基于單片機(jī)的多功能冰箱監(jiān)測系統(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)前我國在城市、尤其是農(nóng)村市場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，單一的功能無法適應(yīng)冰箱的快速發(fā)展。隨著人們對物質(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。為了使國內(nèi)的電冰箱發(fā)展跟得上其他發(fā)達(dá)國家的腳步，國內(nèi)很多大型白色家電生產(chǎn)企業(yè)中的研發(fā)人員對現(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帶來的巨大便利和安全快捷。最新的國內(nèi)外產(chǎn)品將一整套的設(shè)備（如制冰機(jī)）移植到冰箱上，更加簡化了制冰的過程以及使用的方便性。</p><p>　　本課題研究開發(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。雖然冰箱具有儲藏食物較長時(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，在沒有提醒過期的情況下，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 課題來源</b></p>

6、<p>　　本課題來源于學(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檢測系統(tǒng)、食品過期檢測系統(tǒng)和供電系統(tǒng)四個硬件結(jié)構(gòu)和配套使用的軟件程序。</p><p>　　本課題根據(jù)項(xiàng)目的檢測系統(tǒng)和供電系統(tǒng)要求來設(shè)計(jì)和研究。</p><p>　　1.5 主要研究內(nèi)容<

7、/p><p><b>　　主要研究內(nèi)容如下：</b></p><p>　?。?）對現(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，建立了針對安保冰箱監(jiān)測系統(tǒng)的研究方案。</p><p>　?。?）由冰箱監(jiān)測系統(tǒng)的針對性研究方案和冰箱結(jié)構(gòu)合理安裝需求，對監(jiān)測系統(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，最后對安保系統(tǒng)的干擾來源采取對應(yīng)的抗干擾方法。</p><p>　　（3）經(jīng)過監(jiān)測系統(tǒng)的硬件選型，并和安保監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行合并，編寫了安保監(jiān)測系統(tǒng)的程序內(nèi)容。采用基礎(chǔ)編輯語言C語言來設(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檢測報(bào)警，食品保質(zhì)期檢測，液晶屏顯示、短信報(bào)警功能和一些輔助功能，對每種功能都進(jìn)行了流程設(shè)計(jì)。</p><p>　

9、?。?）經(jīng)過前面的工作，整個安保系統(tǒng)的硬件和軟件框架已經(jīng)建立，接著開始調(diào)試該安保監(jiān)測系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的供電電路、信號傳輸電路和對應(yīng)的軟件程序。為了達(dá)到生產(chǎn)需要，在企業(yè)車間和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬用戶調(diào)試并對發(fā)現(xiàn)的問題及時(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</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，也是冰箱儲存食物的的區(qū)域，主要完成對放進(jìn)去的食物進(jìn)行降溫，冷凍處理，起到保鮮，長時(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，加上門封條的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得儲存的食物更佳安全，可靠。</p><p>　?。?）電冰箱的噪音要小</p><p>　　冰箱在正常使用過程中，

13、都是放在日常居住的地方，為了使電冰箱在工作過程中能夠不對人們?nèi)粘Ｉ钇鹁釉斐捎绊懀栽趪抑贫ǖ臉?biāo)準(zhǔn)中，都有明確規(guī)定，其噪聲不應(yīng)該超過45dB，因此，電冰箱對噪聲方面的要求越來越高。</p><p>　?。?）電冰箱的密封性能要好</p><p>　　電冰箱儲存食物，冷藏室一般都是儲存新鮮的水果和蔬菜的，為了保證水果和蔬菜的新鮮程度，需要的濕度相對外界會高很多，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</p><p>　　目前，家庭常用的電冰箱只有兩個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)在深受客戶喜愛的制冰機(jī)。多功能冰箱主要有：節(jié)能冰箱、電腦冰箱、無氟冰箱、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>　　對于普通冰箱來說，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，通過感知冷藏室的溫度，來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的開機(jī)與停機(jī)，冷凍室的溫度，通過不斷地匹配試驗(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，時(shí)間

17、稍微長點(diǎn)，就會造成冰箱的制冷效果變差。電腦冰箱的出現(xiàn)，使得這一問題得到解決，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。通常在冰箱的門上加入可視化的液晶或其他種類的顯示屏，以正確的顯示溫度，并對箱體內(nèi)溫度進(jìn)行不同的設(shè)定。即使經(jīng)常性的開啟冰箱門，也能通過控制板控制壓縮機(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。其中對冰箱溫度控制影響最大的為參數(shù)控制。</p><p>　　（1）參數(shù)控制中對溫度采集點(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，采集的溫度也會不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來看，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)就是通過就是對溫度進(jìn)行實(shí)際測量和控制來間接的控制溫室內(nèi)溫度。在目前有兩種方法來控制該部分參數(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、）溫度控制過程中通過編寫的程序、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)的開機(jī)和停機(jī)。本課題通過溫度采集和壓縮機(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>　　（3）溫度智能控制冰箱相對于普通機(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)過前期對監(jiān)測系統(tǒng)的研究和分析，考慮到成本因素，采用以52單片機(jī)為核心開發(fā)了本課題的監(jiān)測系統(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檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 檢測系統(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)載的兩端電壓就會變大，與測量系統(tǒng)連接后就可以轉(zhuǎn)變成我們需要的電壓信號。</

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>　?。?）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氣體中的阻值用表示。通過實(shí)驗(yàn)了解到，電阻與不同被檢測氣體的濃度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)，由被檢測氣體的類別和傳感器本身傳感器等不同要素影響的，且m=1。</p><p><b>　?。?）靈敏度

28、：</b></p><p>　　在特定濃度的被測量氣體中，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>　?。?）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中離開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非常下，且該電壓信號值與被檢測氣體濃度并非呈現(xiàn)出線性關(guān)系，僅僅只有上述的簡單電路時(shí)完全不夠的，所以，應(yīng)對采集到

31、的電壓信號進(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，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>　　信號經(jīng)過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放大到0～5V，取放大增益為100，則=100kΩ，=1kΩ。</

38、p><p>　　3.3.2 檢測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖9所示的檢測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖，傳感器的接線端口經(jīng)過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 食品過期檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 檢測系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　條形碼識別系統(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 條形碼識別系統(tǒng)組成圖</p><p>　　Fig10 Composition diagram of bar code recognition system</p><p>　　條形碼識別過程主要包括：讀取并轉(zhuǎn)換信號、信號調(diào)理及信號輸出等部分組成。</p><p>　　目前使用最廣泛的光學(xué)識別

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），同步信號發(fā)生器，圖像信號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第一個脈沖下降沿觸發(fā)中斷時(shí)，中斷服務(wù)程序啟動定時(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)（前一個空的脈寬）。當(dāng)中斷被INT0的第一個脈沖下降沿觸發(fā)時(shí)，定時(shí)器1被中斷服務(wù)程序啟動，開始記錄空的脈寬，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出。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件

43、電路簡單，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個數(shù)據(jù)口連接，數(shù)據(jù)/命令選擇端口RS和使能信號端口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>　　一個好的監(jiān)測系統(tǒng)是離不開一個穩(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檢測系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　冰箱正常通電工作，給整個電路板供電系統(tǒng)，也就是上電復(fù)位，之后系統(tǒng)開始初始化傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器，通過半導(dǎo)體氣敏傳感器檢測空氣中的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)換過后傳輸數(shù)據(jù)量給單片機(jī)，由基于C語言編制的程序

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)檢測到的數(shù)據(jù)超過閥值時(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 食品過期檢測系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　食品過期檢測系統(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個漢子或者16個字符，內(nèi)置8192個16×16點(diǎn)陣、128個字符（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和聽覺上的直觀感覺，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?？諝庵校到y(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。對上述實(shí)驗(yàn)多次進(jìn)行測量，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)中燒錄食品過期檢測模塊程序后，系統(tǒng)正常上電，按下按鍵啟動攝像頭，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期天數(shù)，用戶可操作按鍵來增加天數(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 食品過期檢測顯示</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“請盡快食用牛奶”字樣，當(dāng)食品已過期，顯示屏上會顯示“請不要食用牛奶”字樣。如圖18所示。<

54、;/p><p>　　圖18 食品過期提醒顯示</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>　　本課題針對多功能冰箱監(jiān)測系統(tǒng)的安保設(shè)計(jì)要求，開發(fā)了一種具有一氧化碳報(bào)警系統(tǒng)、食品過期檢測系統(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)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對測量的信息采用技術(shù)成熟的傳感器，對采集的數(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）對其進(jìn)行了布局，完成了監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用基于C語言的程序設(shè)計(jì)來編寫采集處理、處理和存儲程序

57、，包括一氧化碳檢測系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，食品過期檢測系統(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期檢測系統(tǒng)，可對放置在冰箱內(nèi)的食物進(jìn)行條形碼的掃描和檢測，通過條碼上的信息結(jié)合實(shí)際中的輸入按鍵，對儲存的食品進(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)食品過期檢測系統(tǒng)在過期前三天開始聲光報(bào)警和液晶顯示提醒用戶即將過期的食品，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語言編寫出一氧化碳濃度數(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)測軟件，實(shí)現(xiàn)對家庭的安全監(jiān)護(hù)，對擺放在廚房或客廳來說，具有不可多得的效果。</p><p>　　4、對多功能冰箱安保系統(tǒng)進(jìn)行基本的測試，包括冰箱常采用的高低溫測試、安全測