一种基于单片机的变频电冰箱控制系统

　　以AT89C51单片机为核心，对电冰箱的工作过程进行控制，使电冰箱节能、人性化。介绍了系统的结构和电路的硬件、软件设计，该系统具有功能强、性能可靠等优点。

　　近年来，随着微电子技术、传感器技术以及计算机控制技术的发展，人们对电冰箱的控制功能要求越来越高，这对电冰箱控制器提出了更高的要求，多功能、人性化和节能是其发展方向。传统的机械式、简单的电子控制已经难以满足发展要求。为此，本文介绍了采用AT89C51单片机作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制，并用语音将电冰箱的一些工作过程播报出来，使控制过程更人性化。通过单片机对SA8382专用芯片的控制产生PWM信号，用PWM信号去控制功率模块来实现压缩机的变频控制。根据温度检测反馈的信号来调节变频的范围，达到压缩机工作的最佳状态，实现可变制冷，从而达到节能效果。

　　1 系统硬件组成

　　电冰箱控制器的主要任务就是控制压缩机、化霜加热、风扇等来保持箱内食品的最佳温度，达到食品保鲜的目的，即保证所储存的食品在经过冷冻或冷藏之后，保持色、味、水分、营养基本不变。用LED将设定温度或实际温度显示出不，当冷冻室温度过高或开门时间长时，还会用语音提示。系统组成如图1所示。

　　

 

　　1.1 电冰箱的变频控制

　　电冰箱变频控制改变以往的启、停控制方式，采用异步电动机变频调整的原理，根据电冰箱温度及制冷的需求，通过单片机控制SA8382生成SPWM信号，驱动功率模块组成的逆变电路，输出不同基波频率的交流电压，控制冰箱压缩机的旋转速度，从而改变电冰箱循环制冷过程的快慢，达到可变制冷的目的。电冰箱变频控制电路框图如图2所示。

　　

 

　　控制系统是按照被调量(采集温度值)的偏差进行控制的。在系统中，实时采集的温度值由温度检测电路实现，冰箱内任意时刻的温度通过集成温度传感器LM134传给温度电压转换电路T/V，把温度值转换成对应的电压值。通过A/D转换得到所采集的温度数字量，送入89C51单片机。将采集的温度值与温度设定值进行比较，如果温度高于设定值20℃，那么频率将按照步长为1Hz的速度逐渐升频至50Hz，使冰箱压缩机工作在较高频率，加速制冷系统循环，使冰箱内的温度较快的跟随至温度设定值，如果温度低于设定值20℃，则频率将按照步长为1Hz的速度逐渐降频至10Hz，使冰箱压缩机工作在低频率状态，让温度回升到设定值所充许的范围内。如温度已经回复到设定值的范围内(±0.50℃)，此时频率将按照步长为1Hz的速度逐渐升频或降频至正常工作频率20Hz，压缩机运行在低速恒温状态。

　　1.2 化霜电加热丝、风机控制电路

　　化霜电加热丝、风机控制电路比较简单。由I/O口输出信号，通过8050反相驱动电路去控制继电器，再由继电器控制化霜电加热丝或风机供电。

　　1.3 断电记忆功能

　　系统扩展一块AT24C01A来记忆断电前的工作状态，来电后仍按断电前的设定工作。AT24C01A为I2C总线，利用AT89C51的P1口的P1.0、P1.1作为SCL、SDA信号，如图3所示，其中R23、R24为上拉电阻，I2C总线的读写时序由软件控制。

　　

 

　　1.4 语音提示、报警电路

　　每次通电开机、改变工作模式、冷冻室超温报警等都会以甜美的声音提示您，以保证操作正确，开机的提示语音还会向您普及一些使用电冰箱的常识。报警电路主要用于冷冻室温度过高时，冷冻温度显示会以一定的频率显示，并用语音提示“冷冻室超温”。此时应检查冰箱门是否关好(请将冰箱门关好)，是否一次性放入大量较热的食品，冰箱工作一段时间后，冷冻室温度降低，冷冻温度显示停止闪烁，超温报警功能自动消除。

　　1.5 显示电路

　　显示电路由四位8段数码管组成，用来显示冰箱内的实际温度、设置温度或故障。要显示数据的段码从单片机AT89C51的串口输出，经74LS164的串-并转换和锁存。四片74LS164分别驱对应的四个共阳极数码和实现静态显示，提高显示亮度。

　　1.6 电源过、欠压保护电路

　　该电路主要由电源变压器、整流、滤波、稳压和检测集成电路MAX813L组成。当出现过压或欠压时，MAX813L的RESET脚输出高电平送单片机进行相应处理。

　　2 系统软件结构

　　本系统软件主要由主流程、功能子程序、中断服务程序组成。子程序主要由键盘扫描、键码分析、温度采集、传感器检测、人工智能模块、冷藏室温度采集与控制、冷冻室温度采集与控制、显示数码计算模块、运行参数存储模块等组成，主流程如图4所示。

　　

 

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　　2.1 功能子程序

　　键盘扫描和键码分析子程序，在扫描到按键时，根据当前运行状态和按键来改变运行标志位，并开始计时，如果连续5秒按键则将有效设置相应控制单元。人工智能模块，通过检测环境温度的高低，自动确定冷冻室和冷藏室设定温度，如果环境温度高，则相应的将冷藏室、冷冻室温度设置高一些;如果环境温度低，则相应的将冷藏室、冷冻室温度设置低一些，以免压缩机长时间运行或不运行。冷冻室(冷藏室)温度采集与控制，通过冷冻室(冷藏室)温度传感器采集冷冻室(冷藏室)温度，将数据送入显示缓冲区，并将实测温度与冷冻室(冷藏室)设置温度值比较，如果实测温度高于设置温度，则置冷冻室(冷藏室)高标志，否则返回。

　　2.2 电冰箱的升降频控制

　　系统控制程序中，为了防止升降频过快而产生过电压、过电流，采取逐步升降频的控制方法，通过中断控制程序实现。升频降频中断控制程序根据所设状态字来决定电冰箱压缩机工作电压将最终运行在什么频率下。程序通过读取当前频率指直与最终频率进行比较，决定是升频还是降频或是维持在20Hz，然后再通过改写SA8382控制寄存器中电源频率的控制字予以实现。中断控制程序中电源频率控制字的修改，是采用查表法实现的。即将电源频率0-50Hz的每一频率所对应的控制字计算出来列成表，存入数据存储区。程序运行时，通过频率指针加1或减1查底频率控制字的存储地址，取出相应的数据，写入SA8381控制寄存器，使输出PWM波的基波频率改变，从而控制电冰箱压缩机的工作频率改变，实现升降频控制。控制流程如图4所示。