孫振偉，劉云潔

（河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院河南平頂山467000）

多年來(lái)電冰箱在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上一直作為儲(chǔ)物、保鮮的空間，人們對(duì)于電冰箱的需求也是最基本的冷凍、凍藏等功能。近年來(lái)，隨著家用電冰箱的普及以及80后主流消費(fèi)群體的迅速崛起，人們對(duì)電冰箱的性能要求越來(lái)越高，加速了對(duì)電冰箱功能和需求[1]的轉(zhuǎn)型和升級(jí)，相應(yīng)地對(duì)電冰箱的控制功能要求也越來(lái)越高。

單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高，功能不斷增多和完善，加之具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此，廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域，基于AVR單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)把單片機(jī)技術(shù)充分利用在電冰箱的控制系統(tǒng)上，為現(xiàn)代電冰箱的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)出的電冰箱控制系統(tǒng)以AVR單片機(jī)為核心，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)2部分。整個(gè)系統(tǒng)具有以下功能：

1）定期檢測(cè)電冰箱內(nèi)冷凍室和冷藏室的溫度，通過(guò)鍵盤人工給定冷凍室及冷藏室溫度，并顯示出設(shè)定值；

2）定期檢測(cè)霜厚，當(dāng)霜厚達(dá)到3 mm時(shí)自動(dòng)除霜；

3）定期檢測(cè)工作電壓，并進(jìn)行超限報(bào)警、禁止壓縮機(jī)工作；

4）定期檢測(cè)門開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并進(jìn)行開(kāi)門延時(shí)2 min報(bào)警；

5）單片機(jī)判斷冷凍室及冷藏室檢測(cè)到的溫度是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，并作出對(duì)壓縮機(jī)的啟、停操作，制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)3 min后方能再啟動(dòng)；

6）通過(guò)鍵盤人工給定連續(xù)速冷時(shí)間值，并顯示出設(shè)定值，單片機(jī)判斷速冷時(shí)間是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，并作出速冷操作處理；

7）利用顯示電路顯示系統(tǒng)中的各種狀態(tài)。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

基于AVR的電冰箱控制系統(tǒng)[2]的硬件組成框圖如圖1所示，主要包括AVR單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、檢測(cè)電路、報(bào)警電路、控制電路、時(shí)鐘及復(fù)位電路、功能鍵及顯示電路等的部分。

圖1 控制系統(tǒng)的硬件組成框圖Fig.1Hardware block diagram of control systems

AVR單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部件。由于其具有高速、低耗、保密、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)、家用電器、智能玩具、便攜式智能儀表和機(jī)器人制作等領(lǐng)域，使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提升，故障率低，可靠性高，成本低廉。

A/D轉(zhuǎn)換器即模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。該設(shè)計(jì)采用的是ADC0809[3]，是M美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。

檢測(cè)電路主要完成電冰箱內(nèi)冷凍室和冷藏室的溫度檢測(cè)、霜厚檢測(cè)、工作電壓檢測(cè)、門開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)等工作，并把相應(yīng)的信息傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理。檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)包括冷凍室及冷藏室溫度檢測(cè)、霜厚檢測(cè)、電源電壓檢測(cè)和開(kāi)門狀態(tài)檢測(cè)等電路的設(shè)計(jì)。

溫度檢測(cè)[4]電路主要是完成冷凍室溫度檢測(cè)與及冷藏室溫度檢測(cè)，霜厚檢測(cè)電路主要是檢測(cè)霜的厚度，以便當(dāng)霜厚達(dá)到3 mm時(shí)能夠自動(dòng)除霜。電源電壓檢測(cè)電路主要是檢測(cè)工作電壓，并進(jìn)行超限報(bào)警、禁止壓縮機(jī)工作。報(bào)警電路主要是電源電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到工作電壓超出限度時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。控制電路主要是控制制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、停操作。時(shí)鐘及復(fù)位電路時(shí)鐘及復(fù)位電路主要是給單片機(jī)提供時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)，保證單片機(jī)能夠正常地工作。功能鍵及顯示電路主要實(shí)現(xiàn)用鍵盤對(duì)冷凍室、冷藏室進(jìn)行設(shè)定和速冷控制設(shè)定，同時(shí)顯示設(shè)定值和設(shè)定標(biāo)志以及系統(tǒng)的各種狀態(tài)。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

基于AVR的電冰箱控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、子程序和中斷程序的設(shè)計(jì)。

1）主程序

主程序[5]是整個(gè)電冰箱的總控制程序，比如控制單元的初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示、鍵盤程序的啟動(dòng)與重復(fù)等。主程序流程框圖如圖2所示。

2）子程序

子程序包括顯示子程序、鍵盤掃描子程序、依標(biāo)志位調(diào)相應(yīng)的顯示子程序、加一及減一處理子程序、讀ADCO809通道轉(zhuǎn)換數(shù)子程序、速冷處理子程序、溫度比較并處理子程序和除霜控制子程序等8個(gè)子程序。

顯示子程序就是將顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)一位一位地從RXD端輸出給顯示器，顯示出數(shù)據(jù)和狀態(tài)。鍵盤掃描子程序具有判斷鍵盤上是否有鍵按下和判斷閉合的鍵號(hào)兩個(gè)方面的功能。

依標(biāo)志位調(diào)相應(yīng)的顯示子程序就是根據(jù)標(biāo)志位的內(nèi)容把相應(yīng)的設(shè)置數(shù)通過(guò)7段字型碼轉(zhuǎn)換后送入到顯示緩沖區(qū)去。

加一與減一處理子程序都是當(dāng)主程序判斷到是加一或減一操作時(shí)就是依標(biāo)志位將相應(yīng)的設(shè)置數(shù)加一或是減一處理。

讀ADC0809通道轉(zhuǎn)換數(shù)子程序就是啟動(dòng)ADC0809并且將轉(zhuǎn)換后的數(shù)讀入相應(yīng)的緩沖區(qū)中。

圖2 主程序流程框圖Fig.2Block diagram of main program

速冷控制子程序就是人工設(shè)定一個(gè)連續(xù)速冷時(shí)間，單片機(jī)再進(jìn)行控制，讓壓縮機(jī)連續(xù)工作時(shí)間為設(shè)定的連續(xù)速冷時(shí)間。

溫度比較并處理就是將冷凍室溫度與冷藏室溫度實(shí)際溫度的平均值與設(shè)置溫度進(jìn)行比較，若超出范圍就進(jìn)行處理，否則就返回。

除霜控制子程序就是將ADC0809轉(zhuǎn)換后的值與霜厚為3 mm時(shí)的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行比較，若小于3 mm時(shí)就不需要除霜，否則就啟動(dòng)除霜加熱絲進(jìn)行除霜。

3）中斷程序

當(dāng)中央處理器正在處理內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，外界發(fā)生了緊急情況，要求CPU暫停當(dāng)前的工作轉(zhuǎn)去處理這個(gè)緊急事件。處理完畢后，再回到原來(lái)被中斷的地址，繼續(xù)原來(lái)的工作，這樣的過(guò)程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這一功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，申請(qǐng)CPU中斷的請(qǐng)求源稱為中斷源，處理“急件”的程序被稱為中斷服務(wù)程序[6]，是事先編好的某個(gè)特定的程序。本系統(tǒng)中涉及到了T0和T1中斷服務(wù)程序。

T0中斷服務(wù)程序主要完成讀ADC0809通道的轉(zhuǎn)換數(shù)、電源電壓欠壓、過(guò)壓處理、開(kāi)門狀態(tài)檢測(cè)及處理等。

T1中斷服務(wù)程序主要完成3 min定時(shí)及根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，比較、分析、控制執(zhí)行各元件的工作。即進(jìn)行速冷處理、溫度比較并處理、霜厚控制并處理等。

2 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)出之后進(jìn)行了多次試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和功能達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，具有功能齊全、操作簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中處于較高水平，具有較高的實(shí)用和推廣價(jià)值。

[1]方言.電冰箱市場(chǎng)需求的大趨勢(shì)[J].家用電器科技，2002（7）：34-35.FANG Yan.General trend on the demand of refrigeration market[J].Science and Technology of Household Electric Appliance，2002（7）：34-35.

[2]陳延奎.基于MCS-51單片機(jī)的電冰箱控制器[J].電子工程師，2008，34（2）:77-80.CHEN Yan-kui.The refrigerator controller based on the MCS-51 single-chip micro-computer[J].Electronic Engineer，2008，34（2）:77-80.

[3]陳曉風(fēng).ADCO809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測(cè)試與研究[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，17（4）:37-38.CHEN Xiao-feng.The test and research of ADC 0809 analogto-digital converter master[J].Journal of Fujian Teachers University:Natural Science，2001，17（4）:37-38.

[4]馬江濤.單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2004，12（12）:1219-1221，1229.MA Jiang-tao.Design of using single-chip microcomputer to control the temperature[J].Computer Measurement&Control，2004，12（12）:1219-1221，1229.

[5]金春林，邱慧芳，張皆喜．AVR系列單片機(jī)C語(yǔ)言編程與應(yīng)用實(shí)例[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003:277-282．

[6]林益平，陳統(tǒng)堅(jiān).80C196MC/MD單片機(jī)多個(gè)中斷程序的同步問(wèn)題[J].微處理機(jī)，2000（3）:37-39.LIN Yi-ping，CHEN Tong-jian.The synchro-control between multiple interruptprogramsof80C196MC/MD[J].Microprocessors，2000（3）:37-39.