SPMC65P2408A單片機在電冰箱中的應用

從2000年開(kāi)始，家用蒸氣壓縮式電冰箱的銷(xiāo)量與日俱增，根據互聯(lián)網(wǎng)消息，2001年國內電冰箱共生產(chǎn)1349萬(wàn)臺，比2000年增長(cháng)5.63%，其中有300多萬(wàn)臺出口，逐年上升，國內的消化能力也就900到1000萬(wàn)臺。海爾、科龍、新飛、美菱等四家企業(yè)占據著(zhù)市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，2001年的銷(xiāo)售量均超過(guò)100萬(wàn)臺。
在一次城市居民家庭民意調查中，電冰箱的普及率已經(jīng)達到了85.4%，其中擁有兩臺電冰箱的家庭比例為3.6%。目前城市居民家庭擁有電冰箱容積較為分散，其中160－200升是擁有量最多的容積段。從城市居民家庭購買(mǎi)電冰箱的時(shí)間上看，1994年以前購買(mǎi)的電冰箱占據了主導地位，達到51%，其中1990年以前購買(mǎi)的電冰箱比例達到了23.4%，以電冰箱使用壽命10－15年計算，這部分電冰箱將相繼進(jìn)入更新期，從而構成了未來(lái)五年城市電冰箱市場(chǎng)消費需求的主體。調查結果表明，當前城市居民家庭對所使用的電冰箱制冷功能基本滿(mǎn)意，但對電冰箱的運行噪音以及耗電量的滿(mǎn)意度較低。這將預示著(zhù)今后市場(chǎng)上以“靜音”、“安全”、“節能”為切入點(diǎn)的電冰箱產(chǎn)品將具有廣泛的需求空間。

2 冰箱的功能
◆ 人工智能，自動(dòng)調溫：在人工智能狀態(tài)下，該冰箱能夠隨環(huán)境溫度變化而自動(dòng)調節溫度設置，無(wú)需人為調節，便能達到最佳制冷效果，使您更省心、省力。
◆ LED顯示，數字溫控：采用LED顯示技術(shù)，動(dòng)態(tài)顯示冰箱的運行情況，冷藏室冷凍室溫度可以分別設置，分別顯示，一目了然，使您及時(shí)了解冰箱運行情況，使用起來(lái)更加方便。
◆ 冷藏、冷凍溫度調節：冷藏溫度可設置在 2℃～10℃間；冷凍溫度可設置在-16℃～-26℃之間或-7℃。
◆ 多溫保鮮功能：將冷凍溫度可設置在-7℃，進(jìn)入多溫保鮮功能，通過(guò)對冰箱的溫度控制，使得冰箱內存在多個(gè)溫區，不同的區域適合存放的食物類(lèi)別與期限也不同。
速凍功能：運用細胞?；罴夹g(shù)，以超強制冷能力，使食品迅速通過(guò)最大冰晶生成帶，不破壞細胞結構，保持細胞活力，營(yíng)養成份不散失，保鮮效果好。
◆ 冷藏開(kāi)/關(guān)功能：可強制關(guān)閉冷藏室（冷藏室不制冷），同時(shí)冷藏室溫度顯示熄滅。
◆ 自動(dòng)化霜功能：電冰箱在運行過(guò)程中不斷檢測壓縮機累計運行時(shí)間、記錄門(mén)開(kāi)啟次數和時(shí)間和環(huán)境溫度，進(jìn)行判斷是否滿(mǎn)足化霜條件，滿(mǎn)足化霜條件時(shí)，接通化霜加熱絲，同時(shí)斷開(kāi)壓縮機和風(fēng)機，關(guān)閉風(fēng)門(mén)，30分鐘后斷開(kāi)化霜加熱絲，接通壓縮機，再過(guò)15分鐘后接通風(fēng)機，進(jìn)入正?？刂蒲h(huán)。
◆ 壓縮機斷電延時(shí)保護功能：電冰箱每次開(kāi)機上電時(shí)，檢查壓縮機停機時(shí)間是否已經(jīng)延時(shí)5分鐘。若壓縮機已經(jīng)延時(shí)5分鐘，壓縮機可以立即啟動(dòng)；若壓縮機延時(shí)未到5分鐘，則繼續延時(shí)到5分鐘后，壓縮機才可以啟動(dòng)。

3 系統總體方案介紹
硬件組成框圖如3-1所示，它主要有主控板和電源板兩大部本煮成，主控板主要由單片機、傳感器組、壓縮機控制電路、電磁閥控制電路、顯示電路、蜂鳴器輸出、化霜控制電路、電加熱絲控制電路、風(fēng)機控制電路等部分組成；電源板主要為主控板提供5V電源，并且為壓縮機、風(fēng)扇電機等提供電源。

圖3-1 控制系統原理框圖

4 系統硬件設計
整個(gè)硬件系統由電源板和主控板兩部分組成。主控板主要由顯示部分、按鍵部分、傳感器部分、斷電記憶部分、晶振時(shí)鐘部分組成，如圖4-1所示。

圖4-1 電冰箱硬件原理圖

4.1 電源部分
電源部分主要是將220V變成繼電器控制電源和系統5V電源。7805前面的電壓用于繼電器控制電源，經(jīng)過(guò)7805后產(chǎn)生的5V的電壓經(jīng)過(guò)0歐姆電阻之后進(jìn)入控制板中，供整個(gè)系統用電。原理見(jiàn)圖4-2所示

圖4-2 電源部分原理圖

4.2 鍵盤(pán)輸入電路
鍵盤(pán)輸入電路如圖4-3所示，當有鍵按下時(shí)，對應的IO口為拉到高電平，CPU做相應處理。

圖4-3 鍵盤(pán)輸入電路

4.3 傳感器輸入電路
傳感器主要由冷凍室、冷藏室、冷凍室蒸發(fā)器盤(pán)管、冷藏室蒸發(fā)器盤(pán)管速凍室、環(huán)境溫度檢測等溫度傳感器組成。溫度傳感器采用負溫度系數的熱敏電阻。其控制原理如圖4-4所示。

圖4-4 顯示電路

4.4 顯示電路
顯示電路由四位8段數碼管組成，接口電路如圖4-5所示，采用動(dòng)態(tài)顯示方式驅動(dòng)。

圖4-5 顯示電路

4.5 控制驅動(dòng)電路
壓縮機的工作原理就是由I/O口輸出信號，通過(guò)Q1——Q4驅動(dòng)電路去控制繼電器，再由繼電器控制壓縮機的開(kāi)停。壓縮機的開(kāi)停由相關(guān)室的溫度決定，每次開(kāi)機之前必須檢測延時(shí)保護條件是否滿(mǎn)足，才能作出開(kāi)機決策，其控制電路如圖4-6所示。

圖4-6 控制驅動(dòng)電路

4.6 斷電記憶電路
系統擴展一塊AT24C01A來(lái)記憶斷電前的工作狀態(tài)，來(lái)電后仍按斷電前的設定工作。AT24C01A為I2C總線(xiàn)，利用SPMC65P2408A的IO口模擬IIC通信，PC4、PC5分別作為SCL、SDA信號線(xiàn)，如圖4-7所示，其中R8、R9為上拉電阻，I2C總線(xiàn)的讀寫(xiě)時(shí)序由軟件控制。

圖4-7 斷電記憶電路

5 芯片特性簡(jiǎn)介
SPMC65P2408A是由凌陽(yáng)公司設計開(kāi)發(fā)的8位工控單片機，采用凌陽(yáng)SPMC65內核，支持位操作指令。具有強大的定時(shí)/計數器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標準通訊接口UART、SPI等多種功能。適用于通用工控場(chǎng)合、計算機外圍控制和家電等。SPMC65P2408A有28管腳和32管腳兩種封裝，32管腳封裝多了UART功能。本設計選用32管腳封裝，如圖5.1所示。
32管腳封裝芯片的具體特性如下：
工作電壓：3.0V～5.5V
工作速度：8MHz
工作溫度：-40℃～85℃
超強抗干擾、抗靜電ESD保護能力
8K byte OTP ROM，256 byte RAM
27個(gè)通用輸入輸出口，均可設置成為上拉、下拉以及懸浮方式
強大的定時(shí)計數器：2個(gè)8位、2個(gè)16位具有CaptureComparePWM功能
1個(gè)1Hz～62.5KHz的時(shí)基
8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)
4個(gè)外部中斷，11個(gè)內部中斷
SPI、UART等串行通訊接口
2種省電模式：Halt、Stop
蜂鳴器輸出功能
4.0V/2.5V可選低電壓復位功能
可編程看門(mén)狗功能

圖5.1 SPMC65P2408A*32P封裝

6 系統軟件設計
整個(gè)系統輸入包括5個(gè)溫度傳感器，3個(gè)按鍵；輸出包括4位七段數碼管、壓縮機、風(fēng)扇、電磁閥、化霜加熱絲等，以及1片內存AT24C01A。
6.1 主程序流程圖
根據控制功能，將程序設計為幾個(gè)主要的模塊，流程見(jiàn)圖6-1：

圖6-1 主程序流程圖

6.2 各功能子程序流程介紹
程序復位后先進(jìn)行初始化，包括三部分：系統初始化、診斷程序和初始化中斷。
◆ 系統初始化
◆ 診斷程序
◆ 中斷初始化
◆ 鍵盤(pán)掃描
◆ 自檢程序
◆ 正常模式鍵碼分析
◆ 溫度采集
◆ 傳感器檢測程序人工智能
◆ 人工智能
◆ 冷藏室溫度控制
◆ 冷凍室溫度控制
◆ 壓縮機保護及控制
◆ 驅動(dòng)控制
◆ LED顯示程序

7 結語(yǔ)
隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，家用電器也在不斷地更新和發(fā)展，向更智能化的方向發(fā)展。未來(lái)的冰箱在各個(gè)方面都有著(zhù)嚴格的要求，比若說(shuō)環(huán)保、安靜、節能等等。用戶(hù)在考慮性能的同時(shí)，對安全性更是關(guān)注。