一種用旋鈕控制器的冰箱控制系統(tǒng)的設計

左秋杰

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

經濟的發(fā)展帶動著人們生活水平的提高，電冰箱已成為每個家庭的必需品[1]。人們對冰箱的需求也趨向于智能化、高端化，目前冰箱顯示控制方面主要采用傳統(tǒng)LED顯示屏，價格便宜、控制簡單，但缺陷明顯，UI界面單調。而大尺寸觸摸顯示屏，UI界面美觀，可以提升智能體驗感，但價格高昂。設計開發(fā)一種低成本UI界面提升方案，提高界面視覺效果，對于提升用戶體驗感、增加產品差異化賣點具有重要的意義。

目前，帶有顯示和按鍵的旋鈕控制器已在洗衣機、烤箱等家電上批量應用，該控制器可集成多種控制與顯示方案，可替代多個普通編碼器式的旋鈕功能；同時該旋鈕控制器為可編程邏輯控制器，可與下位機進行通訊和參與整機邏輯控制，滿足冰箱正常工作需求。

圖1 控制系統(tǒng)組成

1 系統(tǒng)總體設計

一種用旋鈕控制器的冰箱控制系統(tǒng)，包括單片機、旋鈕控制器電路、顯示驅動電路、按鍵檢測電路、通信電路和溫度采集電路等，如圖1所示。

溫度采集電路采集當前環(huán)境溫度，按鍵檢測電路實現(xiàn)對冰箱溫度和模式的確認，旋鈕控制器電路實現(xiàn)對溫度的設定與國內模式的選擇，顯示驅動電路實現(xiàn)對設定溫度和功能的顯示。

該設計使用S3F8S28單片機為主控芯片，根據(jù)溫度采集電路采集到的環(huán)境溫度和下位機上傳的間室空氣溫度，運用邏輯控制模塊計算得出當前工況下的開關機點和化霜時機的確定，控制冰箱相應負載進行動作，實現(xiàn)制冷需求。

2 硬件電路設計

2.1 旋鈕控制器電路

包括旋鈕控制器K1，旋鈕控制器K1的1腳與單片機的引腳連接；旋鈕控制器K1的2腳接地；旋鈕控制器K1的3腳與單片機的引腳連接；旋鈕控制器K1的1腳和3腳還與一電壓源連接，如圖2所示。

該設計采用R306EC編碼器，在旋鈕動作時，旋鈕控制器的引腳B～C之間和A～C之間會發(fā)生相位電壓變化，傳遞到單片機引腳，可觀察到高低電平的變化，從而判斷出旋鈕控制器K1的旋轉方向（逆時針旋轉或順時針旋轉）。

2.2 按鍵檢測電路

包括一按鍵K2，按鍵K2的1腳與單片機的引腳連接；按鍵K2的2腳接地，如圖3所示。

單片機根據(jù)引腳端口電平高低壓變化判斷按鍵K2是否觸發(fā)以及根據(jù)按鍵按下時長區(qū)分短/長按鍵。

2.3 顯示驅動電路

顯示驅動電路包括一LED驅動控制芯片TM1652，LED驅動控制芯片的GND腳接地； LED驅動控制芯片的VDD腳與GND之間加一去偶電容，增加芯片工作的穩(wěn)定性連接； LED驅動控制芯片的SDA腳與單片機的引腳連接；如圖4所示。

該LED驅動控制芯片，通訊方式采用異步串口通信（UART）協(xié)議，因芯片只接收單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)，僅需要單片機的一個TX端口發(fā)送數(shù)據(jù)給芯片即可，實現(xiàn)單線通訊。

2.4 通信電路

通信電路用于實現(xiàn)顯示板與下位機控制板間的通信，接收控制板上傳的有關冰箱門開關狀態(tài)、間室溫度值等信息，同時發(fā)送控制命令到控制板，驅動控制板工作。如圖5所示。

2.5 溫度檢測電路

溫度檢測電路通過溫度傳感器對冰箱所處環(huán)境溫度進行檢測，并傳輸至單片機，單片機根據(jù)環(huán)境溫度匹配制冷參數(shù)，指導冰箱工作。溫度檢測電路如圖6所示。

圖2 旋鈕控制器電路

圖3 按鍵檢測電路

圖4 顯示驅動電路

3 系統(tǒng)軟件設計

該控制系統(tǒng)采用軟件模塊化設計方法，控制程序主要由系統(tǒng)初始化、溫度值采集、按鍵檢測、顯示數(shù)據(jù)準備、通信數(shù)據(jù)處理、邏輯控制、中斷服務程序等組成。

系統(tǒng)接通電源后，主程序完成內存、系統(tǒng)配置、變量等的初始化后，液晶屏初始化為初始設定溫度和功能。此時掃描按鍵是否按下以及被按下時長，如果是則執(zhí)行相應操作。當旋鈕控制器感受到旋動時會產生信號，二者將采集到的信息發(fā)送給單片機，單片機將得到的信息送入邏輯控制模塊，生成控制命令，通過通信電路再發(fā)送到控制板驅動冰箱相應負載工作。

中斷服務程序主要實現(xiàn)編碼器旋轉方向的判斷、程序基準時間的產生。該程序由單片機控制定時器每隔1 ms產生一次定時器中斷。

控制系統(tǒng)的軟件設計流程圖如圖7所示。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)按照硬件電路設計圖連接各模塊，并完成程序編寫和燒錄 ，最后完成本系統(tǒng)的實物制作。系統(tǒng)通電后，液晶屏顯示初始化為全屏點亮2秒，然后顯示初始設定溫區(qū)與溫度，如圖8和圖9所示。

此控制系統(tǒng)主要通過旋鈕和按鍵來進行冰箱控制：

1）通過短按鍵實現(xiàn)菜單界面之間的切換：如間室溫度設定界面、特殊功能狀態(tài)（智能、速凍、速冷、冷藏就間室OF等）設定界面，如圖10所示。

2）若選定間室溫度設定界面，操作旋鈕控制器，單片機根據(jù)判斷到的旋轉方向相應調高或調低間室的設定溫度，如圖11所示。

圖5 通信電路

圖6 溫度檢測電路

圖7 軟件設計流程圖

圖8 上電初始全顯界面

圖9 初始界面：冷藏間室設定5 ℃

圖10 冷凍間室設定為-19 ℃

圖11 冷凍間室設定為-22 ℃

圖12 冷藏間室設定為關閉功能

3）若選定特殊功能狀態(tài)設定界面，操作旋鈕控制器，單片機根據(jù)判斷到的旋轉方向相應打開或關閉相應功能，并按照當前功能下的控制規(guī)則運行，如圖12所示。

4）若連續(xù)一定時間內無旋鈕動作和按鍵操作，屏幕將啟動鎖定，鎖定后，再執(zhí)行旋鈕動作和按鍵操作都將失效，即不再調整溫度設定值和設定特殊功能的狀態(tài)。

5）若屏幕鎖定后的一定時間內，無旋鈕動作和按鍵操作，屏幕將熄滅，后旋鈕動作或按鍵操作都將點亮顯示屏。

6）屏幕鎖定后，長按按鍵，可解除鎖定。

5 結論

本文通過設置按鍵檢測電路和旋鈕控制器電路實現(xiàn)控制指令的輸入，單片機根據(jù)引腳端口的高低電平變化來判斷指令類型，實現(xiàn)對冰箱的控制。此系統(tǒng)通過新技術的轉化、開發(fā)和應用，形成一套全新集成顯示和按鍵一體化設計的編碼器產品，操作直觀簡單、界面友好，在有限成本變化的前提下給用戶帶來最直觀的產品體驗提升。