基于单片机的智能电冰箱控制系统的设计与实现

东芝家用电器制造（南海）有限公司　罗家朗

基于单片机的智能电冰箱控制系统的设计与实现

东芝家用电器制造（南海）有限公司罗家朗

集成电路的升级和发展已经成为当前社会发展的方向，微信计算机的功能增大，更高、更快的处理器、单片机也不断的开发，两者具有体积越来越小，而功能越来越强大的发展趋势。而单片机有着在恶劣条件下能够开发和延伸出各种功能的优点，其在整个工业生产过程中发挥着重要的作用。而且随着单片机的开发，人们已经从原先的工业生产，逐渐发展到以企业、家庭为单位的开发工程当中。随着家用电器的不断升级和发展，人们对于家用电器的控制要求越来越高，单片机作为可以作为家用电器的核心，实现人机之间的交互功能，从而更好的为人们的生活而服务。

电冰箱；单片机；智能化

1.引言

随着集成电路的快速发展，基于单片机的电子电路已经成为了时代的潮流，不少设备已经从简单的机械电路逐渐转变成为电子电路，单片机由于其功能强大、体积小，而且能够在恶劣环境下依然能够保持工作的优点，成为了新一代工业化生产过程中智能化核心工具。在当前人们对于家用电器智能化需求越来越大时，对于电冰箱的设备、温度、提醒等控制也提出了更多的期望和要求，多功能和智能化发展已经是未来电冰箱的发展要求。而传统的机械控制，不但增加了设计的时间而且在扩展上具有极大的限制。因此开发一套基于单片机的电冰箱温度控制系统具有非常重要的意义。

2.电冰箱的基本介绍

2.1电冰箱基本原理

普通电冰箱：通过制冷的压缩机吸入蒸发器当中低温和低压的制冷剂，之后变成了高温高压的过热蒸汽，该蒸汽具有高强度的散热功能，而将其直接排入冷凝过程中，冷凝器之后向周围进行空气散热，热量通过迅速的传递形成了具有高压的过冷液体，而此时高压过冷液体通过了干燥过滤器之后，将其流入到毛细管节流降压，并通过汽化的方式，吸收周围被冷却物品的大部分热量，使其的温度降低到所需值，而汽化的制冷剂又被压缩机所吸入，从而形成了一个持续的循环过程，如下图所示：

智能电冰箱的工作原理和普通电冰箱的原理基本一致，其主要的差别在于，在各个循环的节点使用了单片机进行了控制的判断，例如，在化霜的过程中，当单片机检测到冰箱达到化霜的温度时，单片机会传递给heater一个ON的信号，化霜加热器开始工作，而化霜结束时，再发送OFF的信号，最终结束化霜工作。使用智能电冰箱，可以尽可能的简短化霜时间，节约电力和机械运行时间，不然会伤存放的食品。

2.2主要功能及要求

（1）首先通过设置2个测量点，测量点设置可以设置在室温范围，差异幅度为±0.5°C；（2）在单片机中设置控制温度、冷藏温度以及冷冻食物温度的参数和控制按钮；（3）设置制冷剂在单片机的控制下能够自行开关；（4）电冰箱具有测霜、除霜的功能；（5）电冰箱门开启时间过久，单片机就会发出报警声音；（6）电冰箱的工作电压为180～240V。冰箱并会自动显示电压不足时，并会发出报警声。

3.总体设计

3.1功能要求

本设计主要是通过液晶显示器的温度进行的，温度根据设置好的温度进行，系统能够自动的控制电冰箱的工作内容，通过不断的更变制冷的要求实现温度的设定。

3.2方案论证

根据本文的系统要求，本系统最重要的设计内容就是对温度的控制，温度的控制将会最终决定整个电路乃至系统的设计方式。传感器采用DS18B20数字智能温度测试，在规定的温度范围的测试，进行判断是否需要增加电冰箱的制冷。通过整个系统的分析和制定。

4.硬件设计

4.1硬件电路的重要芯片介绍

整个硬件控制电路的主要芯片如下所示：主要是由各种开关、电压检测装置和温度的感应和控制按钮组成，当然在其中作为主要控制的是单片机以及除霜装置和故障报警装置。

4.2微处理器（单片机）

微处理控制器是整个系统开发的核心，其主要是通过对其的编程控制，来进行实时控制系统的操作。对于电冰箱而言，从其通电运行直至下一次停电恢复，电冰箱智能控制器需要大量的运算和控制操作，因此单片机的选择是非常重要的，而本次系统开发采用了微控制器AT89C51作为单片机核心。

4.3温度传感器

在电冰箱的控制当中，温度传感器是最重要的部件之一，传统的传感器通过模拟信号的方式进行测量戏，而这些很容易产生温度测量不均、误差较大、放大信号不稳定，出现漂移等技术温度，要解决这些问题才能获得较高的温度进度。为此笔者采用了一款数字温度传感器DS1820，该传感器在原有的基础上，提升了测量精度，大约可以获得0.1℃的测量精度。

4.4电压检测装置

电压检测装置的采用，起到了保护系统的作用，由于家用的电压有可能会出现各种变化，电压的稳压作用是电压检测装置必须的功能，而为了提升电压的检测灵敏性，笔者WB系列电压越限报警传感器，使用该传感器会以电压隔离传感器作为主要检测基础，通过增加比较电路、基准电压设定电路等检测主要回路的交流、直流电压的运行，并通过与原先设定的电压上下限的值进行比较，一旦出现高于或者低于限定值，就将错误提示给故障报警器。并采用及时的应对措施：例如关闭压缩发动机、关闭电源等操作，保护整个电路的稳定，不受到短路、断路等电路影响。

4.5功能按键

本系统开发过程中，为了方便使用者对于冰箱的控制，按钮尽可能的减少，其主要的按键电路仅仅有3个，即两个与非门构成一个RS触发器组成。在程序设置上，当按键按下时，系统将会获得按键的主要设置。而按键松开，或者多次按下，单片机通过显示器显示出各种选择的方式。其他两个按键主要是向上增加或者向下减少。

4.6故障报警电路

故障报警电路主要是通过报警装置提示当前冰箱出现的故障，该装置能够顾提示出电冰箱的所有故障内容，例如自身故障，外界故障以及错误提示等。这些提示都会给使用者更好的保护作用。

5.软件部分

本次设计的电冰箱智能控制系统主要是由以下几个部分所组成：主流程控制系统、分子功能控制系统、程序中断服务控制系统。主流程控制主要是掌握整个冰箱的主要操作流程，能够保证整个冰箱的稳定，并支持在分时控制冰箱的一些操作内容，例如需要定时降温等操作。而分子功能主要是进行一些子程序的控制，以便能够让系统进行分时操作。程序中断程序主要是在进行系统的控制过程中，在规定时间内断开陷入死循环的程序，进而保证整个程序的稳定进行。本程序的主要开发温度限定在-64。C～64。C，整个程序可以直接运行7位数的程序。为了保证程序的开发稳定，程序的实时稳定笔者在开发过程中设定了一个字节来进行存放，通过实时的温度比对，能够获得当前温度之间的差异。

6.结论

通过本文的设计过程，可以得出如下结论：（1）使用单片机来控制电冰箱，可以做出简单、可靠、而且自动控制能力强的产品，进而实现了电冰箱的自动控制系统。（2）在单片机的运行环境下，使用单片机可以抵抗各种干扰也能够达到精度很高的运行环境。（3）本系统设计进行了简化电路，提升了整个软件的质量。（4）本系统支持了多种功能扩展，可以加上语音、环境、稳定等，进行可以提升各种智能控制。

［1］求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册［M］.北京：人民邮电出版社，2006.

［2］张鑫等.单片机原理及应用［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［3］谭浩强.C程序设计（第三版）［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［4］周兴华.单片机智能化产品——C语言设计实例详解［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

罗家朗（1986－），男，广东罗定人，大学本科，主要研究方向：电子技术在家电中的应用。