面食品的食用期限，從而造成食品的浪費(fèi)，更有可能誤食用導(dǎo)致人身體狀況變差，甚至造成食品中毒等嚴(yán)重后果。</p><p><b>　　1.4 課題來(lái)源</b></p>

6、<p>　　本課題來(lái)源于學(xué)生工作單位——安徽尊貴電器集團(tuán)有限公司正在研究開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目“具有安保功能的BCD-358冰箱設(shè)計(jì)”該項(xiàng)目的工作是研究開(kāi)發(fā)一款多功能安保冰箱，包括整體冰箱的設(shè)計(jì)，CO檢測(cè)系統(tǒng)、食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)四個(gè)硬件結(jié)構(gòu)和配套使用的軟件程序。</p><p>　　本課題根據(jù)項(xiàng)目的檢測(cè)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)要求來(lái)設(shè)計(jì)和研究。</p><p>　　1.5 主要研究?jī)?nèi)容<

7、/p><p><b>　　主要研究?jī)?nèi)容如下：</b></p><p>　　（1）對(duì)現(xiàn)有安保功能的特性和冰箱總體結(jié)構(gòu)有了詳細(xì)的研究后，建立了針對(duì)安保冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究方案。</p><p>　?。?）由冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的針對(duì)性研究方案和冰箱結(jié)構(gòu)合理安裝需求，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算選型并設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的硬件電路。包括CO傳感器與單片機(jī)的連接，聲光報(bào)警設(shè)

8、備的連接，液晶顯示屏的連接，攝像頭與單片機(jī)的連接，最后對(duì)安保系統(tǒng)的干擾來(lái)源采取對(duì)應(yīng)的抗干擾方法。</p><p>　?。?）經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件選型，并和安保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行合并，編寫(xiě)了安保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的程序內(nèi)容。采用基礎(chǔ)編輯語(yǔ)言C語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)本程序，建立了程序設(shè)計(jì)的整體運(yùn)行方式，包括CO檢測(cè)報(bào)警，食品保質(zhì)期檢測(cè)，液晶屏顯示、短信報(bào)警功能和一些輔助功能，對(duì)每種功能都進(jìn)行了流程設(shè)計(jì)。</p><p>　

9、?。?）經(jīng)過(guò)前面的工作，整個(gè)安保系統(tǒng)的硬件和軟件框架已經(jīng)建立，接著開(kāi)始調(diào)試該安保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的供電電路、信號(hào)傳輸電路和對(duì)應(yīng)的軟件程序。為了達(dá)到生產(chǎn)需要，在企業(yè)車(chē)間和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬用戶調(diào)試并對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)的解決。</p><p>　　2 冰箱控制系統(tǒng)的要求和組成</p><p>　　2.1 電冰箱的組成、要求和分類(lèi)</p><p>　　2.1.1 電冰箱的組成

10、</p><p>　　電冰箱主要包括冰箱箱體部分，門(mén)體部分、壓縮機(jī)部分、蒸發(fā)管路部分，冷凝管路部分，制冷劑冷媒、控制系統(tǒng)及其他工藝設(shè)備組成。如圖1所示。</p><p>　　圖1 電冰箱的組成示意圖</p><p>　　Fig1 Schematic diagram of refrigerator</p><p>　　箱體本身是電冰箱保溫及儲(chǔ)存

11、食物的重要部分，由冷藏箱膽、冷凍箱膽、側(cè)板、后背板和發(fā)泡劑等組成，也是冰箱儲(chǔ)存食物的的區(qū)域，主要完成對(duì)放進(jìn)去的食物進(jìn)行降溫，冷凍處理，起到保鮮，長(zhǎng)時(shí)間保存的作用。</p><p>　　2.1.2 電冰箱的基本要求</p><p>　　電冰箱作為最常用的家用電器，最重要的當(dāng)然是使用的安全性和穩(wěn)定性，其基本要求如下：</p><p>　?。?）電冰箱的保溫性能良好<

12、;/p><p>　　電冰箱工作時(shí)，冷藏室和冷凍室的溫度一般都是低于常溫的，特別是夏季，溫差相差更大，這就需要冰箱具有良好的保溫性能，例如，冰箱的發(fā)泡層都是比較厚的，采用型號(hào)為HFC-245fa的高性能環(huán)保發(fā)泡劑，具有更好的保溫效果，加上門(mén)封條的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得儲(chǔ)存的食物更佳安全，可靠。</p><p>　　（2）電冰箱的噪音要小</p><p>　　冰箱在正常使用過(guò)程中，

13、都是放在日常居住的地方，為了使電冰箱在工作過(guò)程中能夠不對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钇鹁釉斐捎绊?，所以在?guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)中，都有明確規(guī)定，其噪聲不應(yīng)該超過(guò)45dB，因此，電冰箱對(duì)噪聲方面的要求越來(lái)越高。</p><p>　?。?）電冰箱的密封性能要好</p><p>　　電冰箱儲(chǔ)存食物，冷藏室一般都是儲(chǔ)存新鮮的水果和蔬菜的，為了保證水果和蔬菜的新鮮程度，需要的濕度相對(duì)外界會(huì)高很多，這就需要電冰箱的密封性能要

14、好，良好的密封性能對(duì)保溫也有很大的作用。</p><p><b>　?。?）安全可靠</b></p><p>　　必需使壓縮機(jī)的連線處于絕對(duì)安全位置，由于壓縮機(jī)是由220V供電且壓縮機(jī)工作室溫度比較高，所以壓縮機(jī)及其聯(lián)接線路必需放在可靠的位置，由于冷藏室濕度大，所以冷藏室照明燈應(yīng)封閉或各接口之間距離增大。</p><p>　　2.2 冰箱控制系

15、統(tǒng)要求和組成</p><p>　　2.2.1 多功能冰箱的分類(lèi)</p><p>　　目前，家庭常用的電冰箱只有兩個(gè)溫室即冷藏室和冷凍室，但是這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)上的需求，隨著單片機(jī)的發(fā)展和變頻壓縮機(jī)的出現(xiàn)，電腦冰箱和變頻冰箱也相繼出現(xiàn)，在原有的基本功能上增加各種生活便攜式服務(wù)，如現(xiàn)在深受客戶喜愛(ài)的制冰機(jī)。多功能冰箱主要有：節(jié)能冰箱、電腦冰箱、無(wú)氟冰箱、變頻冰箱組成，其功能主要體現(xiàn)在電腦和

16、變頻冰箱上。</p><p>　　2.2.2 冰箱的控制方案</p><p>　　對(duì)于普通冰箱來(lái)說(shuō)，冰箱冷藏室和冷凍室溫度的控制是比較重要的，普通電冰箱使用的是在冷藏室安裝溫控器，通過(guò)感知冷藏室的溫度，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的開(kāi)機(jī)與停機(jī)，冷凍室的溫度，通過(guò)不斷地匹配試驗(yàn)，改變冷凍室蒸發(fā)管路，使冷凍室的溫度可與冷藏室的溫度相匹配。但是，這樣的冷藏冷凍箱控制的溫度不是很精確，只能大概在某一范圍之類(lèi)，時(shí)間

17、稍微長(zhǎng)點(diǎn)，就會(huì)造成冰箱的制冷效果變差。電腦冰箱的出現(xiàn)，使得這一問(wèn)題得到解決，第三代溫度控制冰箱采用電腦智能，以準(zhǔn)確的控制溫度為代表。通常在冰箱的門(mén)上加入可視化的液晶或其他種類(lèi)的顯示屏，以正確的顯示溫度，并對(duì)箱體內(nèi)溫度進(jìn)行不同的設(shè)定。即使經(jīng)常性的開(kāi)啟冰箱門(mén)，也能通過(guò)控制板控制壓縮機(jī)，改變壓縮機(jī)中電機(jī)的運(yùn)行頻率，使溫度恒定在設(shè)置的數(shù)值，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。</p><p>　　多功能冰箱是建立在電腦冰箱之上的，通過(guò)電

18、腦冰箱的控制系統(tǒng)，輸出不同端口，從而使得冰箱具有不同的功能，如目前市場(chǎng)上常用的溫度顯示功能，溫度調(diào)節(jié)功能，使得冰箱更加人性化和智能化。為了使電腦冰箱成為可能，就需要有對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)，從最初的使用8位單片機(jī)控制冰箱的溫度開(kāi)始，發(fā)展到之后的使用嵌入式系統(tǒng)，再到現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)冰箱，冰箱越來(lái)越智能化。</p><p>　　2.2.3 冰箱控制系統(tǒng)的主要組成</p><p>　　冰箱控制系統(tǒng)由參數(shù)控制

19、、同步控制與反饋控制、抗干擾構(gòu)成。其中對(duì)冰箱溫度控制影響最大的為參數(shù)控制。</p><p>　?。?）參數(shù)控制中對(duì)溫度采集點(diǎn)的設(shè)定是最為關(guān)鍵，冰箱溫室溫度的控制主要取決于采集點(diǎn)采集的溫度，采集點(diǎn)安裝在箱膽不同的地方，采集的溫度也會(huì)不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，冷藏室和冷凍室的上面溫度比下面溫度要高，通常在3℃左右。目前冷藏室和冷凍室溫度傳感器都是采用型號(hào)為HCS39A202G7型感溫頭，該傳感器感溫電阻由于包裹在ABS塑料

20、殼里面，導(dǎo)致采集溫度的延遲，所以，要使得冰箱的溫度控制精確，需準(zhǔn)確的放置溫度傳感器的位置和在單片機(jī)程序中設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)修正值，即參數(shù)修正溫度控制法。電冰箱控制系統(tǒng)就是通過(guò)就是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量和控制來(lái)間接的控制溫室內(nèi)溫度。在目前有兩種方法來(lái)控制該部分參數(shù)，分別為恒定參數(shù)法和直接采樣控制法。本課題運(yùn)用的是恒定參數(shù)法，運(yùn)用閉環(huán)或半閉環(huán)智能控制參數(shù)，使參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從而保證溫度穩(wěn)定。</p><p>　　（2

21、）溫度控制過(guò)程中通過(guò)編寫(xiě)的程序、設(shè)定的參數(shù)，使壓縮機(jī)穩(wěn)定工作，智能調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的開(kāi)機(jī)和停機(jī)。本課題通過(guò)溫度采集和壓縮機(jī)控制同步完成控制與反饋控制，按照環(huán)溫的不同，智能調(diào)節(jié)參數(shù)修正值，保證兩溫室溫度的穩(wěn)定。</p><p>　?。?）溫度智能控制冰箱相對(duì)于普通機(jī)械式溫控冰箱，其電路較復(fù)雜，由于冰箱生產(chǎn)過(guò)程中，環(huán)境比較惡劣，影響因素多，為此，控制系統(tǒng)需有與其它冰箱相似的保護(hù)系統(tǒng)外，還需要在主控板上增加固定措施，安裝蓋板

22、并且蓋板周邊應(yīng)安裝有具有防水的絕緣保護(hù)墊。</p><p>　　3 冰箱安保系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 安保系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　安保系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括各硬件的選型、設(shè)備連接和總體的電路設(shè)計(jì)。安保系統(tǒng)組成圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖</p><p>　　Fig2 Th

23、e system operation flow chart</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　經(jīng)過(guò)前期對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和分析，考慮到成本因素，采用以52單片機(jī)為核心開(kāi)發(fā)了本課題的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其電路連接原理圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 電路連接原理圖

24、</p><p>　　Fig3 Schematic circuit link</p><p>　　3.2.2 STC89C52單片機(jī)</p><p>　　該芯片是8位微處理器，具有能耗小，抗干擾強(qiáng)。優(yōu)異的性能等特點(diǎn)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，單芯片擁有8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，為很多的嵌入式系統(tǒng)提供了可靠地方案。</p><

25、p>　　3.3 CO檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題選用一氧化碳半導(dǎo)體傳感器MQ-7作為試驗(yàn)中衡量一氧化碳濃度的檢測(cè)元件。如圖4所示為所選一氧化碳傳感器的特性曲線，由圖中可知隨著空氣中被檢測(cè)氣體濃度的增加，該傳感器的電阻在不斷地減小，這樣電路中的負(fù)載的兩端電壓就會(huì)變大，與測(cè)量系統(tǒng)連接后就可以轉(zhuǎn)變成我們需要的電壓信號(hào)。</

26、p><p>　　圖4 氣敏傳感器的特性曲線</p><p>　　Fig4Characteristic curve of gas sensitive sensor</p><p>　　該氣敏傳感器的主要性能參數(shù)如下：</p><p><b>　　（1）電阻和：</b></p><p>　　氣敏元件在正常

27、環(huán)境情況下的固有電阻用表示；氣敏元件在具有不同濃度的被檢測(cè)氣體中的阻值用表示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解到，電阻與不同被檢測(cè)氣體的濃度C有如下的函數(shù)關(guān)系：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中，m、n是常數(shù)，由被檢測(cè)氣體的類(lèi)別和傳感器本身傳感器等不同要素影響的，且m=1。</p><p><b>　　（2）靈敏度

28、：</b></p><p>　　在特定濃度的被測(cè)量氣體中，氣敏元件的此時(shí)的阻值與在正常壞境空氣中的阻值之比即為該氣敏元件的靈敏度k，表示如下：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　?。?）響應(yīng)時(shí)間：</b></p><p>　　響應(yīng)時(shí)間即氣敏元件與特

29、定濃度的檢測(cè)氣體接觸時(shí)到該器件的阻值在該氣體中趨于穩(wěn)定的時(shí)間。</p><p><b>　　（4）恢復(fù)時(shí)間：</b></p><p>　　恢復(fù)時(shí)間既氣敏元件從特定氣體濃度的檢測(cè)中離開(kāi)到該器件的阻值在正常壞境中趨于穩(wěn)定的時(shí)間。</p><p>　　如圖5所示為氣敏元件MQ-N7的供電電路，其采用的是單電源供電。其中，是加熱絲加熱電壓，是工作電壓，

30、是氣敏元件的體電阻，是負(fù)載電阻，是傳感器的輸出電壓。</p><p>　　圖5 單電源供電電路圖</p><p>　　Fig5 Single power supply circuit diagram</p><p>　　由于MQ-N7型氣敏元件輸出的電壓信號(hào)非常下，且該電壓信號(hào)值與被檢測(cè)氣體濃度并非呈現(xiàn)出線性關(guān)系，僅僅只有上述的簡(jiǎn)單電路時(shí)完全不夠的，所以，應(yīng)對(duì)采集到

31、的電壓信號(hào)進(jìn)行放大和補(bǔ)償線性化處理，利用常用的放大電路和補(bǔ)償線性化電路來(lái)實(shí)現(xiàn)處理。</p><p>　　設(shè)線性化電路的輸出電壓為，整機(jī)靈敏度為，則根據(jù)線性化要求，氣體濃度與輸出電壓的關(guān)系為：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　式（3-1）也可以轉(zhuǎn)化為下式：</p><p><b&g

32、t;　　(3-4)</b></p><p>　　設(shè)，則測(cè)量電路的輸出電壓為：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　由式（3-3）和（3-5）可以得到線性化電路的輸入-輸出關(guān)系為：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><

33、;p>　　上式為乘方運(yùn)算關(guān)系，也就是說(shuō)，若線性化電路具有上式的傳遞函數(shù)即可獲得濃度與電壓的線性關(guān)系。</p><p>　　本電路測(cè)得的實(shí)際輸出值如圖6、7所示。</p><p>　　圖6 氣敏傳感器的線性化電路</p><p>　　Fig6 Linearization circuit of gas sensor</p><p>　　圖7

34、 與氣體濃度的關(guān)系</p><p>　　Fig7 The relationship between and concentration of gas</p><p>　　雖然減少了放大電路的負(fù)反饋的放大倍數(shù)，可是它在其性能方面有了很大的改善：放大倍數(shù)的性能提高，改良放大電路的非線性失真，增加放大電路的通頻帶，影響輸入、輸出電阻。此處使用了同相放大電路。其原理圖如圖8所示。</p&

35、gt;<p>　　圖8 同相電壓放大電路</p><p>　　Fig8 In-phase voltage amplification circuit</p><p>　　信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻接至同相輸入端，反相輸入端經(jīng)電阻接地，使電路引入了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，保證線性放大。</p><p>　　由虛短和虛斷原則，可得：</p><p>

36、<b>　　(3-7)</b></p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　由式3-7和3-8計(jì)算所得：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　即閉環(huán)電壓增益為：</b></p>

37、<p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式3-9說(shuō)明輸出電壓與輸入電壓的大小成正比例關(guān)系，相同的相位，既該電路具有同向比例運(yùn)算，而且≥1。只取決于電阻和的比值，與集成運(yùn)放內(nèi)部參數(shù)無(wú)關(guān)，調(diào)節(jié)可以改變放大器的放大倍數(shù)。為了保持兩個(gè)輸入端處于平衡狀態(tài)，在實(shí)際電路中應(yīng)使∥，為了將線性化后的電壓信號(hào)放大到0～5V，取放大增益為100，則=100kΩ，=1kΩ。</

38、p><p>　　3.3.2 檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖9所示的檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖，傳感器的接線端口經(jīng)過(guò)線性化電路和同相電壓放大電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端口6連接，ADC0804的片選端CS與單片機(jī)的P2.5引腳相連；DB0~DB7分別與單片機(jī)的P1口相連； WR、RD分別接單片機(jī)的P3.6和P3.7引腳；AGND和DGND同時(shí)接地。</p><p>　　

39、圖9 數(shù)據(jù)采集處理電路圖</p><p>　　Fig9 Data acquisition and processing circuit diagram</p><p>　　3.4 食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　條形碼識(shí)別系統(tǒng)由條形碼掃描器、放大整形電路、譯碼接口電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部

40、分組成，如圖10所示。</p><p>　　圖10 條形碼識(shí)別系統(tǒng)組成圖</p><p>　　Fig10 Composition diagram of bar code recognition system</p><p>　　條形碼識(shí)別過(guò)程主要包括：讀取并轉(zhuǎn)換信號(hào)、信號(hào)調(diào)理及信號(hào)輸出等部分組成。</p><p>　　目前使用最廣泛的光學(xué)識(shí)別

41、元件是光學(xué)攝像頭，光學(xué)攝像頭的主要組成部件包括：CCD圖像傳感器，預(yù)中放，自動(dòng)增益控制電路（AGC），數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（D/A&A/D），同步信號(hào)發(fā)生器，圖像信號(hào)形成電路和電源電路。線陣CCD如圖11所示。</p><p>　　圖11 CCD工作原理</p><p>　　Fig11 Working principle of CCD</p><p>　　3.

42、4.2 檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)外部中斷0、外部中斷均為下降沿觸發(fā)，則當(dāng)INT1第一個(gè)脈沖下降沿觸發(fā)中斷時(shí)，中斷服務(wù)程序啟動(dòng)定時(shí)器，記錄條的脈寬，關(guān)閉定時(shí)器1，讀出定時(shí)器1中的數(shù)據(jù)（前一個(gè)空的脈寬）。當(dāng)中斷被INT0的第一個(gè)脈沖下降沿觸發(fā)時(shí)，定時(shí)器1被中斷服務(wù)程序啟動(dòng)，開(kāi)始記錄空的脈寬，關(guān)掉定時(shí)器0，采集定時(shí)器0中的數(shù)據(jù)，條1的脈寬就是此數(shù)據(jù)。綜上所述，能看到的條空都能被測(cè)出。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件

43、電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是多占用了外部中斷1和定時(shí)器1。本課題就是采用該種電路連接方式，其電路連接方式如圖12所示。</p><p>　　圖12 輸入信號(hào)與單片機(jī)連接圖</p><p>　　Fig12 Input signal connect with SCM</p><p>　　3.5 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 聲光報(bào)警系統(tǒng)連接&

44、lt;/p><p>　　它的小體積，導(dǎo)電單向性，發(fā)光只需要5mA的電流。電路連接如圖13所示，由P2.4端口控制蜂鳴器的工作，P2.7端口控制發(fā)光二極管的工作。</p><p>　　圖13 聲光報(bào)警電路圖</p><p>　　Fig13 Sound ang light alarm circuit diagram</p><p>　　3.5.2 液

45、晶顯示屏連接</p><p>　　電路連接如圖14所示，單片機(jī)的P0端口分別與LCD1602的8個(gè)數(shù)據(jù)口連接，數(shù)據(jù)/命令選擇端口RS和使能信號(hào)端口E分別與單片機(jī)的T0、T1端口連接。</p><p>　　圖14 LCD顯示電路圖</p><p>　　Fig14 LCD display circuit diagram</p><p>　　3.6

46、安保系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)</p><p>　　一個(gè)好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是離不開(kāi)一個(gè)穩(wěn)定的工作電源，數(shù)據(jù)采集模塊更是其中最重要的一部分，所以在用相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)PCB電路原理圖時(shí)，一定要確保電源的穩(wěn)定和安全，如圖15所示為設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源原理圖。</p><p>　　圖15 電源電路原理圖</p><p>　　Fig15 Power circuit diagram</p>

47、<p><b>　　4 主系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 CO檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　冰箱正常通電工作，給整個(gè)電路板供電系統(tǒng)，也就是上電復(fù)位，之后系統(tǒng)開(kāi)始初始化傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)半導(dǎo)體氣敏傳感器檢測(cè)空氣中的CO濃度，并轉(zhuǎn)換成模擬量電壓傳輸給A/D芯片輸入口，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換過(guò)后傳輸數(shù)據(jù)量給單片機(jī)，由基于C語(yǔ)言編制的程序

48、采集并處理數(shù)據(jù)和程序中設(shè)定的CO濃度閥值相比較，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)超過(guò)閥值時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，提醒住宅人員CO濃度超標(biāo)。</p><p>　　4.2 食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包括攝像頭采集系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)記錄程序設(shè)計(jì)。程序按照先采集，接著處理，最后保存的方式來(lái)設(shè)計(jì)，為用戶提供食品安全方面的保障。</p><p

49、>　　4.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　LCD12864液晶每次能夠包含四行，每行可顯示8個(gè)漢子或者16個(gè)字符，內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)陣、128個(gè)字符（8×16點(diǎn)陣）及64×256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。與外部CPU接口采用并行或串行兩種控制方式， </p><p>　　4.4 聲光報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)</p>&

50、lt;p>　　聲光報(bào)警模塊在采用通用性較高的LED燈和蜂鳴器的情況下，可以較好的為用戶提供視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上的直觀感覺(jué)，提醒用戶住宅內(nèi)一氧化碳的濃度和冰箱內(nèi)食物的食用日期。</p><p>　　5 冰箱安保系統(tǒng)的整體調(diào)試</p><p><b>　　5.1 實(shí)際調(diào)試</b></p><p>　　1．給單片機(jī)中燒錄一氧化碳模塊程序后，系統(tǒng)正常

51、上電，將一氧化碳傳感器放置在日?？諝庵?，待系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，觀察顯示屏上的數(shù)據(jù)，如圖16(a)所示，此時(shí)，顯示屏上的數(shù)據(jù)為1.2ppm。當(dāng)將一氧化碳傳感器放置在濃度為20ppm的密閉容器中，觀察顯示屏，此時(shí)能看到顯示屏上的數(shù)據(jù)不斷變化，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，觀察顯示屏上的濃度值，如圖16(b)所示，此時(shí)，顯示屏上的數(shù)據(jù)為20.1ppm并發(fā)出聲光報(bào)警。對(duì)上述實(shí)驗(yàn)多次進(jìn)行測(cè)量，其一致性較好。</p><p>　　圖16 一氧化碳濃

52、度</p><p>　　Fig16 The concentration of carbon monoxide</p><p>　　2．給單片機(jī)中燒錄食品過(guò)期檢測(cè)模塊程序后，系統(tǒng)正常上電，按下按鍵啟動(dòng)攝像頭，將某一牛奶的條形碼放置在攝像頭前，幾秒鐘后，顯示屏中顯示“牛奶”，字樣并在其后顯示需要選擇的過(guò)期天數(shù)，用戶可操作按鍵來(lái)增加天數(shù)，初始為三天，試驗(yàn)中為了節(jié)省時(shí)間，設(shè)置了四天，按下確定后操作

53、完成，其顯示如圖17所示。</p><p>　　圖17 食品過(guò)期檢測(cè)顯示</p><p>　　Fig17 Display the expired food detection</p><p>　　當(dāng)天數(shù)變成3天時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始提醒用戶食品還有三天保質(zhì)期，并在顯示屏上清楚地看到“請(qǐng)盡快食用牛奶”字樣，當(dāng)食品已過(guò)期，顯示屏上會(huì)顯示“請(qǐng)不要食用牛奶”字樣。如圖18所示。<

54、;/p><p>　　圖18 食品過(guò)期提醒顯示</p><p>　　Fig18 Display the expired food remind</p><p>　　3．綜合調(diào)試時(shí)，將兩個(gè)模塊的程序整合一起燒錄到單片機(jī)中，其最終顯示如圖19所示。</p><p><b>　　圖19 綜合顯示圖</b></p>&l

55、t;p>　　Fig19 Integrated display map</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本課題針對(duì)多功能冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安保設(shè)計(jì)要求，開(kāi)發(fā)了一種具有一氧化碳報(bào)警系統(tǒng)、食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示模塊和聲光報(bào)警系統(tǒng)的多功能冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)測(cè)量的信息采用技術(shù)成熟的傳感器，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合、放大等有效處理，實(shí)現(xiàn)了

56、具有安保的多功能冰箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　采用STC89C52單片機(jī)、一氧化碳傳感器MQ-7和數(shù)字式CCD攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的采集與處理需求。在充分考慮安保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠和影響冰箱系統(tǒng)正常工作的干擾源后，為了使安保系統(tǒng)中的重要電子器件不受冰箱本身復(fù)雜條件影響，采用相應(yīng)的抗干擾措施（電路板設(shè)計(jì)、接地和覆銅）對(duì)其進(jìn)行了布局，完成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用基于C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)來(lái)編寫(xiě)采集處理、處理和存儲(chǔ)程序

57、，包括一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)和聲光報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)，提高了食用食品和居住的安全性，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本課題創(chuàng)新點(diǎn)和結(jié)論有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1、設(shè)計(jì)了一種集一氧化碳?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和聲光報(bào)警為一體并安裝在冰箱上的安保系統(tǒng)模式，用于改善當(dāng)前電冰箱的功能單一性，使這個(gè)常用的家用電器充分發(fā)揮其作用，該安保系統(tǒng)使用方便、體積小、不需要單獨(dú)提供電

58、源和場(chǎng)地就可直接使用，系統(tǒng)的整體性強(qiáng)，循環(huán)工作精確，響應(yīng)速度快，豐富了冰箱的用途。</p><p>　　2、建立了一套滿足當(dāng)前生活需要的食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)放置在冰箱內(nèi)的食物進(jìn)行條形碼的掃描和檢測(cè)，通過(guò)條碼上的信息結(jié)合實(shí)際中的輸入按鍵，對(duì)儲(chǔ)存的食品進(jìn)行保鮮時(shí)間的設(shè)定，完成食品的可控制性。初步實(shí)現(xiàn)食品過(guò)期檢測(cè)系統(tǒng)在過(guò)期前三天開(kāi)始聲光報(bào)警和液晶顯示提醒用戶即將過(guò)期的食品，降低了食品浪費(fèi)率，提高了食品的安全性和居民身

59、體的健康性。</p><p>　　3、開(kāi)發(fā)了一套集數(shù)據(jù)采集、處理、保存和顯示為一體的多功能冰箱安保系統(tǒng)。在硬件電路滿足要求的情況下，利用C語(yǔ)言編寫(xiě)出一氧化碳濃度數(shù)據(jù)的采集、攝像頭掃描條形碼的數(shù)據(jù)與按鍵操作等多功能于一體的監(jiān)測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭的安全監(jiān)護(hù)，對(duì)擺放在廚房或客廳來(lái)說(shuō)，具有不可多得的效果。</p><p>　　4、對(duì)多功能冰箱安保系統(tǒng)進(jìn)行基本的測(cè)試，包括冰箱常采用的高低溫測(cè)試、安全測(cè)