基于單片機(jī)的智能電冰箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

東芝家用電器制造（南海）有限公司　羅家朗

基于單片機(jī)的智能電冰箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

東芝家用電器制造（南海）有限公司羅家朗

集成電路的升級(jí)和發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的方向，微信計(jì)算機(jī)的功能增大，更高、更快的處理器、單片機(jī)也不斷的開(kāi)發(fā)，兩者具有體積越來(lái)越小，而功能越來(lái)越強(qiáng)大的發(fā)展趨勢(shì)。而單片機(jī)有著在惡劣條件下能夠開(kāi)發(fā)和延伸出各種功能的優(yōu)點(diǎn)，其在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。而且隨著單片機(jī)的開(kāi)發(fā)，人們已經(jīng)從原先的工業(yè)生產(chǎn)，逐漸發(fā)展到以企業(yè)、家庭為單位的開(kāi)發(fā)工程當(dāng)中。隨著家用電器的不斷升級(jí)和發(fā)展，人們對(duì)于家用電器的控制要求越來(lái)越高，單片機(jī)作為可以作為家用電器的核心，實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的交互功能，從而更好的為人們的生活而服務(wù)。

電冰箱；單片機(jī)；智能化

1.引言

隨著集成電路的快速發(fā)展，基于單片機(jī)的電子電路已經(jīng)成為了時(shí)代的潮流，不少設(shè)備已經(jīng)從簡(jiǎn)單的機(jī)械電路逐漸轉(zhuǎn)變成為電子電路，單片機(jī)由于其功能強(qiáng)大、體積小，而且能夠在惡劣環(huán)境下依然能夠保持工作的優(yōu)點(diǎn)，成為了新一代工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中智能化核心工具。在當(dāng)前人們對(duì)于家用電器智能化需求越來(lái)越大時(shí)，對(duì)于電冰箱的設(shè)備、溫度、提醒等控制也提出了更多的期望和要求，多功能和智能化發(fā)展已經(jīng)是未來(lái)電冰箱的發(fā)展要求。而傳統(tǒng)的機(jī)械控制，不但增加了設(shè)計(jì)的時(shí)間而且在擴(kuò)展上具有極大的限制。因此開(kāi)發(fā)一套基于單片機(jī)的電冰箱溫度控制系統(tǒng)具有非常重要的意義。

2.電冰箱的基本介紹

2.1電冰箱基本原理

普通電冰箱：通過(guò)制冷的壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器當(dāng)中低溫和低壓的制冷劑，之后變成了高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，該蒸汽具有高強(qiáng)度的散熱功能，而將其直接排入冷凝過(guò)程中，冷凝器之后向周圍進(jìn)行空氣散熱，熱量通過(guò)迅速的傳遞形成了具有高壓的過(guò)冷液體，而此時(shí)高壓過(guò)冷液體通過(guò)了干燥過(guò)濾器之后，將其流入到毛細(xì)管節(jié)流降壓，并通過(guò)汽化的方式，吸收周圍被冷卻物品的大部分熱量，使其的溫度降低到所需值，而汽化的制冷劑又被壓縮機(jī)所吸入，從而形成了一個(gè)持續(xù)的循環(huán)過(guò)程，如下圖所示：

智能電冰箱的工作原理和普通電冰箱的原理基本一致，其主要的差別在于，在各個(gè)循環(huán)的節(jié)點(diǎn)使用了單片機(jī)進(jìn)行了控制的判斷，例如，在化霜的過(guò)程中，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到冰箱達(dá)到化霜的溫度時(shí)，單片機(jī)會(huì)傳遞給heater一個(gè)ON的信號(hào)，化霜加熱器開(kāi)始工作，而化霜結(jié)束時(shí)，再發(fā)送OFF的信號(hào)，最終結(jié)束化霜工作。使用智能電冰箱，可以盡可能的簡(jiǎn)短化霜時(shí)間，節(jié)約電力和機(jī)械運(yùn)行時(shí)間，不然會(huì)傷存放的食品。

2.2主要功能及要求

（1）首先通過(guò)設(shè)置2個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)設(shè)置可以設(shè)置在室溫范圍，差異幅度為±0.5°C；（2）在單片機(jī)中設(shè)置控制溫度、冷藏溫度以及冷凍食物溫度的參數(shù)和控制按鈕；（3）設(shè)置制冷劑在單片機(jī)的控制下能夠自行開(kāi)關(guān)；（4）電冰箱具有測(cè)霜、除霜的功能；（5）電冰箱門開(kāi)啟時(shí)間過(guò)久，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音；（6）電冰箱的工作電壓為180～240V。冰箱并會(huì)自動(dòng)顯示電壓不足時(shí)，并會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。

3.總體設(shè)計(jì)

3.1功能要求

本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)液晶顯示器的溫度進(jìn)行的，溫度根據(jù)設(shè)置好的溫度進(jìn)行，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的控制電冰箱的工作內(nèi)容，通過(guò)不斷的更變制冷的要求實(shí)現(xiàn)溫度的設(shè)定。

3.2方案論證

根據(jù)本文的系統(tǒng)要求，本系統(tǒng)最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是對(duì)溫度的控制，溫度的控制將會(huì)最終決定整個(gè)電路乃至系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。傳感器采用DS18B20數(shù)字智能溫度測(cè)試，在規(guī)定的溫度范圍的測(cè)試，進(jìn)行判斷是否需要增加電冰箱的制冷。通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的分析和制定。

4.硬件設(shè)計(jì)

4.1硬件電路的重要芯片介紹

整個(gè)硬件控制電路的主要芯片如下所示：主要是由各種開(kāi)關(guān)、電壓檢測(cè)裝置和溫度的感應(yīng)和控制按鈕組成，當(dāng)然在其中作為主要控制的是單片機(jī)以及除霜裝置和故障報(bào)警裝置。

4.2微處理器（單片機(jī)）

微處理控制器是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心，其主要是通過(guò)對(duì)其的編程控制，來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的操作。對(duì)于電冰箱而言，從其通電運(yùn)行直至下一次停電恢復(fù)，電冰箱智能控制器需要大量的運(yùn)算和控制操作，因此單片機(jī)的選擇是非常重要的，而本次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用了微控制器AT89C51作為單片機(jī)核心。

4.3溫度傳感器

在電冰箱的控制當(dāng)中，溫度傳感器是最重要的部件之一，傳統(tǒng)的傳感器通過(guò)模擬信號(hào)的方式進(jìn)行測(cè)量戲，而這些很容易產(chǎn)生溫度測(cè)量不均、誤差較大、放大信號(hào)不穩(wěn)定，出現(xiàn)漂移等技術(shù)溫度，要解決這些問(wèn)題才能獲得較高的溫度進(jìn)度。為此筆者采用了一款數(shù)字溫度傳感器DS1820，該傳感器在原有的基礎(chǔ)上，提升了測(cè)量精度，大約可以獲得0.1℃的測(cè)量精度。

4.4電壓檢測(cè)裝置

電壓檢測(cè)裝置的采用，起到了保護(hù)系統(tǒng)的作用，由于家用的電壓有可能會(huì)出現(xiàn)各種變化，電壓的穩(wěn)壓作用是電壓檢測(cè)裝置必須的功能，而為了提升電壓的檢測(cè)靈敏性，筆者WB系列電壓越限報(bào)警傳感器，使用該傳感器會(huì)以電壓隔離傳感器作為主要檢測(cè)基礎(chǔ)，通過(guò)增加比較電路、基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路等檢測(cè)主要回路的交流、直流電壓的運(yùn)行，并通過(guò)與原先設(shè)定的電壓上下限的值進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)高于或者低于限定值，就將錯(cuò)誤提示給故障報(bào)警器。并采用及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施：例如關(guān)閉壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)、關(guān)閉電源等操作，保護(hù)整個(gè)電路的穩(wěn)定，不受到短路、斷路等電路影響。

4.5功能按鍵

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了方便使用者對(duì)于冰箱的控制，按鈕盡可能的減少，其主要的按鍵電路僅僅有3個(gè)，即兩個(gè)與非門構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器組成。在程序設(shè)置上，當(dāng)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)獲得按鍵的主要設(shè)置。而按鍵松開(kāi)，或者多次按下，單片機(jī)通過(guò)顯示器顯示出各種選擇的方式。其他兩個(gè)按鍵主要是向上增加或者向下減少。

4.6故障報(bào)警電路

故障報(bào)警電路主要是通過(guò)報(bào)警裝置提示當(dāng)前冰箱出現(xiàn)的故障，該裝置能夠顧提示出電冰箱的所有故障內(nèi)容，例如自身故障，外界故障以及錯(cuò)誤提示等。這些提示都會(huì)給使用者更好的保護(hù)作用。

5.軟件部分

本次設(shè)計(jì)的電冰箱智能控制系統(tǒng)主要是由以下幾個(gè)部分所組成：主流程控制系統(tǒng)、分子功能控制系統(tǒng)、程序中斷服務(wù)控制系統(tǒng)。主流程控制主要是掌握整個(gè)冰箱的主要操作流程，能夠保證整個(gè)冰箱的穩(wěn)定，并支持在分時(shí)控制冰箱的一些操作內(nèi)容，例如需要定時(shí)降溫等操作。而分子功能主要是進(jìn)行一些子程序的控制，以便能夠讓系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)操作。程序中斷程序主要是在進(jìn)行系統(tǒng)的控制過(guò)程中，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)陷入死循環(huán)的程序，進(jìn)而保證整個(gè)程序的穩(wěn)定進(jìn)行。本程序的主要開(kāi)發(fā)溫度限定在-64。C～64。C，整個(gè)程序可以直接運(yùn)行7位數(shù)的程序。為了保證程序的開(kāi)發(fā)穩(wěn)定，程序的實(shí)時(shí)穩(wěn)定筆者在開(kāi)發(fā)過(guò)程中設(shè)定了一個(gè)字節(jié)來(lái)進(jìn)行存放，通過(guò)實(shí)時(shí)的溫度比對(duì)，能夠獲得當(dāng)前溫度之間的差異。

6.結(jié)論

通過(guò)本文的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以得出如下結(jié)論：（1）使用單片機(jī)來(lái)控制電冰箱，可以做出簡(jiǎn)單、可靠、而且自動(dòng)控制能力強(qiáng)的產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了電冰箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)。（2）在單片機(jī)的運(yùn)行環(huán)境下，使用單片機(jī)可以抵抗各種干擾也能夠達(dá)到精度很高的運(yùn)行環(huán)境。（3）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)化電路，提升了整個(gè)軟件的質(zhì)量。（4）本系統(tǒng)支持了多種功能擴(kuò)展，可以加上語(yǔ)音、環(huán)境、穩(wěn)定等，進(jìn)行可以提升各種智能控制。

［1］求是科技.8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

［2］張?chǎng)蔚?單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［3］譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第三版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［4］周興華.單片機(jī)智能化產(chǎn)品——C語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)例詳解［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

羅家朗（1986－），男，廣東羅定人，大學(xué)本科，主要研究方向：電子技術(shù)在家電中的應(yīng)用。