基于SPMC65P2408A的電冰箱系統(tǒng)的應(yīng)用

本文主要介紹利用SPMC65P2408A單片機(jī)作為定頻冰箱的主控芯片，結(jié)合一些外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電冰箱其功能。
關(guān)鍵詞：電冰箱  凌陽(yáng)單片機(jī)  SPMC65P2408A  
 
1 引言
    目前，家用電冰箱按箱內(nèi)冷卻方式來(lái)分，可分為間冷式和直冷式兩種。間冷式電冰箱俗稱無(wú)霜電冰箱，直冷式電冰箱俗稱有霜電冰箱。按照不同的分類可以將電冰箱分為以下幾種形式：

    從2000年開(kāi)始，家用蒸氣壓縮式電冰箱的銷量與日俱增，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)消息，2001年國(guó)內(nèi)電冰箱共生產(chǎn)1349萬(wàn)臺(tái)，比2000年增長(zhǎng)5.63%，其中有300多萬(wàn)臺(tái)出口，逐年上升，國(guó)內(nèi)的消化能力也就900到1000萬(wàn)臺(tái)。海爾、科龍、新飛、美菱等四家企業(yè)占據(jù)著市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，2001年的銷售量均超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)。
    在一次城市居民家庭民意調(diào)查中，電冰箱的普及率已經(jīng)達(dá)到了85.4%，其中擁有兩臺(tái)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(gòu)買電冰箱的時(shí)間上看，1994年以前購(gòu)買的電冰箱占據(jù)了主導(dǎo)地位，達(dá)到51%，其中1990年以前購(gòu)買的電冰箱比例達(dá)到了23.4%，以電冰箱使用壽命10－15年計(jì)算，這部分電冰箱將相繼進(jìn)入更新期，從而構(gòu)成了未來(lái)五年城市電冰箱市場(chǎng)消費(fèi)需求的主體。調(diào)查結(jié)果表明，當(dāng)前城市居民家庭對(duì)所使用的電冰箱制冷功能基本滿意，但對(duì)電冰箱的運(yùn)行噪音以及耗電量的滿意度較低。這將預(yù)示著今后市場(chǎng)上以“靜音”、“安全”、“節(jié)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(diào)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(diào)節(jié)溫度設(shè)置，無(wú)需人為調(diào)節(jié)，便能達(dá)到最佳制冷效果，使您更省心、省力。
◆ LED顯示，數(shù)字溫控：采用LED顯示技術(shù)，動(dòng)態(tài)顯示冰箱的運(yùn)行情況，冷藏室冷凍室溫度可以分別設(shè)置，分別顯示，一目了然，使您及時(shí)了解冰箱運(yùn)行情況，使用起來(lái)更加方便。
◆ 冷藏、冷凍溫度調(diào)節(jié)：冷藏溫度可設(shè)置在 2℃～10℃間；冷凍溫度可設(shè)置在-16℃～-26℃之間或-7℃。
◆ 多溫保鮮功能：將冷凍溫度可設(shè)置在-7℃，進(jìn)入多溫保鮮功能，通過(guò)對(duì)冰箱的溫度控制，使得冰箱內(nèi)存在多個(gè)溫區(qū)，不同的區(qū)域適合存放的食物類別與期限也不同。
速凍功能：運(yùn)用細(xì)胞保活技術(shù)，以超強(qiáng)制冷能力，使食品迅速通過(guò)最大冰晶生成帶，不破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，保持細(xì)胞活力，營(yíng)養(yǎng)成份不散失，保鮮效果好。
◆ 冷藏開(kāi)/關(guān)功能：可強(qiáng)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(yùn)行過(guò)程中不斷檢測(cè)壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、記錄門開(kāi)啟次數(shù)和時(shí)間和環(huán)境溫度，進(jìn)行判斷是否滿足化霜條件，滿足化霜條件時(shí)，接通化霜加熱絲，同時(shí)斷開(kāi)壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，關(guān)閉風(fēng)門，30分鐘后斷開(kāi)化霜加熱絲，接通壓縮機(jī)，再過(guò)15分鐘后接通風(fēng)機(jī)，進(jìn)入正?？刂蒲h(huán)。
◆ 壓縮機(jī)斷電延時(shí)保護(hù)功能：電冰箱每次開(kāi)機(jī)上電時(shí)，檢查壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間是否已經(jīng)延時(shí)5分鐘。若壓縮機(jī)已經(jīng)延時(shí)5分鐘，壓縮機(jī)可以立即啟動(dòng)；若壓縮機(jī)延時(shí)未到5分鐘，則繼續(xù)延時(shí)到5分鐘后，壓縮機(jī)才可以啟動(dòng)。

3 系統(tǒng)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(jī)、傳感器組、壓縮機(jī)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(jī)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(jī)、風(fēng)扇電機(jī)等提供電源。

圖3-1 控制系統(tǒng)原理框圖

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    整個(gè)硬件系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)用電。原理見(jiàn)圖4-2所示

圖4-2 電源部分原理圖

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4.2 鍵盤輸入電路
    鍵盤輸入電路如圖4-3所示，當(dāng)有鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的IO口為拉到高電平，CPU做相應(yīng)處理。

圖4-3 鍵盤輸入電路

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)器盤管、冷藏室蒸發(fā)器盤管速凍室、環(huán)境溫度檢測(cè)等溫度傳感器組成。溫度傳感器采用負(fù)溫度系數(shù)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(shù)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(qū)動(dòng)。

圖4-5 顯示電路

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

圖4-6 控制驅(qū)動(dòng)電路

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4.6 斷電記憶電路
    系統(tǒng)擴(kuò)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(shè)定工作。AT24C01A為I2C總線，利用SPMC65P2408A的IO口模擬IIC通信，PC4、PC5分別作為SCL、SDA信號(hào)線，如圖4-7所示，其中R8、R9為上拉電阻，I2C總線的讀寫時(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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的8位工控單片機(jī)，采用凌陽(yáng)SPMC65內(nèi)核，支持位操作指令。具有強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標(biāo)準(zhǔn)通訊接口UART、SPI等多種功能。適用于通用工控場(chǎng)合、計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)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(qiáng)抗干擾、抗靜電ESD保護(hù)能力
    8K byte OTP ROM，256 byte RAM
    27個(gè)通用輸入輸出口，均可設(shè)置成為上拉、下拉以及懸浮方式
    強(qiáng)大的定時(shí)計(jì)數(shù)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(nèi)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(fù)位功能
    可編程看門狗功能

圖5.1 SPMC65P2408A*32P封裝

6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)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(shù)碼管、壓縮機(jī)、風(fēng)扇、電磁閥、化霜加熱絲等，以及1片內(nèi)存AT24C01A。
6.1 主程序流程圖
    根據(jù)控制功能，將程序設(shè)計(jì)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(fù)位后先進(jìn)行初始化，包括三部分：系統(tǒng)初始化、診斷程序和初始化中斷。
◆ 系統(tǒng)初始化
◆ 診斷程序
◆ 中斷初始化
◆ 鍵盤掃描
◆ 自檢程序
◆ 正常模式鍵碼分析
◆ 溫度采集
◆ 傳感器檢測(cè)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(jī)保護(hù)及控制
◆ 驅(qū)動(dòng)控制
◆ LED顯示程序

7 結(jié)語(yǔ)
    隨著科技的不斷發(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)方面都有著嚴(yán)格的要求，比若說(shuō)環(huán)保、安靜、節(jié)能等等。用戶在考慮性能的同時(shí)，對(duì)安全性更是關(guān)注。