基于單片機的智能電冰箱控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

東芝家用電器制造（南海）有限公司　羅家朗

基于單片機的智能電冰箱控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

東芝家用電器制造（南海）有限公司羅家朗

集成電路的升級和發(fā)展已經(jīng)成為當前社會發(fā)展的方向，微信計算機的功能增大，更高、更快的處理器、單片機也不斷的開發(fā)，兩者具有體積越來越小，而功能越來越強大的發(fā)展趨勢。而單片機有著在惡劣條件下能夠開發(fā)和延伸出各種功能的優(yōu)點，其在整個工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用。而且隨著單片機的開發(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)、家庭為單位的開發(fā)工程當中。隨著家用電器的不斷升級和發(fā)展，人們對于家用電器的控制要求越來越高，單片機作為可以作為家用電器的核心，實現(xiàn)人機之間的交互功能，從而更好的為人們的生活而服務(wù)。

電冰箱；單片機；智能化

1.引言

隨著集成電路的快速發(fā)展，基于單片機的電子電路已經(jīng)成為了時代的潮流，不少設(shè)備已經(jīng)從簡單的機械電路逐漸轉(zhuǎn)變成為電子電路，單片機由于其功能強大、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，成為了新一代工業(yè)化生產(chǎn)過程中智能化核心工具。在當前人們對于家用電器智能化需求越來越大時，對于電冰箱的設(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)是未來電冰箱的發(fā)展要求。而傳統(tǒng)的機械控制，不但增加了設(shè)計的時間而且在擴展上具有極大的限制。因此開發(fā)一套基于單片機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：通過制冷的壓縮機吸入蒸發(fā)器當中低溫和低壓的制冷劑，之后變成了高溫高壓的過熱蒸汽，該蒸汽具有高強度的散熱功能，而將其直接排入冷凝過程中，冷凝器之后向周圍進行空氣散熱，熱量通過迅速的傳遞形成了具有高壓的過冷液體，而此時高壓過冷液體通過了干燥過濾器之后，將其流入到毛細管節(jié)流降壓，并通過汽化的方式，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所吸入，從而形成了一個持續(xù)的循環(huán)過程，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，在各個循環(huán)的節(jié)點使用了單片機進行了控制的判斷，例如，在化霜的過程中，當單片機檢測到冰箱達到化霜的溫度時，單片機會傳遞給heater一個ON的信號，化霜加熱器開始工作，而化霜結(jié)束時，再發(fā)送OFF的信號，最終結(jié)束化霜工作。使用智能電冰箱，可以盡可能的簡短化霜時間，節(jié)約電力和機械運行時間，不然會傷存放的食品。

2.2主要功能及要求

（1）首先通過設(shè)置2個測量點，測量點設(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)置制冷劑在單片機的控制下能夠自行開關(guān)；（4）電冰箱具有測霜、除霜的功能；（5）電冰箱門開啟時間過久，單片機就會發(fā)出報警聲音；（6）電冰箱的工作電壓為180～240V。冰箱并會自動顯示電壓不足時，并會發(fā)出報警聲。

3.總體設(shè)計

3.1功能要求

本設(shè)計主要是通過液晶顯示器的溫度進行的，溫度根據(jù)設(shè)置好的溫度進行，系統(tǒng)能夠自動的控制電冰箱的工作內(nèi)容，通過不斷的更變制冷的要求實現(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)計內(nèi)容就是對溫度的控制，溫度的控制將會最終決定整個電路乃至系統(tǒng)的設(shè)計方式。傳感器采用DS18B20數(shù)字智能溫度測試，在規(guī)定的溫度范圍的測試，進行判斷是否需要增加電冰箱的制冷。通過整個系統(tǒng)的分析和制定。

4.硬件設(shè)計

4.1硬件電路的重要芯片介紹

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

4.2微處理器（單片機）

微處理控制器是整個系統(tǒng)開發(fā)的核心，其主要是通過對其的編程控制，來進行實時控制系統(tǒng)的操作。對于電冰箱而言，從其通電運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算和控制操作，因此單片機的選擇是非常重要的，而本次系統(tǒng)開發(fā)采用了微控制器AT89C51作為單片機核心。

4.3溫度傳感器

在電冰箱的控制當中，溫度傳感器是最重要的部件之一，傳統(tǒng)的傳感器通過模擬信號的方式進行測量戲，而這些很容易產(chǎn)生溫度測量不均、誤差較大、放大信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)漂移等技術(shù)溫度，要解決這些問題才能獲得較高的溫度進度。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，提升了測量精度，大約可以獲得0.1℃的測量精度。

4.4電壓檢測裝置

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

4.5功能按鍵

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

4.6故障報警電路

故障報警電路主要是通過報警裝置提示當前冰箱出現(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，外界故障以及錯誤提示等。這些提示都會給使用者更好的保護作用。

5.軟件部分

本次設(shè)計的電冰箱智能控制系統(tǒng)主要是由以下幾個部分所組成：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冰箱的主要操作流程，能夠保證整個冰箱的穩(wěn)定，并支持在分時控制冰箱的一些操作內(nèi)容，例如需要定時降溫等操作。而分子功能主要是進行一些子程序的控制，以便能夠讓系統(tǒng)進行分時操作。程序中斷程序主要是在進行系統(tǒng)的控制過程中，在規(guī)定時間內(nèi)斷開陷入死循環(huán)的程序，進而保證整個程序的穩(wěn)定進行。本程序的主要開發(fā)溫度限定在-64。C～64。C，整個程序可以直接運行7位數(shù)的程序。為了保證程序的開發(fā)穩(wěn)定，程序的實時穩(wěn)定筆者在開發(fā)過程中設(shè)定了一個字節(jié)來進行存放，通過實時的溫度比對，能夠獲得當前溫度之間的差異。

6.結(jié)論

通過本文的設(shè)計過程，可以得出如下結(jié)論：（1）使用單片機來控制電冰箱，可以做出簡單、可靠、而且自動控制能力強的產(chǎn)品，進而實現(xiàn)了電冰箱的自動控制系統(tǒng)。（2）在單片機的運行環(huán)境下，使用單片機可以抵抗各種干擾也能夠達到精度很高的運行環(huán)境。（3）本系統(tǒng)設(shè)計進行了簡化電路，提升了整個軟件的質(zhì)量。（4）本系統(tǒng)支持了多種功能擴展，可以加上語音、環(huán)境、穩(wěn)定等，進行可以提升各種智能控制。

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

［2］張鑫等.單片機原理及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

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

［4］周興華.單片機智能化產(chǎn)品——C語言設(shè)計實例詳解［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。