自動(dòng)冷卻裝置設計原理與程序設計論文
文章摘要：目前，家用加熱裝置種類(lèi)繁多，而且已經(jīng)發(fā)展到較先進(jìn)的程度，而家用冷卻裝置卻鮮有見(jiàn)到。但是在生活中時(shí)常會(huì )遇到需要冷卻的地方。本設計采用價(jià)格低廉、實(shí)用簡(jiǎn)單的STC89C52單片機作為主控中心，利用小型的風(fēng)冷裝置作為降溫設備，再輔以MLX90614紅外溫度傳感器和DS18B20接觸式溫度傳感器作為溫度檢測裝置，共同構成風(fēng)冷降溫系統。能夠以較快的速度將目標溫度降到設定溫度值。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)冷卻；溫度控制；單片機；風(fēng)冷。
引言：目前，市場(chǎng)上家用電器中加熱設備種類(lèi)繁多，但冷卻設備卻幾乎沒(méi)有，但是很多時(shí)候都會(huì )遇到需要將液體或者固體降溫，例如在醫院給病人喝水而水溫卻過(guò)高，給幼兒喂湯藥而太燙時(shí)等等，一般情況下都是對其吹氣促使其快速冷卻，非常不便捷。針對于此，本設計能夠很好的解決此問(wèn)題，利用單片機自動(dòng)處理數據的能力先采集室內溫度和需要降溫的物體溫度，然后根據人為設置的預定溫度，使用風(fēng)冷設備對其迅速降溫，當需要降溫的物體溫度達到設定溫度值時(shí)，風(fēng)冷設備自動(dòng)停止并報警。
為了方便對本設計的理解，特作以下定義：物體溫度為被降溫的物體的溫度，即MLX90614所測得的.溫度值；設置溫度即人為設置的溫度值，當物體溫度降到設置溫度值附近時(shí)時(shí)單片機會(huì )發(fā)送指令令風(fēng)扇停止轉動(dòng)；室內溫度為DS18B20檢測到的室內溫度值。
1.自動(dòng)冷卻裝置功能說(shuō)明
家用自動(dòng)冷卻裝置外觀(guān)示意圖如圖1所示，該裝置能實(shí)現兩種功能：主要功能是將高溫物體降溫到設定溫度值；次要功能是利用風(fēng)冷溫度的快速傳遞將低溫物體快速升溫，但前提是室溫高于被降溫物體溫度。
在1602液晶顯示屏中，如圖1所示，①顯示的是當前室內溫度，②是MLX90614檢測到的被降溫物體的溫度，③顯示的是設置溫度，即要降低的目標溫度。將物體放到風(fēng)冷裝置體后，在控制面板中提供兩種控制方式：a）長(cháng)按“設置”鍵后，1602液晶顯示屏設置溫度處光標閃爍，此時(shí)通過(guò)“+”“-”設置物體降溫的目標溫度值，當然，設置溫度值應隨室內溫度而定，再按“確認”鍵，風(fēng)扇即開(kāi)始給物體降溫，直至物體溫度到達設置溫度值附近，風(fēng)扇停止并燈光和聲音報警提示；b）按“一鍵室溫”后，設置溫度自動(dòng)設置為室內溫度，并且風(fēng)冷裝置開(kāi)始工作，直至將物體溫度降溫或升溫至室內溫度值附近，風(fēng)扇停止并燈光聲音報警提示。若中途需要中斷降溫，則長(cháng)按“停止”鍵即可停止。
2.自動(dòng)冷卻裝置設計原理
家用自動(dòng)冷卻裝置使用STC89C52RC單片機，外部晶振采用12MHz,外設主要有1602液晶顯示屏、繼電器、MLX90614紅外溫度傳感器、DS18B20接觸式溫度傳感器、蜂鳴器、6顆高亮LED燈和彈出式按鍵，主要工作過(guò)程是：先由MLX90614和DS182B20收集室內溫度和物體溫度值，再將兩溫度值傳遞給STC89C52單片機，單片機開(kāi)啟繼電器控制風(fēng)扇轉動(dòng)，同時(shí)單片機判斷物體溫度值是否已達到設置溫度，若達到設置溫度值，單片機發(fā)送指令給繼電器使風(fēng)扇停止轉動(dòng)。整個(gè)裝置內部設計原理圖如圖2所示。
2.1溫度檢測模塊
溫度檢測模塊由DS18B20接觸式溫度傳感器與MLX90614紅外溫度傳感器構成，如圖3所示。MLX90614紅外溫度測量是通過(guò)熱輻射原理來(lái)測量溫度的，是一種非接觸式溫度測量方式，與接觸式溫度測量相比，不會(huì )干擾測量對象的溫度場(chǎng)、響應速度快、精度高、測量范圍廣。其內部采用低噪聲放大器、17bA/D轉換器及功能強大的DSP處理單元，因而具有較高的溫度分辨率和測量精度：該溫度計測溫范圍為-40~+125℃，出廠(chǎng)前經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)校正，具有數字PWM和SMBus輸出方式[1].因而使用MLX90614不僅測量方便，而且測量速度、返回數值到單片機速度也迅速，但是受到紅外輻射不均勻的影響，被降溫物體外表不應光滑，因其反射率高，誤差較大；并且被測物體也不能是透明物體，這樣才能保持測量的準確性。
DS18B20是接觸式溫度傳感器，采用“單總線(xiàn)”的數據傳輸方式，大大節約了硬件的開(kāi)銷(xiāo)，其測量溫度范圍為-55℃~+125℃，并且精度高，可到±0.5℃。應用范圍也很廣泛[2].本設計采用DS18B20作為室內溫度測量的傳感器，其能夠穩定的反應當前環(huán)境的溫度，作為設置溫度的參考。
2.2聲光報警模塊
由于51單片機的輸出能力較弱，所以此處使用PNP型三極管充當開(kāi)關(guān)管，由于三極管的放大作用，可以將單片機輸出的微小電流放大并且驅動(dòng)高亮LED燈和蜂鳴器。本設計在LED燈處使用PWM輸出方式使LED燈具有呼吸燈效果。
2.31602液晶顯示模塊
液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式應用系統中得到越來(lái)越廣泛的應用。它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，因此可相當于32個(gè)LED數碼管，而且比數碼管顯示的信息還多。采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性?xún)r(jià)比[3].1602液晶顯示屏的程序操作方式為并行口操作方式，通過(guò)D0-D7并行連接將數據傳輸給單片機，基本操作方法分為3步：a）先根據1602的時(shí)序要求將寫(xiě)數據子函數和寫(xiě)命令子函數寫(xiě)好；b）初始化1602,主要是根據1602手冊規定的地址，設置1602的顯示方式；c）寫(xiě)入命令和數據，命令有相應的地址，數據可根據1602手冊表示出來(lái)。
2.4繼電器模塊
繼電器的驅動(dòng)模式和LED燈一樣，使用PNP型三極管驅動(dòng)繼電器，從而使220V交流電流接通，風(fēng)扇旋轉，又由于繼電器內部是線(xiàn)圈結構，而三極管可承受的反向電壓較小，所以加一個(gè)二極管防止繼電器通電和斷開(kāi)時(shí)的反向電壓過(guò)大擊穿三極管，起保護作用。
3.軟件程序設計
在設計程序中，由于單片機開(kāi)機后各引腳都是高電平，所以繼電器控制、LED控制和蜂鳴器控制均采用高電平關(guān)閉，低電平開(kāi)啟的方式[4].
4.測試數據對比
為了檢驗產(chǎn)品的效果，做了如下測試，另外為了減少外部環(huán)境的干擾，使測試場(chǎng)所處于無(wú)風(fēng)的環(huán)境，并且使室溫保持恒定，同時(shí)本設計其他主電路板上的參數見(jiàn)原理圖上的標注。
a）在同一室溫條件下，測試其降溫效果，分別讓兩杯200ml的開(kāi)水放于本產(chǎn)品與25℃環(huán)境下，同時(shí)開(kāi)始測試開(kāi)水降到50℃所需要的時(shí)間，結果如表1.
b）在同一室溫條件下，測試升溫效果，分別讓兩杯200ml的溫度為18℃的水放于本產(chǎn)品與30℃環(huán)境下，同時(shí)開(kāi)始測試18℃升到26℃所需要的時(shí)間，結果如表1.
通過(guò)表1可以看出，此設計利用風(fēng)冷降溫極大的縮短了冷卻時(shí)間，大大的提高了效率，但是升溫效果并不明顯，可見(jiàn)其比較適合降溫，而升溫效果還有待改進(jìn)。另一方面它實(shí)現自動(dòng)化降溫過(guò)程，當溫度到達預定值能夠報警提醒。
5.設計展望
未來(lái)的時(shí)代將是智能化的時(shí)代，目前本設計僅僅是實(shí)現自動(dòng)化，未來(lái)將考慮加入無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，將其與智能手機連接在一起，并通過(guò)可視化的手機操作控制其運轉。另外還可加入人性化的操作控制，例如定時(shí)、預設模式等等，將其實(shí)現智能化。另外在降溫方面還可加入壓縮機制冷，將會(huì )使其降溫更快。
參考文獻：
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