基于PIC單片機(jī)冰箱部分功能的控制

張嵩， 劉光利， 馬巖， 高琳

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春130022）

1 引 言

PIC 單片機(jī)（Peripheral Interface Controller）是一種用來可開發(fā)的去控制外圍設(shè)備的可編程集成電路。由美國(guó)Microchip（微星）公司推出的PIC 單片機(jī)系列產(chǎn)品，首先采用了RISC 結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD 驅(qū)動(dòng)能力和低價(jià)位OTP（一次性編程）技術(shù)等都體現(xiàn)出單片機(jī)產(chǎn)業(yè)的新趨勢(shì)。現(xiàn)在PIC 系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場(chǎng)的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機(jī)市場(chǎng)，據(jù)稱已從1990 年的第20 位上升到目前的第二位。PIC 單片機(jī)從覆蓋市場(chǎng)出發(fā)，已有三種（又稱三層次）系列多種型號(hào)的產(chǎn)品問世，所以在全球都可以看到PIC 單片機(jī)從電腦的外設(shè)、家電控制、電訊通信、智能儀器、汽車電子到金融電子各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)今的PIC 單片機(jī)已經(jīng)是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。本文用的16f690 就是一種應(yīng)用廣泛的8 位單片機(jī)。

2 冰箱的主要功能及工作原理

冰箱一般具有制冷、保溫和控制溫度3 項(xiàng)基本功能，隨著科技水平的快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于冰箱的保鮮功能也提出了更高的要求。保鮮時(shí)間要長(zhǎng)久、營(yíng)養(yǎng)不能流失、隔斷之間不能串味、冷藏室不能有異味等，都成為購(gòu)買冰箱的最基本要求。

冰箱是利用電能通過壓縮機(jī)使制冷劑不斷循環(huán)，通過制冷劑狀態(tài)的改變把冰箱內(nèi)的熱量不斷帶到冰箱外散發(fā)掉，為了保持冰箱內(nèi)的溫度，我們用箱體和門體的發(fā)泡層及門封條隔熱。同時(shí)為了使冰箱內(nèi)保持所需要的溫度，我們用溫控器來控制冰箱內(nèi)溫度的高低，并控制壓縮機(jī)的開、停機(jī)及照明功能。冰箱的整個(gè)制冷過程如圖1 所示。

圖1 冰箱的制冷過程示意圖

本文通過C 語(yǔ)言程序的編寫實(shí)現(xiàn)對(duì)冰箱的以下幾項(xiàng)功能的控制：

（1）冰箱門的開和關(guān)控制著冰箱內(nèi)部燈的亮滅，并且冰箱關(guān)門后保鮮模塊開1h；

（2）當(dāng)冷凍傳感器值>18 或冷藏傳感器值>18 時(shí)，壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)分別開機(jī)，這時(shí)輸出PWM 為100Hz。當(dāng)冷凍傳感器值<25 并且冷藏傳感器值<25 時(shí)，壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)分別關(guān)機(jī)，這時(shí)輸出PWM 為40Hz；其它情況下保持原來狀態(tài)；

（3）當(dāng)壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行8h 時(shí)，開始化霜，化霜時(shí)壓機(jī)和風(fēng)機(jī)都停機(jī)。當(dāng)化霜加熱器工作30min 或蒸發(fā)傳感器值>16 時(shí)，化霜停止；

3 16f690 的主要模塊介紹

3.1 Timer0 模塊

Timer0 模塊是8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它具備以下特性：8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器寄存器（TMR0）；8 位預(yù)分頻器（與看門狗定時(shí)器共用）；可編程內(nèi)部或外部時(shí)鐘源;可編程外部時(shí)鐘邊沿選擇；溢出中斷。

作為定時(shí)器使用時(shí)，Timer0 模塊可用作8 位定時(shí)器或8 位計(jì)數(shù)器。當(dāng)Timer0 作為定時(shí)器使用時(shí)，Timer0 模塊將在每個(gè)指令周期遞增（無預(yù)分頻器）。將OPTION 寄存器的T0CS 位清零可以將時(shí)鐘源選擇位內(nèi)部指令周期時(shí)鐘，即FOSC/4。當(dāng)Timer0 作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，Timer0 模塊將在T0CKI 引腳的每個(gè)上升沿遞增。遞增邊沿由OPTION 寄存器的T0SE 位決定。將OPTION 寄存器的T0CS 位置1 選擇計(jì)數(shù)器模式。特別在TMR0 被寫入時(shí)，為了計(jì)入兩個(gè)指令周期的延時(shí)，可以調(diào)整寫入TMR0 寄存器的值。

3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）模塊

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-digital Converter，ADC）可將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的10 位二進(jìn)制表征值。該系列器件采用多個(gè)模擬輸入復(fù)用到一個(gè)采樣保持電路。采樣保持電路的輸出與轉(zhuǎn)換器的輸入相連接。轉(zhuǎn)換器通過逐次逼近法產(chǎn)生10 位二進(jìn)制值，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在ADC結(jié)果寄存器（ADRESL：ADRESH）中。

4 引腳功能說明電路圖

4.1 引腳功能說明

整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先考慮的是門開關(guān)對(duì)LED燈的亮滅控制及對(duì)保鮮模塊啟動(dòng)的控制，本文將RB4 引腳作為門開關(guān)的狀態(tài)輸入引腳，將RB6 作為L(zhǎng)ED 燈的控制引腳，將RB2 作為保鮮模塊的控制引腳。RB4 置0，表明冰箱門是打開狀態(tài)，這時(shí)將RB6 置1，即LED 燈亮，當(dāng)RB4 變?yōu)? 時(shí)，說明冰箱門關(guān)閉，這時(shí)將RB6 置0 的同時(shí)把RB2 置1，啟動(dòng)保鮮模式，保鮮在開啟1h 后關(guān)閉。其次是對(duì)壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的控制，本文將RC1 作為冷凍傳感器采集數(shù)據(jù)輸入引腳；RC2 作為冷藏傳感器采集數(shù)據(jù)輸入引腳；RC3 作為壓縮機(jī)控制引腳；RC5 作為PWM 輸出引腳；RA0 作為風(fēng)機(jī)控制引腳。當(dāng)RC1 或RC2 的值大于18 時(shí)，要分別將RC3 和RA0 置1，打開壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，同時(shí)PWM 的輸出為100Hz，當(dāng)RC1 且RC2 的值小于25時(shí)，分別將RC3 和RA0 置0，關(guān)閉壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，同時(shí)PWM 的輸出為40Hz。最后是對(duì)冰箱化霜的控制，本文將RC6（低電平有效）作為化霜控制引腳，RC0 作為蒸發(fā)傳感器數(shù)據(jù)采集值輸入引腳。當(dāng)壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行8h 的時(shí)候，化霜開始即將RC6 置0，此時(shí)分別將RC3 和RA0 置0，關(guān)閉壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，同時(shí)PWM 的輸出為40Hz。當(dāng)化霜加熱器工作30min 或蒸發(fā)傳感器數(shù)據(jù)采集值大于16 時(shí)，化霜停止，即RC6 置1。

對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)中的時(shí)間控制，本文采用的是中斷函數(shù)控制，對(duì)不同的時(shí)間控制設(shè)定了不同的時(shí)間標(biāo)志位，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的控制。因?yàn)镽C0、RC1、RC2 是傳感器數(shù)據(jù)采集引腳，所以這三個(gè)引腳都設(shè)置成模擬輸入端，其余的都設(shè)置為數(shù)字輸入/輸出引腳。PIC16f690 的引腳總匯如圖2所示。

圖2 PIC16f690 引腳總匯

4.2 主要外圍電路說明

RA1 外接的是掉點(diǎn)檢測(cè)電路，該電路主要針對(duì)各種原因造成的瞬時(shí)掉電采取立即保護(hù)措施，防止來電后壓縮機(jī)的頻繁啟停對(duì)壓縮機(jī)造成損傷。RA3 外接的是復(fù)位電路，用于當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行，其中，與電阻并聯(lián)的二極管起到了加快電容放電速度的作用。RA4、RA5 是外接的晶振電路，用于給單片機(jī)提供必要的外部振蕩源。

圖3 硬件電路圖

5 程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)可以用匯編語(yǔ)言編程, 也可以用高級(jí)語(yǔ)言C、Basic 編程，也可以用圖形化語(yǔ)言編程。本文采用的是C語(yǔ)言的編程，函數(shù)的開始首先需要對(duì)引腳的端口進(jìn)行初始化，包括端口方向的設(shè)置、初值的設(shè)置以及分頻比等的設(shè)置。然后就是一個(gè)大的While 的死循環(huán)調(diào)用，這樣通過對(duì)門開關(guān)函數(shù)、壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)開關(guān)機(jī)函數(shù)以及化霜函數(shù)的調(diào)用和判斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所用功能的控制。圖4 為整個(gè)程序的控制流程圖。部分程序代碼如下：

圖4 控制流程圖

6 結(jié) 論

以PIC16f690 單片機(jī)為基礎(chǔ)，通過對(duì)各個(gè)引腳的功能分配及硬件電路的設(shè)計(jì)，對(duì)冰箱部分功能進(jìn)行了C 語(yǔ)言程序的編寫。整個(gè)程序利用軟件進(jìn)行了不斷的仿真和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰箱的LED 燈、保鮮模塊、壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)及化霜的控制。

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