智能家電基礎

家用電器基礎

與維修技術0.3單片機基礎0.4家用電器的智能控制0.3單片機基礎0.3.1概念微處理器（MPU），其功能相當于中央處理器(CPU)。第一代：(1971～1973年)Intel4004、8008；第二代：(1973～1978年)Intel8080/8085、MC6800、Z80；第三代：(1978～1981年)Intel8086、8088、MC6800；第四代：(1981～1989年)Intel80286、80386、80486，(1993年～)Intel80586(Pentium)、P6等。單片機是單片微型計算機的簡稱，它是將計算機的中央處理系統(tǒng)(CPU)、存儲器（RAM和ROM）、I／O接口器、定時器／計數(shù)器以及串行通信接口器等功能電路集成在一塊芯片上，組成一個完整的微型計算機，故名單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)，本質叫法應為微控制器（MCU）。0.3.2典型的單片機結構1.單片機的外部結構特性2.MCS-51系列存儲容量型號片內程序存儲器ROM片內數(shù)據(jù)存儲器RAM80514KB128B8031無128B87514KBEPROM128B80C514KB128B80C31無128B3.單片機性能比較（1）CPU的位數(shù)：4/8/16/32；（2）片內RAM容量，ROM容量，EPROM容量；（3）尋址范圍，片外擴展能力；（4）定時器/計數(shù)器數(shù)量及位數(shù)；（5）輸入/輸出接口線數(shù)；（6）中斷源及個數(shù)；（7）工作頻率；（8）其它附加功能：A/D轉換器、比較器、驅動器、蜂鳴器接口、PWM輸出等。4.單片機的指令系統(tǒng)（1）指令格式操作碼[操作數(shù)]；[注釋]操作碼：助記符表示的字符串，規(guī)定了指令的操作功能。操作數(shù)：參與操作的數(shù)據(jù)或地址。操作數(shù)可以有0、1、2、3個，例如傳送指令多數(shù)有兩個操作數(shù)，寫在左（前）面的稱為目的操作數(shù)，寫在右（后）面的稱為源操作數(shù)，操作碼與操作數(shù)間用空格分隔，操作數(shù)與操作數(shù)間用“，”號分隔。注釋：該條指令說明，用“；”號分隔。如：MOVA，30H；30H單元的內容送累加器A（2）單片機的尋址方式

一般根據(jù)操作數(shù)的來源進行分類尋址方式特征及尋址空間指令格式示例立即尋址指令第二字節(jié)為操作數(shù)本身，ROM中的常數(shù)，立即數(shù)﹟dataMOVA,﹟40H；A←40H直接尋址指令第二、三字節(jié)為操作數(shù)的地址碼direct,片內低128B單元、專用寄存器和RAM位地址MOVA,40H；A←（40H）寄存器尋址指令選定的工作寄存器R0～R7、A、B、DPTR、CY中的內容為操作數(shù)，加前綴@MOVA,Rn；A←Rn寄存器間接尋址指令指定的工作寄存器中的內容為操作數(shù)的地址，片內R0、R1，片外DPTR，堆棧SPMOVA,@Ri；A←(Ri)基址加變址尋址基址寄存器DPTR或PC和變址寄存器A的內容之和為操作數(shù)的地址，訪問ROM中的某個字節(jié)MOVCA,@A+DPTR；A←((A)+DPTR)相對尋址指令第二字節(jié)為跳轉地址的偏移量，值為-127～128，與PC當前內容之和為目的地址SJAMPrel；PC←PC+2+rel位尋址操作數(shù)為片內RAM20H～2FH及可位尋址的寄存器操作位的地址操作MOVC,bit；C←bit5.單片機的控制原理

在控制系統(tǒng)中，單片機作為核心器件，具有數(shù)據(jù)和信息的存儲、運算、判斷、處理等功能，通過I/O口可以輸入輸出數(shù)據(jù)和信息，在時鐘控制下，嚴格按照固定的程序運行。例如空調的溫度控制，由溫度傳感器將溫度變化轉換成電信號，放大后通過I/O口輸入單片機，單片機執(zhí)行數(shù)據(jù)處理程序，當判斷溫度高于設定溫度時，向I/O口輸出控制字。如圖所示，當P10口輸出為高電平（“1”）時，繼電器吸合，啟動壓縮機工作。使P10=1，執(zhí)行SETBP10即可；使P10=0，執(zhí)行CLRP10即可。

0.4.1控制系統(tǒng)的幾個概念1.控制系統(tǒng)與控制對象

完成控制任務需要由若干分工明確的單元協(xié)同工作，其中任何部分都不能獨立完成工作，這些為完成某項控制任務而相互聯(lián)系在一起的單元構成一個控制系統(tǒng)，簡稱為系統(tǒng)。為滿足某種要求，設備或過程按照控制規(guī)律進行工作，這些設備或過程稱為控制對象。如調光臺燈的控制對象是燈泡而不是光亮度，電風扇的控制對象是電動機而不是風速等等。

0.4家用電器的智能控制2.輸入量與輸出量

能夠進入系統(tǒng)對控制對象有影響的作用稱為輸入量。在控制系統(tǒng)中，隨輸入量發(fā)生變化的物理量稱為被控制量或輸出量。

在實際條件下，控制對象可能受許多外部作用，一般只考慮對輸出量有重大影響的有限數(shù)目的外部作用。在實際分析系統(tǒng)時，只把這些主要的外部作用，作為輸入量。從對控制對象和輸出的影響來看，輸入量可分為兩種不同的類型。一種類型的輸入量是保證控制對象的運行達到所要求的目標，這一類輸入量稱為控制量或基準量。

另一類輸入量則相反，它妨礙達到目標，這類作用稱為擾動作用或擾動量。

控制實際上就是在控制系統(tǒng)中令輸出量按照輸入量的要求變化?？刂葡到y(tǒng)按其結構可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。還可以將兩者結合起來，組成復合控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的結構是由所完成的功能決定的。1.開環(huán)控制系統(tǒng)的結構和特點開環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示，其輸出量不影響輸入量。

0.4.2控制系統(tǒng)的類型例如調光臺燈電路中，燈泡是執(zhí)行元件，電位器是驅動元件，基準量是人的感覺和調節(jié)。

2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本結構特點閉環(huán)控制系統(tǒng)把輸出量直接或間接地反饋到比較環(huán)節(jié)形成閉環(huán)結構，參與系統(tǒng)對輸出量的控制。

由于系統(tǒng)是根據(jù)負反饋原理按偏差進行控制的，因此，也叫做反饋控制系統(tǒng)或偏差控制系統(tǒng)。

采樣環(huán)節(jié)：提取出與輸出量的變化規(guī)律相同的采樣信號，由反饋通道送入比較環(huán)節(jié)(反饋)。

比較環(huán)節(jié)：采樣信號與基準輸入量進行比較(相減)，

驅動環(huán)節(jié)：再利用比較之后得到的偏差信號控制驅動環(huán)節(jié)。改變輸出給控制對象(執(zhí)行機構)的能量大小，從而抑制內部或外部擾動對輸出量的影響，維持輸出量的穩(wěn)定。3.開環(huán)與閉環(huán)控制比較0.4.3家用電器的一般控制1.溫度的開關控制2.水箱供水的閉環(huán)控制

3.程序漆控制彩燈的順噸序控制CD4夾069恢六反相柴器0.4.酬4布家用電撒器的智能嫂控制1.智能更控制系統(tǒng)阻組成（1）基酬準輸入漲人工事貧先設定的始預期控制跡目標值。（2）油數(shù)據(jù)采微集老用傳感翁器檢測紀控制系史統(tǒng)輸出登量，并罵轉換成丟單片機兆能夠接廈收的電適信號（起數(shù)字或垮模擬）辟。（3）驅尾動電路糧將單片坡機輸出的染弱信號放嚷大成控制山執(zhí)行器的它大功率信蜜號。（4）執(zhí)辱行部分卻執(zhí)行器張即控制對談象，如電叫加熱器、窩電動機、貨燈泡等。圖示，R噴1恒流，紹RP1下挖限調節(jié)，臟RP2上丑限調節(jié)。2.幾溫種傳感障器應用屆電路（1）辭用熱敏食晶體管研檢測溫什度的采轟樣電路（2）濕宏敏器件的扒基本應用輔電路圖示，電金阻分壓，支加熱清洗方。（3）鋤SnO側2氣敏寸傳感器圖示，財SA1敏或SA擋2手動張啟動排心風扇。（4）透尸射式光耦堪合器制造大煙霧報警紫器圖示，緒IC9肥561英報警聲柏電路。3.驅動鞠電路（1）胖開關方汁式的驅偵動電路圖示，乘固態(tài)繼歇電器（街SSR剩），全姥固態(tài)過粥零型固恒態(tài)繼電蘋器（P漏SSR拆）。（2）晶渣閘管調壓炭控制驅動釀電路（過欄零觸發(fā)）（3）奔調頻控制驅朱動電路（4）貓顯示裝轎置驅動捏電路4.家用攝電器智能匆控制實例（1）蜓洗衣機艦電路單片機侍：DJ而200種1為4鹽位。開關信俯號接口裕：工作設姜定開關洞SB1矩～SB駝4，蓋孝開關。輸出接存口：模擬信眾號接口漸：救A/D派轉換。（2）嘴電飯鍋黑電路小結：1.單片機吃是單片羊微型計腹算機的就簡稱，內它是將拜計算機核的中央吉處理系狗統(tǒng)(C呈PU)榮、存儲暴器（R袋AM和播ROM思）、I走／O接次口器、閱定時器嘉／計數(shù)傻器以及倆串行通抖信接口聲器等功畝能電路模集成在賓一塊芯父片上，栽組成一田個完整舒的微型陷計算機險。2.各縮慧種單片襯機主要怒不同有治以下幾慮個方面蟲：（1）C胞PU的位丈數(shù)：4/挨8/16通/32；（2）片尼內RAM寧容量，R吼OM容量酒，EPR覽OM容量續(xù)；（3）尋喉址范圍，掙片外擴展思能力；（4）定謀時器/計思數(shù)器數(shù)量也及位數(shù)；（5）輸佛入/輸出島接口線數(shù)否；（6）摘中斷源豆及個數(shù)紗；（7）工境作頻率；（8）幻玉其它附屈加功能徒：A/凳D轉換匪器、比死較器、院驅動器捕、蜂鳴儲器接口千、PW疤M輸出闊等。3.在控慚制系統(tǒng)中妻，單片機低嚴格按照僚固定的程稀序運行。訓根據(jù)輸入之接口的輸撕入信息通繳過輸出接翼口輸出“幻玉0”或“閥1”控制盼信號，控宇制執(zhí)行元啊件工作。例如空炎調的溫殊度控制岸，由溫鳳度傳感惑器將溫傭度變化桃轉換成厭電信號筋，放大案后通過默I/O槳口輸入嘴單片機胸，單片劇機執(zhí)行悟數(shù)據(jù)處屋理程序方，當判黃斷溫度捏高于設絲式定溫度察時，向被I/O盞口輸出績控制字拖。當輸宿出為高呢電平（魂“1”色）時，放繼電器誘吸合，滋啟動壓走縮機工蹄作。當告輸出為智低電平包（“0攏”）時俊，繼電交器釋放捧，壓縮賤機停止聚工作。4.漫控制分初開環(huán)控礙制和閉辨環(huán)控制薄，閉環(huán)哥控制由?；鶞?、冤采樣、棚比較、害驅動、羅執(zhí)行幾躍個環(huán)節(jié)怠組成。5.順序蹦控制就是割按時間順唇序完成各腎項功能。作業(yè)題寶：1.什掠么是單群片機？2.不同輔單片機的幼主要區(qū)別幕是什么？3.以洗投衣機為例清說明什么洽叫順序控霧制。4.畫叼圖說明池用MC從-51予單片機跡控制燈答泡亮滅位的原理些。0.5還單儉片機與蓄家用電咐器的接窗口電路單片機要陶接受來自獨家用電器晶的各種狀負態(tài)信號，擠同時又將艙控制信號超送出，以蠅驅動有關記部件工作觸，因此接瘦口非常重翼要。本節(jié)含重點介紹讓單片機與綁家用電器欄之間的輸入、輸歪出接口，律顯示接口圍，功率驅蜻動接口和巷磁控管接劇口電路的亡工作原遭理。0.5.毒1輸入信號缸接口1.開紅關信號更接口(1)險門或苦蓋開關味接口開關信號營主要來自辜電冰箱、籍洗衣機、醫(yī)微波爐、匠電烤箱等息的門開關增或蓋開關諷，其接口疾電路較為忙簡單（如斤圖所示）件。當單片撓機μPD餃7566裂內部有上狠拉電阻時度，外部電盆阻R可以不接蛋。當單片蒙機檢測到左門開關或賞蓋開關閉叫合時,輸貌入電平為涉0，控制挽家用電器杰工作。否賭則，輸入堅電平為1踏，家用電孤器停止工汽作。(2)捆過壓、映過流信脂號接口在家電羨產(chǎn)品中非，有時辯需對負咽載能力牽和輸出住控制電譽路的電燦壓進行杏控制，緣瑞以免引簽起家電濁產(chǎn)品的征損壞。表過壓信夾號接口饑的原理盞圖如圖襯，過流戀信號接今口與過弓壓信號浩接口的狐差別是銳過流信犬號接口份電路用免電流互聯(lián)感器TB代替了巾過壓信螺號接口吹的變壓胃器T。2.模擬信血號接口(1)趟溫度信新號接口在電熱器襯具、制冷縱空調等家冊電產(chǎn)品中題，一般采割用熱敏三奶極管對溫薯度進行檢銷測。溫度抄信號為模翼擬信號，處需要轉換虎為數(shù)字信檢號才能用糕單片機進史行處理，停因此通常金要選用含勇有A／D泰轉換器的喘單片機。掙某些單片激機中，用低比較器的功輸入端接微收檢測到紅的模擬信朝號，若單堅片機中無端A／D轉比換和比較厲器時，可更用定時計樓數(shù)器接收攪模擬溫度凝信號，但終溫度檢測封電路需有掏模擬／頻魚率轉換功茂能。1)丘溫度信停號的模麻擬接口擁電路圖中，M黑TSl0夾2為測溫屯三極管，釘比較器A1為阻抗板匹配器灑，比較稼器A2為一反等相放大窗器，這角樣A2輸出端UOUT就可接括到單片鹿機的A畫／D輸壩入端，拳利用單蓬片機內佩部的A技／D轉棋換器將漆模擬信過號轉換彼為數(shù)字車信號。擱對于常錄用的單解片機p滔PD7尚566旱，其接蛇口如左壇圖所示充。對于腸電冰箱坦、空調曬器的控陣制，可潑利用熱聞敏電阻度進行測哭溫，熱身敏電阻杜直接連火接在p稱PD7撈566相的比較蒸器Cin0～Cin3輸入端才,如右姨圖所示彼。2)溫毅度信號的毫頻率接口溫度信號扎的頻率接乳口電路如女圖所示，騎電路中，R4為限流電編阻，可使享VT2(MTS翅l02)電集電極電倆流為0.奸1mA，書以保證其納處于較好贈的測溫狀驕態(tài)，脈沖穩(wěn)發(fā)生器由誕電阻R2、R3、電位器絕RP1、RP2、電容C1和單結萄晶體管蕉VT1組成,贏脈沖頻懂率與R戶C回路始和單結娛晶體管癢VT1的峰值逢電壓有漠關，M佳TSl既02對程溫度檢嫌測后，臂將溫度落值轉換厭成一定疼頻率的訪脈沖，售再送入捧單片機原的I／金O接口瘋或定時哲計數(shù)器浸。此種撇接口電呆路可在僻電冰箱么、空調至器中得窄到應用孕。(2)痕給定信餐號模擬努接口用電位遷器RP泛選定給敢定值,蔽直接送媽入單片扇機的A搶/D輸賺入端,虧如左圖恨所示。(3)運過流信酷號模擬弓接口此接口普與開關組信號輸?shù)┤虢涌谏械倪^沙流信號泥接口相宜似,如兩右圖所狂示,圖茂中OP列為運算堪放大器敞。0.5勤.2輸出信號米接口1.開關信號俊輸出接口開關信鈔號接口斷可直接躍驅動發(fā)光騾二極管糖、繼電器、晶曬體管或例晶閘管等，如歡圖所示防。當單巷片機μPD飼7566深的I／O婦線P90輸出高好電平時章，流經(jīng)發(fā)光二邪極管VD防的電流極小，鋪不能發(fā)光隨，當P90輸潮出低電平勸時，流經(jīng)漠VD的電拾流達10弦mA，故乓VD發(fā)光領。此端口民灌入電流素可達15哭mA，輸亦出電壓9峽V，具有膨較強的負斜載能力。2.數(shù)字信通號輸出比接口(1)數(shù)晝字顯示登碼的輸獵出接口單片機I律／O線直支接到LE冷D顯示器運的陰極，留LED顯額示器采用排共陽極方危式，如圖智所示。這針是由于單自片機的I涼／O線可櫻允許10株mA的灌腐入電流，盾而拉出電優(yōu)流僅5m構A。(2)累鍵盤掃秧描碼的挪輸出接坦口在鍵盤縫掃描碼秘的輸出住接口電蠅路中，冰Pl00～P102I/O負線是掃陶描碼的愚輸出端支，P10～P13I／O蜓線用于粗接收鍵懸盤的按葬鍵信號財，如圖揮所示。(3)D逃／A轉換嗽的數(shù)字輸孫出接口為進行數(shù)傘字／模擬斑信號的轉櫻換，一般償將數(shù)字送慘到I／存O接口，須而在端口錄外加電阻除解碼網(wǎng)絡摸(T型網(wǎng)詞絡)來產(chǎn)昂生模擬信蒙號。在D登／A轉換另的數(shù)字輸標出接口中指，Pl00用于輸出稀數(shù)字的最與高位，P103用于輸出碗數(shù)字的最昂低位。如汁右圖所示儲。0.5效.3集功率事驅動接剝口單片機是搭微電子器富件，輸出緣瑞的信號功師率很小，團要驅動大乎功率的加蝕熱元件(羽如電飯鍋也中的加熱裕元件等)返和電動機城(如洗衣綢機中的洗隨滌與脫水警電動機，霉電冰箱與腹空調器的胖壓縮機電西動機等)耍，就需要婚兩者相互吵匹配的中勻間電路，銳此種電路碼就是功率麥驅動接口成。1.電動機椒驅動接寫口(1)開禁關控制方最式在電冰箱爛與空調器讀中，壓縮脾機的工作門是由電動緩機帶動的煉，因負載費較大，在跳低速運行蔥時易燒壞能電動機。拜因而壓縮努機電動機步的控制采另用開關方千式。在壓縮渴機電動棟機的控霞制接口匯電路中逃，有兩黎種控制桌接口電搖路；直親接邏輯備電平耦轉合電路氧和光電拘耦合電奪路，如須圖所示悅。(2)調壓控糟制方式空調器中憲的風扇電動謊機、落地扇等，去可以利用調包壓控制方式調節(jié)渣電動機轉速械。此方式的接繳口電路如圖所賠示。圖中，上嫁面—種是典型炮的電容運轉電動菌機調速電路。主要由光廈電耦合器比OC1、勵雙向晶閘漠管VS，壩和電動機宏M1組成屠。下面一肝種接口同午上面一種掀基本相同那，但電動已機啟動電粒路不一樣懼：當VS鞏2導通后遠，流經(jīng)電雷動機主繞寒組電流較誓大，在R7上產(chǎn)生后較大的壓停降，使V辜S2導通徑，副繞組棕得電，這戀時電機啟略動運行?？入妱訖C啟虎動完成后慕，主繞組庭電流趨于粉穩(wěn)定(比捐啟動電流塔小)，V織S2截止士，這時只替有主繞組再參與運行壓。2.加熱器件幫驅動接口在加熱脆器件的電驅動接聲口中，恨有以下激三種接掘口形式壤：(1)最酬上面一種劉接口形式當I／扛O輸出像低電平洋“0”激時，雙押向晶閘勤管VS1導通，加煙熱絲通電挖加熱，當野單片機輸桑出高電平男“1”時統(tǒng)，雙向晶側閘VS1截止，加撤熱絲停止亭加熱。(2)思中間一氧種接口膽形式當單片農(nóng)機輸出半高電平及時，晶哨體管V隊T1導通，觸換發(fā)VS2導通，加澆熱絲加熱縣，當單片若機輸出低至電平時，票VT1、VS2均截止，喚加熱絲停姻止加熱。(3)團最下面早一種接匙口形式單片機閥輸出高心電平時蘋，發(fā)光秧二極管晌VD2無電流通以過，不發(fā)挎光，光敏禿三極管攀VT2截止，雙蛇向晶閘管寇VS3導通，術加熱絲告進行加轎熱，單貫片機輸騰出低電饒平時，統(tǒng)VT2導通，V與S3截止，加裳熱絲停止猛加熱。加熱器剪件的驅葛動接口喘電路0.5穗.4顯示器恥接口當顯示字庸形時，a漠～g各段匹相應段應堤通過電流希，如顯示煌“0”時予，LED光的a、b忠、d、e所、f段均朱應通過電匠流，而g場段不能通選過電流。在家電產(chǎn)妨品(如洗糞衣機、空怠調器等)置中，有時蓄需顯示有跌關狀態(tài)，聾如溫度、童時間等。申現(xiàn)在廣泛驚應用的是次發(fā)光二極蹲管顯示器鬧(發(fā)光二融極管七段信顯示器)慘。發(fā)光二腥極管顯匹示器有穗共陰極嘉和共陽對極兩種振結構，齡如圖所隨示。在數(shù)不同的讀場合可謀以選擇租相應的芹結構，柄以組成普較好的辮邏輯系恨統(tǒng)。0.5碑.5磁控管接氧口磁控管宮是微波帝爐的心縱臟，因輛工作電蜜壓較高堤，單片睜機不可貢能直接巾進行控您制，而債是采用誓對磁控杰管的高外壓變壓麥器一次耀側進行它開關控節(jié)制。磁控管濁的接口蝦電路如航圖所示弄。當I麻／O線怒輸出低步電子時演，固態(tài)驢繼電器辛接通變肚壓器初堤級線圈尾，次級達產(chǎn)生高訪壓，磁述控管工鬼作；當演單片機只I／O標線輸出巖高電平排時，高炮壓變壓甩器初級泥斷開，次磁控管葵因不得蒜電而停余止工作。小結：1.輸云入接口（1）武開關輸申入接口策將傳明感器的遠采樣信卻號經(jīng)電蚊壓比較皺器輸出疊高電平?jīng)觥?”憑或低電膽平“0美”，直賴接與單羨片機數(shù)剛字輸入厚接口相譽接。（2）跪模擬輸評入接口卻將傳太感器的墓采樣信威號經(jīng)比宋較放大蠶器將