單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-制冰機(jī)論文_第1頁
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文檔簡介

1、第一章 緒論隨著生活水平的日益提高,人們在日常生活中對冰塊的需求越來越多,以前的冰箱雖然大多有制冰盒,但均為人工制冰,即注水、離冰等操作需人工完成,無法滿足人們隨時(shí)用冰的需求,自動制冰機(jī)的應(yīng)用則完全解決了這個(gè)問題。整個(gè)制冰過程由制冰機(jī)自動完成,無需人工干預(yù),儲冰盒裝滿冰塊時(shí)會自動停止制冰機(jī)的工作,徹底解除了人工操作的煩瑣極大地方便了人們對冰塊使用。1.1制冰機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景目前用于電冰箱的家用自動制冰機(jī)大體可分為兩類,一類是日本普遍采用的單片機(jī)控制型。該類型制冰機(jī)外形較小,主要由控制盒、探冰桿、溫度傳感器以及制冰容器組成制冰過程由一套控制程序來完成,離冰時(shí)控制盒內(nèi)的電機(jī)帶動制冰容器轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)

2、到一定位置后,制冰容器扭曲變形將冰塊排出,該類型制冰機(jī)由于采用了單片機(jī)控制,需要有專門的控制程序,因而只能應(yīng)用在電腦溫控冰箱中,通用性較差??刂坪袃?nèi)除了直流電機(jī)外,還有減速齒輪、接近開關(guān)、限位裝置以及控制電路板,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。另一類自動制冰機(jī)則在美國普遍應(yīng)用,為機(jī)械控制型制冰機(jī),它主要由控制盒、溫控器、加熱器、探冰桿、離冰桿以及制冰容器等部件組成由于制冰的全過程均由控制盒內(nèi)電機(jī)的開停以及電機(jī)帶動不同銅片的通斷來控制,故這種自動制冰機(jī)不需要單片機(jī)控制,在通常的冰箱中均能應(yīng)用,通用性很強(qiáng)。近二十多年來,由于微電腦控制技術(shù)及通信技術(shù)的快速發(fā)展,制冷設(shè)備控制系統(tǒng)中也大量的采用微電腦(單片機(jī))控制,并把電

3、子器件的信息處理和控制功能揉和到機(jī)械裝置中,應(yīng)用機(jī)械、電子、信息等有關(guān)技術(shù),對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的組織、滲透和綜合,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化控制。這種控制方式不再是原有那種單技術(shù)、單功能的控制方式,而是一種全新的,具有復(fù)合技術(shù)、復(fù)合功能、自動化程度很高的控制方式。采用這種控制方式的產(chǎn)品一般都具有自動控制、自動補(bǔ)償、自動校驗(yàn)、自動調(diào)節(jié)自診斷、自恢復(fù)和智能化等多種功能。實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)機(jī)器系統(tǒng)的全自動控制是制冷系統(tǒng)的發(fā)展方向。目前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步介入制冷裝置的自動化,各種大小型制冷機(jī)甚至整個(gè)制冷系統(tǒng)都在向全自動化方向發(fā)展,對制冷裝置有關(guān)參數(shù)的最佳綜合調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的連續(xù)調(diào)節(jié)和系統(tǒng)的節(jié)能等,就成為各國競

4、相研究的方向。1.1.1 制冷技術(shù)的發(fā)展過程1755年愛丁堡的化學(xué)教授庫侖利用乙醚蒸發(fā)使水結(jié)冰。他的學(xué)生布拉克從本質(zhì)上解釋了融化和汽化現(xiàn)象,提出了潛熱的概念,并發(fā)明了冰量熱器,標(biāo)志著現(xiàn)代制冷技術(shù)的開始。1834年在倫敦工作的美國發(fā)明家波爾金斯造出了第一臺以乙醚為工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷機(jī)。這是后來所有蒸氣式制冷劑的雛形。1875年卡列和德林用氨做制冷機(jī),大大減少了設(shè)備的體積,從此蒸氣壓縮式制冷機(jī)在制冷裝置的生產(chǎn)和應(yīng)用占了統(tǒng)治地位。1844年,美國醫(yī)生高里用封閉循環(huán)的空氣制冷機(jī)為發(fā)燒病人建立了一座空調(diào)站,發(fā)明了空氣制冷機(jī)。1859年,開利發(fā)明了氨水吸收式制冷系統(tǒng)。被稱為“空調(diào)之父”的威利斯開利博士,

5、在1902年7月17日發(fā)明了科學(xué)空調(diào)原理,并發(fā)明了世界上第一臺空調(diào)機(jī)。同時(shí)在美國建立了世界上第一所空調(diào)實(shí)驗(yàn)室,1905年又在印刷廠首次建立了帯噴淋室的、全年運(yùn)行的機(jī)械式空調(diào)系統(tǒng),說明了空調(diào)技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段;1922年繼而發(fā)明了離心式制冷機(jī)并應(yīng)用于公共建筑。我國是在1931年首次在上海紡織企業(yè)安裝應(yīng)用空調(diào)系統(tǒng),舊中國沒有獨(dú)立的制造各種制冷設(shè)備的能力,只能依賴于國外進(jìn)口。到1834年,美國的Perkins發(fā)明了以乙醚為工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷機(jī),標(biāo)志著人工制冷技術(shù)時(shí)代的開始,制冰技術(shù)也開始隨之發(fā)展起來。后來隨著生活水平的提高和商業(yè)的發(fā)展,人們對冰的需求越來越大,各種制冰技術(shù)也隨之發(fā)展走向成熟并應(yīng)用

6、到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中,同時(shí)還有很多新的制冰技術(shù)不斷被開發(fā)出來。我國解放以后,1956年上海、北京、天津、沈陽等地開始了家用電冰箱的試制和生產(chǎn)。1963年在上海研制成第一臺窗式空調(diào)器,到1970年開始批量生產(chǎn)但產(chǎn)量不大,直到1978寧才開始大量生產(chǎn)。目前我國的制冷行業(yè)總產(chǎn)值已近1900億人民幣。1.1.2 制冰機(jī)的基本結(jié)構(gòu)概述 小型商用制冰機(jī)采用不銹鋼外殼,與冰和水直接接觸的內(nèi)膽一般為ABS塑料,其材質(zhì)應(yīng)符合國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,內(nèi)膽與外殼間充滿絕熱PUF發(fā)泡層,使儲冰室內(nèi)的冰不致較快融化。小型商用制冰機(jī)進(jìn)口品牌一般采用HFC-134a作制冷劑,國產(chǎn)品牌則采用HFC-134a或HCFC-22作制冷劑

7、,少數(shù)廠家仍采用CFC-12制冷劑。冷凝器散熱有兩種方式,小型機(jī)采用空冷式(加風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻),中型以上采用水冷式或風(fēng)水冷混合式。水冷式熱交換效果好,但消耗水量較大,控制復(fù)雜。溫度控制也有兩種,即電腦溫控和機(jī)械溫控。1.2 課題來源及選題意義隨著人們生活水平的不斷提高和社會節(jié)奏的日益加快,家用自動制冰機(jī)會走進(jìn)越來越多的家庭,鑒于美式自動制冰機(jī)的簡單方便、通用性強(qiáng),非常適合在冰箱上應(yīng)用,如果城市自來水達(dá)到了飲用標(biāo)準(zhǔn),還可以省去純凈水桶,直接用軟管連接,從而大大簡化冰箱結(jié)構(gòu),進(jìn)一步方便人們的使用,其市場前景十分廣闊。由于在國外人們經(jīng)常喜歡飲用冰鎮(zhèn)紅酒等,需要添加冰塊,生活習(xí)慣的差異導(dǎo)致早期制冰機(jī)在國

8、外應(yīng)用得更為廣泛,因此制冰機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)國外也更為完善。本課題是對全自動制冰機(jī)的控制及取冰機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì),完成一基于單片機(jī)控制的家用小型全自動制冰機(jī)。1.3 本課題主要研究內(nèi)容及研究方法主要研究內(nèi)容1制冰機(jī)的制冰原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 2. 針對塊冰制冰機(jī),提出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。3控制系統(tǒng)總體方案;4制冰機(jī)控制系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì);5制冰機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì);6針對單片機(jī)控制系統(tǒng),提出抗干擾措施。研究方法1基于UG系統(tǒng),對制冰機(jī)的制冰裝置,取冰裝置進(jìn)行三維圖繪制并進(jìn)行組裝。2基于CAD系統(tǒng),對部分零件進(jìn)行零件圖的繪制。3制冷技術(shù)的原理及應(yīng)用,完成制冷裝置的設(shè)計(jì)。4基于單片機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)。5應(yīng)用Protel

9、se99 完成硬件原理圖與制版圖。第二章 制冰機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1制冰機(jī)整體設(shè)計(jì)一、制冰機(jī)組成及冷卻方式小型商用制冰機(jī)采用不銹鋼外殼,與冰和水直接接觸的內(nèi)膽一般為ABS塑料,其材質(zhì)應(yīng)符合國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,內(nèi)膽與外殼間充滿絕熱PUF發(fā)泡層,使儲冰室內(nèi)的冰不致較快融化。小型商用制冰機(jī)進(jìn)口品牌一般采用HFC-134a作制冷劑,國產(chǎn)品牌則采用HFC-134a或HCFC-22作制冷劑,少數(shù)廠家仍采用CFC-12制冷劑。冷凝器散熱有兩種方式,小型機(jī)采用空冷式(加風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻),中型以上采用水冷式或風(fēng)水冷混合式。水冷式熱交換效果好,但消耗水量較大,控制復(fù)雜。溫度控制也有兩種,即電腦溫控和機(jī)械溫控。圖2-1

10、 制冰機(jī)噴淋式制冰示意圖二、制冷過程1制冰:接通電源,打開水閥,壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)和水泵均處于工作狀態(tài),制冰機(jī)開始噴水制冰。制冰機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后,蒸發(fā)器冰格中的冰層加厚,當(dāng)足夠的冰形成時(shí),機(jī)器轉(zhuǎn)入自動脫冰狀態(tài)。2脫冰:蒸發(fā)器冰格外壁帖有溫度傳感器,溫度傳感器與電腦板相連,用以檢測冰塊厚度,當(dāng)冰塊厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),熱氣電磁閥打開,溫度較高的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器并使其變暖,冰塊脫離冰格,翻轉(zhuǎn)電機(jī)翻轉(zhuǎn),冰塊掉入儲冰室,當(dāng)冰格內(nèi)的冰全部脫落后,制冰機(jī)再次轉(zhuǎn)入制冰狀態(tài),如此循環(huán)。3自動關(guān)機(jī):當(dāng)有足夠的冰掉入儲冰室時(shí),制冰機(jī)將自動停止工作,并自動切斷水源和電源。如果冰塊被取用,儲冰室內(nèi)的冰減少時(shí),制冰機(jī)會自動

11、恢復(fù)制冰,如圖2-1所示。 2.1.1制冰原理制冰方法有以下幾種:蒸氣壓縮式、吸收式、蒸氣噴射式和吸附式制冷。本課題采用壓縮式制冷。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成,如圖2 .2所示,用管道將其連接成封閉系統(tǒng)。工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量并汽化成蒸氣,壓縮機(jī)不斷地將蒸氣從蒸發(fā)器中抽走,并將它壓縮后,在高壓下排出,這個(gè)過程要消耗能量。經(jīng)壓縮的高溫高壓蒸氣在冷凝器內(nèi)被常溫冷卻介質(zhì)冷卻。凝結(jié)成高壓液體。利用節(jié)流裝置使高壓液體節(jié)流,節(jié)流后的低壓,低溫濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器,再次汽化,吸收被冷卻對象的熱量,如此周而復(fù)始。2.2制冰裝置設(shè)計(jì)中相關(guān)參數(shù)計(jì)算1制冷劑R134a屬HFC工質(zhì),作為R12

12、的替代工質(zhì)已經(jīng)得到冷凍行業(yè)的認(rèn)可。 R12與R134a比較 冷媒性質(zhì)比較 (1)R134a分子量大,流動阻力損失比R12大,傳熱性能比R12好。 (2)相同的過冷度時(shí),R134A制冷效果比R12更大; (3)R134A吸水性比R12大很多,不易形成冰堵 (4)飽和溫度壓力曲線及制冷量曲線。 潤滑油比較 ()R134a中不含CL,自身不具備潤滑性,在合成油中需要增加添加劑以提高其潤滑性 (2)R134A用POE油,R12用礦物油,POE油吸水性是礦物油的100倍左右,吸入水分后很難通過抽真空除去,系統(tǒng)中最高水分含量不能超過80PPM,系統(tǒng)安裝合適的干燥器運(yùn)行后,含水量在10PPM或更低。 (3)

13、POE油與礦物油相容,但不能混用,系統(tǒng)改造時(shí),剩存不到%少量礦物油可接受. 干燥過濾器(1)用于R134A的POE油中的酯容易水解生成酸性物質(zhì).(2) 建議干燥過濾芯最好用分子篩,不要使用帶礬土的濾芯,帶礬土的濾芯會吸收POE油和水分,如果安裝的干燥過濾器太小,不能過濾系統(tǒng)中多余的水分,酸性物質(zhì)可能返回系統(tǒng)中,對壓縮機(jī)不利。選用R134A做制冷劑。2室溫20,水溫15,24公斤/日 室溫30,水溫25,19公斤/日一次制冰量:0.5公斤(18個(gè))冰塊尺寸:282832mmQ吸= C水mt=42000.515=31.5kJ假設(shè)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)為0.2則制冷量Q0=2.41kw制冷劑選R134A運(yùn)

14、轉(zhuǎn)時(shí),蒸發(fā)溫度為-5,冷凝溫度為40,由附圖1可得表2-1。表2-1點(diǎn)號溫度()壓力(MP)比焓(kJ/kg)1150.243412.1720.886423.763350.886216.914-50.243216.91圖2-3 壓焓圖單位制冷量q0=h1-h4=412.17-216.91=195.26kJ/kg單位時(shí)間流過的質(zhì)量qm=Q0/q0=2.41/195.26=44.43kg/h由壓焓圖查得壓縮機(jī)大口處的比熵s1=1.733kJ(kg/K)沿等熵線求得2的比焓 h2423.76kJ/kg等熵壓縮時(shí)輸入壓縮機(jī)的功率:Ps=qm(h2-h1)=0.143kw實(shí)際壓縮機(jī)指示功率取指示效率i=

15、0.65則Pi= Ps/i=0.22kw軸功率取機(jī)械效率m=0.92則Pe=Pi/m=0.239kw電功率 取電動機(jī)效率m0=0.85則Pec=Pe/m0=0.281kw2.2.1壓縮機(jī)的參數(shù)確定及選擇壓縮機(jī)的發(fā)展過程: 壓縮機(jī)是制冷技術(shù)的心藏,它的進(jìn)步就推動了制冷技術(shù)的進(jìn)步。我國壓縮機(jī)制冷技術(shù)要想從目前的狀態(tài)再前進(jìn)一步,需要認(rèn)清壓縮機(jī)的發(fā)展之路,結(jié)合自己的實(shí)際情況,確定發(fā)展戰(zhàn)略。簡單地區(qū)分為:滿足市場;高效;環(huán)保節(jié)能;減排,潔凈能源等幾個(gè)時(shí)期。壓縮機(jī)從誕生,成長,發(fā)展的歷史進(jìn)程,成就了壓縮機(jī)操作技術(shù)的進(jìn)步和大發(fā)展;忽視了壓縮機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換機(jī)理的研究和發(fā)展,在技術(shù)進(jìn)步的道路上只走了明顯的、容易

16、的道路絕熱壓縮機(jī)發(fā)展之路,也是歷史發(fā)展的必然;機(jī)械能不轉(zhuǎn)換為熱能的等溫壓縮機(jī)超越了等溫/膨脹壓縮機(jī),代表了壓縮機(jī)的發(fā)展向和未來眾所周知,壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的核心和心臟。壓縮機(jī)的能力和特征決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。某種意義上,制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與匹配就是將壓縮機(jī)的能力體現(xiàn)出來。根據(jù)完成氣體增加壓力方式的不同,制冷壓縮機(jī)可分為容積型和速度型兩大類;容積型壓縮機(jī)中氣體壓力的提高,是靠吸入氣體的容積被強(qiáng)行縮小來實(shí)現(xiàn)的,主要有活塞式、螺桿式、滾動轉(zhuǎn)子式和渦旋式等,在此我們只介紹活塞式。這種形式的壓縮機(jī)機(jī)型多、易生產(chǎn)、廉價(jià)比較適合。活塞式壓縮機(jī)是利用氣缸中活塞的往復(fù)運(yùn)動來壓縮氣缸中的氣體,通常是通過曲柄連桿機(jī)

17、構(gòu)吧臺原動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運(yùn)動由上節(jié)計(jì)算得知可取壓縮機(jī)功率為300w制冷量可選擇壓縮機(jī)的型號BK1112,氣缸容積為6.27立方厘米。2.2.2蒸發(fā)器的選擇 蒸發(fā)器是制冷劑從系統(tǒng)外吸熱及制冷的換熱器,制冷劑熱議在蒸發(fā)器的換熱管內(nèi)流動并在低溫下蒸發(fā),變?yōu)檎魵?,制冷劑在蒸發(fā)過程中吸收被冷卻物體或介質(zhì)的熱量。所以蒸發(fā)器是制冷裝置產(chǎn)生和輸出冷量的重要部件。其結(jié)構(gòu)按被冷卻介質(zhì),可以分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器兩大類。此處我們采用第一類,第一類中又包含管殼式蒸發(fā)器、立管式蒸發(fā)器螺旋管式蒸發(fā)器、蛇形管式蒸發(fā)器。我們采用蛇形管式蒸發(fā)器。其結(jié)構(gòu)如圖2-3由于載冷劑的流速比較小及蛇管的

18、傳熱面積沒有充分利用,所以蛇管式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)比較小,但蛇形管的制作簡單價(jià)格低廉故選用。第三章 制冰機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1制冰裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制冰盤下方是一噴頭,用于制冰的水可通過自來水過濾而來,也可通過水泵加壓噴出,噴出的水霧在制冰盤凹坑上迅速結(jié)冰,冰塊達(dá)到一定大小后,傳感器動作,熱氣電磁閥換向,從而使高溫制冷劑直接通過蒸發(fā)器,使冰從蒸發(fā)器上松開后掉下來。 3.1.1蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)根據(jù)一次制冰量:0.5公斤(18個(gè)),冰塊尺寸:282832mm設(shè)計(jì)冰模,隔板厚度為2mm則制冰模如圖3.1,用UG建立實(shí)體過程如下:第一步:繪一矩形然后拉伸形成板,第二步:繪制軌跡線然后生成管道,第三步:繪制草圖然后拉伸

19、形成冰模如圖3-1圖3-1 冰模材料采用導(dǎo)熱性能好的鋁,質(zhì)量輕價(jià)格相對便宜,蛇形管與冰模焊接在一起。3.1.2噴水器的設(shè)計(jì)考慮到制冰機(jī)的全自動化,在成冰脫冰過程中,噴水器要噴水到冰模中,而且脫冰后冰塊先落到下方的噴水器上然后再滑落到儲冰盒中,而且未變成冰的水要回流到儲水盒中再經(jīng)過水泵抽入到噴水器不斷循環(huán)。故噴水器表面要光滑而且要留有孔,回流的水通過空隙流回儲水盒,故噴水器可以和儲水盒在一起。成冰過程噴水器保持水平,脫冰時(shí)要轉(zhuǎn)一定角度使冰塊滑落到儲冰盒。故噴水器可以繞軸旋轉(zhuǎn),這樣可以通過一個(gè)電機(jī)控制噴水器的轉(zhuǎn)動。噴水器上蓋如圖3-2所示。圖3-2 噴水器上蓋建立過程:1第一步拉伸形成一板,2創(chuàng)建

20、基準(zhǔn)面,繪制草圖,然后拉伸形成周圍的板, 3在周圍的板上繪制草圖,然后拉伸,拉伸切除,4在周圍板上繪制草圖,拉伸切除5通過拉伸,倒圓角,6在1中形成的板中,繪制草圖,經(jīng)拉伸,面圓角, 7在周圍板上繪制草圖,經(jīng)拉伸等形成,8在1中形成的板上通過矩形陣列形成孔,如圖3-3這些孔中中間小孔用來噴水其余的用來回流,將未結(jié)冰的水流回儲水盒。圖3-3形成水孔9插入成型特征螺紋,10拉伸然后切除最后加入邊圓角,形成噴水道,如圖3-4所示。圖3-4 水道形成圖11在板上經(jīng)拉伸并加面圓角,如圖3-5所示,噴水器完成。圖3-5 倒角生成3.1.3 儲水器設(shè)計(jì)在噴水器下方為儲水器,在最底層還有電動機(jī)、水泵等,故其形

21、狀如圖3-6所示。圖3-6 噴水器下蓋下方的口接水泵,可從上方左側(cè)注水。繪制過程:1繪制一矩形然后拉伸形成長方體,2插入基準(zhǔn)平面經(jīng)拉伸切除并插入邊緣角,形成如圖3-7所示。 圖3-7 噴水器下蓋后3抽殼形成如圖3-8所示。圖3-8 抽殼4繪制草圖,經(jīng)掃描形成如圖3-9所示。圖3-9 掃描5經(jīng)拉伸等完成。3.2 相關(guān)零件設(shè)計(jì)噴水器及蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)完成后要考慮其固定與旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)可以通過電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動噴水器上方的軸轉(zhuǎn)動,此軸下方通過彈簧與噴水器相連,故電動機(jī)轉(zhuǎn)動可以拉伸彈簧,反轉(zhuǎn)可以恢復(fù)繼續(xù)制冰。所以需要兩個(gè)螺栓,兩個(gè)彈簧,兩個(gè)撥叉,以及一個(gè)用來固定的部件,還要在噴水器后方固定一個(gè)軸使其可以繞其轉(zhuǎn)動。

22、1撥叉的設(shè)計(jì)與繪制如圖3-10、圖3-11所示。圖3-10 撥叉1圖3-11 撥叉2在繪制過程中要用到拉伸,邊緣角等,圖3-10的撥叉用來連接電動機(jī)的主軸來控制噴水器的轉(zhuǎn)動,而且用來碰觸限位開關(guān)控制電動機(jī)的停止防止旋轉(zhuǎn)角度過大。2彈簧如圖3-12所示。圖3-12 拉伸彈簧首先繪制螺旋線,然后以彈簧絲直徑畫圓,然后沿螺旋線掃描形成彈簧。3螺栓如圖3-13、圖3-14所示。圖3-13 螺母圖3-14 螺釘經(jīng)拉伸等形成然后插入成型特征螺紋即可形成。4頂桿如圖3-15所示。圖3-15 頂桿5固定座如圖3-16所示。 6固定板如圖3-17圖3-18所示。 圖3-16 固定座圖3-17 固定板 圖3-18

23、 夾板7軸,它可以將噴水器固定在箱體上并且使噴水器繞其旋轉(zhuǎn),如圖3-19所示。圖3-19 固定軸零件中部分簡單易繪制的不再敘述繪制過程。3.3 部分零件圖1撥叉1零件圖 圖 3-20撥叉12固定件的零件圖 圖3-21 固定座3.4 制冰裝置及反翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖3-22 反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在其上方為冰模在此不再細(xì)化。在細(xì)桿上的固定件可以固定在箱體的板上,在其后方也要加一軸使整個(gè)噴水器可以繞其旋轉(zhuǎn),這樣就可以滿足落冰的要求。 組裝過程如圖3-23所示。 圖 3-23 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組裝圖3.5 制冰機(jī)的整體布置 制冰機(jī)的整體布置如圖3-21 ,外觀如圖3-22所示。圖3-24制冰機(jī)總體示意圖 圖3-25 制冰機(jī)外觀圖

24、第四章 制冰機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1整個(gè)制冰過程中的控制制冰機(jī)在整個(gè)制冰過程中需要控制壓縮機(jī)的啟停,控制進(jìn)水閥,保證儲水盒有充足的水,控制水泵的正常工作,要檢測溫度傳感器的溫度達(dá)到所需溫度后進(jìn)入下一個(gè)過程。脫冰過程:進(jìn)入此過程后使水泵停止工作同時(shí)進(jìn)水閥關(guān)閉,然后控制熱汽閥打開,使冰快邊緣融化在重力作用下滑落,并且控制電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度使噴水器傾斜,落下的冰可以直接滑落到儲冰盒。落冰結(jié)束后電機(jī)反轉(zhuǎn)恢復(fù)制冰狀態(tài),重復(fù)制冰過程。在儲冰盒中加入一傳感器當(dāng)冰滿的時(shí)候停止制冰,冰不滿則循環(huán)整個(gè)過程,如圖4-1所示。圖4-1 制冰過程圖圖4-2 電路原理圖4.2 整體電路設(shè)計(jì)從整個(gè)過程看要有電源轉(zhuǎn)化電路將2

25、20V變?yōu)楦餍酒璧闹绷麟姡€要有復(fù)位電路。因?yàn)橛袦囟葌鞲衅鲃t需要A/D轉(zhuǎn)換器,控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路,還要利用弱電控制強(qiáng)電則需要光電耦合器,通過電磁繼電器來控制水泵、壓縮機(jī)、熱汽閥以及限位開關(guān)等,原理如圖4-2。4.3 元器件選擇AT89C51單片機(jī):AT89C51是一種低功耗、高性能的8位CMOS微處理器芯片,片內(nèi)帶有2K 字節(jié)的閃存可編及可擦除只讀存儲器(PEROM)。該芯片的制造采用了ATMEI 公司的高密度非易揮發(fā)存儲器的生產(chǎn)技術(shù),井與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集與管腳分布相兼容。片上的PEROM允許在線對程序存儲器重新編程,也可用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲芯片編程器編程。溫度傳感器:AD59

26、0是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下: 1、流過器件的電流(mA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù),即:IT=1ATkIT器件的電流T器件所處的溫度,以開爾文(K)為單位。2、AD590的測溫范圍為-55+150。 3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化,電流變化1mA,相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓,因而器件反接也不會被損壞。 4、輸出電阻為710MW。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔,其中M檔精度最高,在-55+150范圍內(nèi),非線性誤差為0.3。 A/D轉(zhuǎn)換器:A

27、DC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。其最高分辯可達(dá)256級,可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓復(fù)用,使芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32m,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn),以減少數(shù)據(jù)誤差,轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng),獨(dú)立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變得更加方便,而且由于它體積小,兼容性強(qiáng),性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎,其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC0832 具有以下特點(diǎn): 8位分辨率; 雙通道A/D轉(zhuǎn)換; 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容; 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間; 工作頻率為2

28、50KHZ,轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S; 一般功耗僅為15mW; 8P、14PDIP(雙列直插)、PICC 多種封裝;電磁繼電器:JZC-7F體積小、重量輕、價(jià)格低. 動作靈敏、同步性。線圈功率損耗低。 可直接焊接在印刷線路板中。用于電子、通訊、自動控制、無線電遙控、聲控玩具等。光電耦合器:東芝TLP521-1、-2和- 4,TLP521-2提供兩個(gè)隔離的通道, TLP521-4提供四個(gè)隔離的通道。 集極電壓50V(min) 電流轉(zhuǎn)移比率50%(min) 等級GB100%(min) 隔離電壓2500Vrms(min) 轉(zhuǎn)換電流 表4-1特性標(biāo)志521-1521-2/521-4單位轉(zhuǎn)換電流If7050mA

29、發(fā)射極電壓Vceo55V集電極電壓Veco7V發(fā)射極電流Ic50mA連接溫度125C儲藏溫度-55-+125C工作溫度-55-+100C鉛焊接溫度260(10s)C4.4原理圖與制版圖的繪制Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件,采用設(shè)計(jì)庫管理模式,可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì),具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能,是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件,可以完成電路原理圖設(shè)計(jì),印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作。根據(jù)所選器件,繪制原理圖,進(jìn)入protel99 se,在新建的原理圖繪制版面,從原件庫中,選定所選的器件,安放到版面上,共78個(gè)器件(電阻33個(gè),

30、電容15個(gè),三極管9個(gè),繼電器4個(gè),光電耦合器TLP521-2兩個(gè),TPL521-4一個(gè),AT89C51一個(gè),整流電橋一個(gè),MC34063一個(gè),負(fù)電壓檢測器一個(gè),AD590一個(gè),交流電機(jī)一個(gè),ADC0832一個(gè),關(guān)6個(gè),插座一個(gè)等),圖4-3 溫度測量電路然后用導(dǎo)線把各器件安順序連接起來,完成原理圖的繪制。溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器如圖4-3所示。 復(fù)位電路與電源如圖4-4所示。 圖4-4 復(fù)位電路與電源水泵、電機(jī)、進(jìn)水閥、熱氣閥等的控制如圖4-5所示。圖4-5 水泵 電機(jī)控制 整體如圖4-6所示。圖4-6 電路原理圖制版圖的繪制打開protel 99 se,在新建文件中選擇Wizards,創(chuàng)建

31、一個(gè)2層的印制板,根據(jù)已經(jīng)生成的原理圖,在元件封裝庫中選擇合適的封裝件,按照一點(diǎn)的順序合理的布置安放到電路板中,然后將個(gè)元件用導(dǎo)線在TopLayer和Bottomlayer這兩層連接起來,在布置導(dǎo)線的時(shí)候,注意不要交叉,合理布局。最后將接電源線和接點(diǎn)線加粗,如圖4-7所示。 圖4-7 制版圖第五章 制冰機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1制冰機(jī)控制過程概述開機(jī)后啟動壓縮機(jī),水泵,開始制冰;制冰過程中,讀取溫度傳感器所測溫度,達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后,壓縮機(jī),水泵停止,熱汽閥開啟,同時(shí)電機(jī)開始帶動噴水器轉(zhuǎn)動一定角度,開始落冰過程;經(jīng)過一段時(shí)間后大約1min后,電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動噴水器轉(zhuǎn)動到水平位置,檢測儲冰盒是否滿如果不滿

32、繼續(xù)制冰,否則停止制冰。圖5-1程序流程圖5.2 溫度檢測利用AD590溫度傳感器以及ADC0832,A/D轉(zhuǎn)換器來讀取溫度,ADC0832的時(shí)序圖。圖5-2 ADC0832的時(shí)序圖溫度讀取程序:WEDU:ADCS BIT P3.5; 使能接口,ADCLK BIT P3.4; 時(shí)鐘接口,ADDO BIT P3.3; 數(shù)據(jù)輸出接口,ADDI BIT P3.3; 數(shù)據(jù)輸入接口,SETB ADDI; 初始化通道選擇NOPNOPCLR ADCS; 拉低/CS端NOPNOPSETB ADCLK; 拉高CLK端NOPNOPNOPCLR ADCLK; 拉低CLK端形成下降沿1NOPNOPSETB ADCLK

33、;NOPNOPCLR ADCLK; 拉低CLK端形成下降沿2CLR DINOPNOPSETB ADCLK;NOPNOPCLR ADCLK 拉低CLK端形成下降沿3 SETB DI 確定通道選擇CH0NOPNOPMOV R7 , #8; 準(zhǔn)備送下后8個(gè)時(shí)鐘脈沖AD_1:MOV C , ADDO ; 接收數(shù)據(jù)MOV ACC.0 , CRL A ; 左移一次SETB ADCLKNOPNOPCLR ADCLK ; 形成一次時(shí)鐘脈沖NOPNOPDJNZ R7 , AD_1 ; 循環(huán)8次MOV C, ADDO ; 接收數(shù)據(jù)MOV ACC.0 , CMOV 40H , AMOV R7 , #8SETB AD

34、CS ; 拉高/CS端CLR ADCLK ; 拉低CLK端SETB ADDO ; 拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)RET5.3 整體程序控制ORG 00HZHIBING:SETB P1.3 壓縮機(jī)工作SETB P1.0 水泵工作SETB P1.2 進(jìn)水閥工作溫度檢測程序MOV A, 1010HCJNE A, 40H, WENDU; 看是不是預(yù)設(shè)溫度相同,不同則重測溫CLR P1.0 ; 關(guān)水泵CLR P1.2 關(guān)進(jìn)水閥SETB P0.2 電機(jī)正轉(zhuǎn)L1:MOV C, P0.1; JNC L1; 檢測P0.1的值若為1,電機(jī)停轉(zhuǎn) CLR P0.2;SETB P1.1; 開啟熱氣閥DELAY5S: 延時(shí)50

35、秒 PUSH 04H PUSH 05H PUSH 06H MOV R4,#50 DELAY5S_0: MOV R5,#200 DELAY5S_1: MOV R6,#245 DJNZ R6,$ DJNZ R5,DELAY5S_1 DJNZ R4,DELAY5S_0 POP 06H POP 05H POP 04HDJNZ 0AH ,DELAY5S:RETCLR P1.1; 關(guān)閉熱氣閥SETB P0.3; 電機(jī)反轉(zhuǎn) DEL:MOVR7,#10DEL1: MOVR6,#200 DEL2: MOVR5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R6,DEL2DJNZ R7,DEL1 RET 延時(shí)1秒CLR

36、 P0.3; 電機(jī)停轉(zhuǎn)MOV C ,P0.0; 檢測儲冰盒滿否JNC C , ZHIBING; CLR P1.3;END5.4 抗干擾措施為提高系統(tǒng)抗干擾性和系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性,采取了以下措施:l、系統(tǒng)電源與驅(qū)動電源隔離制冰機(jī)系統(tǒng)工作時(shí),水泵、進(jìn)水閥、熱汽閥工作電壓均為交流220VAC,磁開關(guān)啟停頻繁,如果采用同一電源為系統(tǒng)供電,則因公共阻抗的相互耦合及電源的相互耦合使系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。系統(tǒng)采用了分離供電方案,即AT89C51為VCC,驅(qū)動控制電源為+5VDC。這樣大大提高了系統(tǒng)電源的可靠性,地隔離采用光電耦合器TLP52l-4,一方面實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)電源與驅(qū)動電源地隔離;另一方面又很好地抑制了

37、尖峰脈沖和各種噪聲干擾,并且大大提高系統(tǒng)的信噪比。該系統(tǒng)采用了系統(tǒng)電源與驅(qū)動電源隔離的措施后解決了磁開關(guān)頻繁啟停導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象,提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。2 睡眠抗干擾 CPU 有95以上的時(shí)間睡覺。在制冰機(jī)的工作循環(huán)過程中,磁開關(guān)的頻繁啟停與轉(zhuǎn)換均由指令來完成,指令執(zhí)行之后,必然引起強(qiáng)烈的干抗,這些干擾不能作為隨機(jī)干擾,它們與軟件完全相關(guān)。為此可在執(zhí)行I/O操作之后,使CPU立即進(jìn)入睡眠狀態(tài),等下一次CPU醒過來時(shí),干擾的高峰已消失,從而提高了系了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。3 系統(tǒng)恢復(fù)T0一且產(chǎn)生溢出,說明程序退出死循環(huán),應(yīng)轉(zhuǎn)向主程序進(jìn)一步分析制冰機(jī)各工作階段所設(shè)立的標(biāo)志,將系統(tǒng)球快恢到工作狀

38、態(tài)。出錯(cuò)處理程序:ER: CLR EAMOV DPTR # NEXT :PUSH DPLPUSH DPHRET1 清除高緞中斷激活標(biāo)志NEXT:MOV 66H,#0AAH :重建E電標(biāo)志MOV 67H #55HCLR A :準(zhǔn)備復(fù)位地址PUSH ACCPUSH ACCRET1 :清除低級中斷激活標(biāo)志總結(jié)本次設(shè)計(jì)就要結(jié)束了,在這幾個(gè)月的時(shí)間里,在林老師的精心指導(dǎo)下,我們設(shè)計(jì)出了家用全自動制冰機(jī)的結(jié)構(gòu)以及控制部分,基本上完成了該設(shè)計(jì)任務(wù)。從本次設(shè)計(jì)中,我們不僅充分應(yīng)用了所學(xué)的知識,更重要的還在于學(xué)到了許多課本以外的東西,以及獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我不僅開闊了眼界,增長了知

39、識,而且提高了自己的動手動腦解決實(shí)際問題的能力,鞏固加深了以前所學(xué)的知識,而且與實(shí)際聯(lián)系起來,運(yùn)用到實(shí)踐,基本上達(dá)到了理論與實(shí)踐相統(tǒng)一的要求。在設(shè)計(jì)過程中,由于經(jīng)驗(yàn)欠缺,使得設(shè)計(jì)中依舊存在欠缺。我一定會以這次設(shè)計(jì)為契機(jī),在以后的學(xué)習(xí)和工作中不斷的充實(shí)自己,鍛煉自己,以達(dá)到學(xué)有所用,為國家和社會做出更大的貢獻(xiàn)。致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲,作為一個(gè)本科生的畢業(yè)論文,由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo),以及一起工作的同學(xué)們的支持,想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在論文寫作過程中,得到了林風(fēng)云老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

40、治學(xué)精神,精益求精的工作作風(fēng),深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成,林老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo),同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷,除了敬佩林老師的專業(yè)水平外,他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣,并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向林老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母,謝謝你們!最后我還要感謝機(jī)電學(xué)院和我的母校青島大學(xué)四年來對我的栽培

41、!附圖1參考文獻(xiàn)1 徐淑華、程退安、姚萬生,單片微型機(jī)原理及應(yīng)用M,哈爾濱工業(yè)大學(xué),1997年;2 孫育才,MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M,南京工學(xué)院出版社,1986年;3 王福瑞等,單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全M,北京航空航天大學(xué)出版社,1999年;4 解煥民,制冷技術(shù)基礎(chǔ)M,機(jī)械工業(yè)出版社,1994年;5 董匯茹、劉文祥,小型全自動制冰機(jī)J,家用電器2003年第五期,pp22-24;6 張培訓(xùn)、陳夫進(jìn)、竇濤,小型噴淋式制冰機(jī)技術(shù)分析與研究J,河南科學(xué)2008年5月第五期pp14-16;7 王秀松、張毓敏、楊小燦主編,制冷技術(shù)的原理與應(yīng)用M,中國建材工業(yè)出版社,1993年;8 求實(shí)科技

42、編著,單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航M。人民郵電出版社 2004年5月;9 清源科技編著,Protel 99 SE電路原理圖與PCB設(shè)計(jì)及仿真M,機(jī)械工業(yè)出版社,2007年1月;10 鐘棟梁、劉道平、鄔志敏,制冰原理與技術(shù)發(fā)展,制冷與空調(diào)J,2007年6月第五期pp18-20;11 韓彬 編輯,電冰箱自動制冰機(jī)的設(shè)計(jì)與研究J,家用電器科技 2002年第4期,pp20-22;12 朱明善,21 世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢與展望J,暖通空調(diào),Vol.30,No2 ,pp20 - 26 ,2000;13 The Alliance for Responsible Atmospheric Poli

43、cy , HCFCs ,The Proven Solution ,2000 ,11 ;14 陳幸龍實(shí)用單片機(jī)大全M,黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1989;15 吳金戌,沈慶陽,郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M,清華大學(xué)出版社,2005;16 張彬.UGNX 4.0中文版機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例教程M,電子工業(yè)出版社,2007;17 余永權(quán),汪明慧,黃英.單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M,電子工業(yè)出版社,2006;18 周向紅.51系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐M,北京航天航空大學(xué)出版社,2005。e馬,陪F?lm嫄W壙獑?N?)?0?q?3拞屓?p勌m:b5a漬璺1疆lv0瘩艌v?2屘b瘌Tq 妋4UK袢,疀薤,A6玭$?

44、$徤?|?罪=T?G駁op1尚懇袹戦疈u圻?賡O?a?*p懡0L)w懱拽?E?/扢?9镃/潺hR烞b蔔Ye嚁劑Bb?捚?慳曥T?UFUZ!醋MM蘇g壺鰷伸?qfg%厧1t? 戯憤焿驆罳騙萡P?躀cP縮蒕?nP砫 ?C?Z豸值?橒忋喏曚NI耔nENB峢mT鸏s眑+?該|紖?!汩?膾f抙氄宨澻S箔XM竴玐訨?V?腡?,B衹絵2n吞輷匽e馬e馬,陪F?lm嫄W壙獑?N?)?0?q?3拞屓?p勌m:b5a漬璺1疆lv0瘩艌v?2屘b瘌Tq 妋4UK袢,疀薤,A6玭$? $徤?|?罪=T?G駁op1尚懇袹戦疈u圻?賡O?a?*p懡0L)w懱拽?E?/扢?9镃/潺hR烞b蔔Ye嚁劑Bb?捚?慳曥T羈8?p

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