基于SPMC65P2408A的电冰箱系统的应用

本文主要介绍利用SPMC65P2408A单片机作为定频冰箱的主控芯片，结合一些外围电路来实现电冰箱其功能。
关键词：电冰箱  凌阳单片机  SPMC65P2408A  
 
1 引言
    目前，家用电冰箱按箱内冷却方式来分，可分为间冷式和直冷式两种。间冷式电冰箱俗称无霜电冰箱，直冷式电冰箱俗称有霜电冰箱。按照不同的分类可以将电冰箱分为以下几种形式：

    从2000年开始，家用蒸气压缩式电冰箱的销量与日俱增，根据互联网消息，2001年国内电冰箱共生产1349万台，比2000年增长5.63%，其中有300多万台出口，逐年上升，国内的消化能力也就900到1000万台。海尔、科龙、新飞、美菱等四家企业占据着市场的领先地位，2001年的销售量均超过100万台。
    在一次城市居民家庭民意调查中，电冰箱的普及率已经达到了85.4%，其中拥有两台电冰箱的家庭比例为3.6%。目前城市居民家庭拥有电冰箱容积较为分散，其中160－200升是拥有量最多的容积段。从城市居民家庭购买电冰箱的时间上看，1994年以前购买的电冰箱占据了主导地位，达到51%，其中1990年以前购买的电冰箱比例达到了23.4%，以电冰箱使用寿命10－15年计算，这部分电冰箱将相继进入更新期，从而构成了未来五年城市电冰箱市场消费需求的主体。调查结果表明，当前城市居民家庭对所使用的电冰箱制冷功能基本满意，但对电冰箱的运行噪音以及耗电量的满意度较低。这将预示着今后市场上以“静音”、“安全”、“节能”为切入点的电冰箱产品将具有广泛的需求空间。
 
2 冰箱的功能
◆ 人工智能，自动调温：在人工智能状态下，该冰箱能够随环境温度变化而自动调节温度设置，无需人为调节，便能达到最佳制冷效果，使您更省心、省力。
◆ LED显示，数字温控：采用LED显示技术，动态显示冰箱的运行情况，冷藏室冷冻室温度可以分别设置，分别显示，一目了然，使您及时了解冰箱运行情况，使用起来更加方便。
◆ 冷藏、冷冻温度调节：冷藏温度可设置在 2℃～10℃间；冷冻温度可设置在-16℃～-26℃之间或-7℃。
◆ 多温保鲜功能：将冷冻温度可设置在-7℃，进入多温保鲜功能，通过对冰箱的温度控制，使得冰箱内存在多个温区，不同的区域适合存放的食物类别与期限也不同。
速冻功能：运用细胞保活技术，以超强制冷能力，使食品迅速通过最大冰晶生成带，不破坏细胞结构，保持细胞活力，营养成份不散失，保鲜效果好。
◆ 冷藏开/关功能：可强制关闭冷藏室（冷藏室不制冷），同时冷藏室温度显示熄灭。
◆ 自动化霜功能：电冰箱在运行过程中不断检测压缩机累计运行时间、记录门开启次数和时间和环境温度，进行判断是否满足化霜条件，满足化霜条件时，接通化霜加热丝，同时断开压缩机和风机，关闭风门，30分钟后断开化霜加热丝，接通压缩机，再过15分钟后接通风机，进入正常控制循环。
◆ 压缩机断电延时保护功能：电冰箱每次开机上电时，检查压缩机停机时间是否已经延时5分钟。若压缩机已经延时5分钟，压缩机可以立即启动；若压缩机延时未到5分钟，则继续延时到5分钟后，压缩机才可以启动。

3 系统总体方案介绍
    硬件组成框图如3-1所示，它主要有主控板和电源板两大部本煮成，主控板主要由单片机、传感器组、压缩机控制电路、电磁阀控制电路、显示电路、蜂鸣器输出、化霜控制电路、电加热丝控制电路、风机控制电路等部分组成；电源板主要为主控板提供5V电源，并且为压缩机、风扇电机等提供电源。

图3-1 控制系统原理框图

4 系统硬件设计
    整个硬件系统由电源板和主控板两部分组成。主控板主要由显示部分、按键部分、传感器部分、断电记忆部分、晶振时钟部分组成，如图4-1所示。

图4-1 电冰箱硬件原理图

4.1 电源部分
    电源部分主要是将220V变成继电器控制电源和系统5V电源。7805前面的电压用于继电器控制电源，经过7805后产生的5V的电压经过0欧姆电阻之后进入控制板中，供整个系统用电。原理见图4-2所示

图4-2 电源部分原理图

4.2 键盘输入电路
    键盘输入电路如图4-3所示，当有键按下时，对应的IO口为拉到高电平，CPU做相应处理。

图4-3 键盘输入电路

4.3 传感器输入电路
    传感器主要由冷冻室、冷藏室、冷冻室蒸发器盘管、冷藏室蒸发器盘管速冻室、环境温度检测等温度传感器组成。温度传感器采用负温度系数的热敏电阻。其控制原理如图4-4所示。

图4-4 显示电路

4.4 显示电路
    显示电路由四位8段数码管组成，接口电路如图4-5所示，采用动态显示方式驱动。

图4-5 显示电路

4.5 控制驱动电路
    压缩机的工作原理就是由I/O口输出信号，通过Q1——Q4驱动电路去控制继电器，再由继电器控制压缩机的开停。压缩机的开停由相关室的温度决定，每次开机之前必须检测延时保护条件是否满足，才能作出开机决策，其控制电路如图4-6所示。

图4-6 控制驱动电路

4.6 断电记忆电路
    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SPMC65P2408A的IO口模拟IIC通信，PC4、PC5分别作为SCL、SDA信号线，如图4-7所示，其中R8、R9为上拉电阻，I2C总线的读写时序由软件控制。

图4-7 断电记忆电路

5 芯片特性简介
    SPMC65P2408A是由凌阳公司设计开发的8位工控单片机，采用凌阳SPMC65内核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及ADC、PWM、标准通讯接口UART、SPI等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。SPMC65P2408A有28管脚和32管脚两种封装，32管脚封装多了UART功能。本设计选用32管脚封装，如图5.1所示。
32管脚封装芯片的具体特性如下：
    工作电压：3.0V～5.5V
    工作速度：8MHz
    工作温度：-40℃～85℃
    超强抗干扰、抗静电ESD保护能力
    8K byte OTP ROM，256 byte RAM
    27个通用输入输出口，均可设置成为上拉、下拉以及悬浮方式
    强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有CaptureComparePWM功能
    1个1Hz～62.5KHz的时基
    8通道10位精度的ADC(带外部参考电压)
    4个外部中断，11个内部中断
    SPI、UART等串行通讯接口
    2种省电模式：Halt、Stop
    蜂鸣器输出功能
    4.0V/2.5V可选低电压复位功能
    可编程看门狗功能

图5.1 SPMC65P2408A*32P封装

6 系统软件设计
    整个系统输入包括5个温度传感器，3个按键；输出包括4位七段数码管、压缩机、风扇、电磁阀、化霜加热丝等，以及1片内存AT24C01A。
6.1 主程序流程图
    根据控制功能，将程序设计为几个主要的模块，流程见图6-1：

图6-1 主程序流程图

6.2 各功能子程序流程介绍
    程序复位后先进行初始化，包括三部分：系统初始化、诊断程序和初始化中断。
◆ 系统初始化
◆ 诊断程序
◆ 中断初始化
◆ 键盘扫描
◆ 自检程序
◆ 正常模式键码分析
◆ 温度采集
◆ 传感器检测程序人工智能
◆ 人工智能
◆ 冷藏室温度控制
◆ 冷冻室温度控制
◆ 压缩机保护及控制
◆ 驱动控制
◆ LED显示程序

7 结语
    随着科技的不断发展，家用电器也在不断地更新和发展，向更智能化的方向发展。未来的冰箱在各个方面都有着严格的要求，比若说环保、安静、节能等等。用户在考虑性能的同时，对安全性更是关注。