食品機(jī)械設(shè)備網(wǎng)技術(shù)文章
AT89C51及TWH9221在電冰箱中的應(yīng)用
閱讀：1100 發(fā)布時(shí)間：2012-3-16
隨著家用電冰箱的普及，人們對(duì)電冰箱的控制功能要求越來(lái)越高，這對(duì)電冰箱控制器提出了 更高的要求，多功能、智能化是其發(fā)展方向之一，傳統(tǒng)的機(jī)械式、簡(jiǎn)單的電子控制已經(jīng)難以 滿(mǎn)足發(fā)展要求。本文介紹了采用AT89C51作為控制器核心，對(duì)電冰箱的工作過(guò)程進(jìn)行控制， 采用臭氧發(fā)生器集成電路TWH9221組成電冰箱的異味消除電路。
1電冰箱的工作原理及控制要求
電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè) 定溫度范圍內(nèi)。一般當(dāng)蒸發(fā)器溫度高至3～5 ℃時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)溫度低于-10~-20 ℃ 時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。采用單片機(jī)控制，可以使控制更準(zhǔn)確、靈活。
電冰箱采用單片機(jī)控制主要功能及要求：
?。?）設(shè)定3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍-26～+26 ℃，精度±0.5 ℃。
（2）利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、速凍設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定等。
?。?）利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機(jī)啟、停和速凍、報(bào)警狀態(tài)。
（4）制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)3 min后方能再啟動(dòng)。
?。?）電冰箱具有自動(dòng)除霜功能，當(dāng)霜厚達(dá)3 mm時(shí)自動(dòng)除霜。
?。?）開(kāi)門(mén)延時(shí)超過(guò)2 min發(fā)聲報(bào)警。
?。?）連續(xù)速凍時(shí)間設(shè)定范圍1～8 h。
?。?）工作電壓180～240 V，當(dāng)欠壓或過(guò)壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)并用指示燈顯示。
2電冰箱控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1主機(jī)電路
主機(jī)電路采用AT89C51單片機(jī)，一片A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，構(gòu)成基本系統(tǒng)，另外功能鍵和LE D顯示由串行口擴(kuò)展5片74LS164實(shí)現(xiàn)。 還有一些附加電路如除霜電路、電壓檢測(cè)和開(kāi)門(mén)報(bào)警 電路等。電路原理框圖如圖1所示。
2.2A／D轉(zhuǎn)換電路及功能
A／D轉(zhuǎn)換電路采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模擬輸入通道，本系統(tǒng)只用了 其中4個(gè)通道IN0～I(xiàn)N3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測(cè)通道，IN1作為冷藏室溫度檢測(cè)通道，I N2作為除霜檢測(cè)通道，IN3作為電源電壓檢測(cè)通道。ADC0809的A，B，C三端通過(guò)地址鎖存器 接于P0口的P0.0，P0.1，P0.2，該三端控制模擬通道號(hào)的選擇。P1.6與WR，RD端經(jīng)與 非門(mén)接于0809的ALE，START，OE，控制0809的啟動(dòng)、讀、寫(xiě)。0809的EOC端懸空，轉(zhuǎn)換后利 用軟件延時(shí)一段時(shí)間再讀結(jié)果，不用中斷方式。
2.3功能鍵及顯示電路
功能鍵及LED顯示電路采用6個(gè)功能鍵控制冷凍室、冷藏室及速凍溫度設(shè)定，4位LED數(shù)碼管負(fù) 責(zé)顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機(jī)啟、停和報(bào)警等狀態(tài)。顯示和鍵盤(pán)輸入均通過(guò)AT89C51 的串行口。顯示輸出通道和鍵盤(pán)輸入通道的選擇由端口線(xiàn)P3.2和與非門(mén)完成。當(dāng)P3.2為“ 1”時(shí)，AT89C51的TXD端輸出同步脈沖通過(guò)與門(mén)發(fā)送到顯示移位寄存器74LS164的移位脈沖輸 入端，這樣AT89C51欲顯示的數(shù)據(jù)，由RXD端輸出，移位讀入到顯示器通道。當(dāng)P3.2為“0” 時(shí)，AT89C51的RXD的數(shù)據(jù)僅能被移位讀入到鍵盤(pán)掃描用的移位寄存器中。由于顯示通道采用 LED數(shù)碼管并用74LS164作為驅(qū)動(dòng)器，所以簡(jiǎn)化了線(xiàn)路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示字位擴(kuò)充方便，驅(qū)動(dòng) 程序設(shè)計(jì)容易。鍵盤(pán)工作原理也很簡(jiǎn)單，AT89C51通過(guò)RXD向鍵盤(pán)掃描移位寄存器74 LS164逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0，每次發(fā)送后即從P3.4端讀入鍵盤(pán)信號(hào)，若讀得“0”表示有鍵按 下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。
2.4除霜電路
Rt溫度傳感器，選用MF531型熱敏電阻，具有負(fù)溫度系數(shù)，靈敏度較高。把 熱敏電阻安裝在距蒸發(fā)器3 mm的某個(gè)合適的位置上，當(dāng)霜厚大于3 mm時(shí)，熱敏電阻接觸 到霜從而感到較低的溫度，其電阻值R（t）變大，運(yùn)算放大器輸出信號(hào)有變化，經(jīng)A／D轉(zhuǎn) 換后送人CPU，經(jīng)單片機(jī)分析、判斷，給出除霜命令。
2.5制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、?？刂齐娐?br /> 工作原理：AT89C51單片機(jī)控制信號(hào)經(jīng)P1.3和P1.4端口輸出，并在P1.7的控制下鎖存在7 4LS273中，74LS273的輸出再經(jīng)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器MC1413后驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器SSR1和SSR2。當(dāng)MC141 3的16端有高電平輸出時(shí)，SSR1的3，4引腳端接通，使加熱絲接通電源而除霜。當(dāng)MC1413的1 5端輸出高電平時(shí)，SSR2的3，4端接通，使壓縮機(jī)繞組接通電源而啟動(dòng)，開(kāi)始制冷。74LS273 鎖存控制信號(hào)，一方面增加輸出功率，另一方面也防止單片機(jī)復(fù)位時(shí)引起控制的誤動(dòng) 作。采用固態(tài)繼電器作為壓縮機(jī)和除霜電熱絲的開(kāi)關(guān)：屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，內(nèi)部是大功率的晶 閘管電路，不產(chǎn)生火花，無(wú)電磁干擾并使高壓與單片機(jī)系統(tǒng)隔離。
3電冰箱的異味消除電路
利用TWH9221構(gòu)成的冰箱異味消除器電路如圖2所示。A2為臭氧發(fā)生器固態(tài)集成電路TWH9 221，其內(nèi)部由電光控制觸發(fā)電路、15 kHz振蕩器，4 min定時(shí)電路、工作指示燈推動(dòng)電路及 15 kHz功率輸出級(jí)等部分組成。4腳為電源正極、1腳為電源負(fù)極、3腳為觸發(fā)端、2腳為工作 狀態(tài)輸出端、5，6腳為脈沖輸出端。
平時(shí)冰箱門(mén)關(guān)閉，光線(xiàn)不能照射到光敏管BG上，A2不工作，5，6腳無(wú)脈沖輸出、打開(kāi)冰箱門(mén) 時(shí)，有光線(xiàn)照射到BG上，BG光敏管的阻值變小，從而使A2的3腳得到低電平觸發(fā)電壓而開(kāi)始 工作，其5，6腳輸出的脈沖電壓經(jīng)升壓變壓器T升壓后，得到15 kHz，1 500 V的高頻高壓脈 沖加至臭氧管H兩端，臭氧管H釋放出臭氧，對(duì)冰箱內(nèi)食品進(jìn)行除異味保鮮。在冰箱門(mén)關(guān)閉后 ，光線(xiàn)不能照射到光敏管BG上，A2的3腳無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入，A2內(nèi)定時(shí)器開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)4 min 以后，使A2自動(dòng)復(fù)位，H也停止放出臭氧。
4電冰箱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
電冰箱控制程序主要有3大部分：主程序、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序和定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序 。
（1）主程序
主程序是整個(gè)電冰箱的總控制程序，如控制各單元初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示，鍵盤(pán)程 序的啟動(dòng)與重復(fù)等。主程序框圖如圖3所示。
（2）T0中斷服務(wù)程序
T0中斷服務(wù)程序主要完成電源欠壓、過(guò)壓處理、開(kāi)門(mén)狀態(tài)檢查及處理等。其框圖如圖4所示 。
?。?）T1中斷服務(wù)程序
T1工作于計(jì)數(shù)方式，通過(guò)計(jì)數(shù)達(dá)到延時(shí)3 min的目的。T1的中斷服務(wù)程序主要完成3 min定時(shí) 及溫度、除霜、速凍等各種檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，比較、分析以控制執(zhí)行元件工作。
其框圖如圖5所示。
（本文轉(zhuǎn)自電子工程世界：/mcu/2012/0316/article_8056_2.html）
1電冰箱的工作原理及控制要求
電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè) 定溫度范圍內(nèi)。一般當(dāng)蒸發(fā)器溫度高至3～5 ℃時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)溫度低于-10~-20 ℃ 時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。采用單片機(jī)控制，可以使控制更準(zhǔn)確、靈活。
電冰箱采用單片機(jī)控制主要功能及要求：
?。?）設(shè)定3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍-26～+26 ℃，精度±0.5 ℃。
（2）利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、速凍設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定等。
?。?）利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機(jī)啟、停和速凍、報(bào)警狀態(tài)。
（4）制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)3 min后方能再啟動(dòng)。
?。?）電冰箱具有自動(dòng)除霜功能，當(dāng)霜厚達(dá)3 mm時(shí)自動(dòng)除霜。
?。?）開(kāi)門(mén)延時(shí)超過(guò)2 min發(fā)聲報(bào)警。
?。?）連續(xù)速凍時(shí)間設(shè)定范圍1～8 h。
?。?）工作電壓180～240 V，當(dāng)欠壓或過(guò)壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)并用指示燈顯示。
2電冰箱控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1主機(jī)電路
主機(jī)電路采用AT89C51單片機(jī)，一片A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，構(gòu)成基本系統(tǒng)，另外功能鍵和LE D顯示由串行口擴(kuò)展5片74LS164實(shí)現(xiàn)。 還有一些附加電路如除霜電路、電壓檢測(cè)和開(kāi)門(mén)報(bào)警 電路等。電路原理框圖如圖1所示。
2.2A／D轉(zhuǎn)換電路及功能
A／D轉(zhuǎn)換電路采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模擬輸入通道，本系統(tǒng)只用了 其中4個(gè)通道IN0～I(xiàn)N3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測(cè)通道，IN1作為冷藏室溫度檢測(cè)通道，I N2作為除霜檢測(cè)通道，IN3作為電源電壓檢測(cè)通道。ADC0809的A，B，C三端通過(guò)地址鎖存器 接于P0口的P0.0，P0.1，P0.2，該三端控制模擬通道號(hào)的選擇。P1.6與WR，RD端經(jīng)與 非門(mén)接于0809的ALE，START，OE，控制0809的啟動(dòng)、讀、寫(xiě)。0809的EOC端懸空，轉(zhuǎn)換后利 用軟件延時(shí)一段時(shí)間再讀結(jié)果，不用中斷方式。
2.3功能鍵及顯示電路
功能鍵及LED顯示電路采用6個(gè)功能鍵控制冷凍室、冷藏室及速凍溫度設(shè)定，4位LED數(shù)碼管負(fù) 責(zé)顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機(jī)啟、停和報(bào)警等狀態(tài)。顯示和鍵盤(pán)輸入均通過(guò)AT89C51 的串行口。顯示輸出通道和鍵盤(pán)輸入通道的選擇由端口線(xiàn)P3.2和與非門(mén)完成。當(dāng)P3.2為“ 1”時(shí)，AT89C51的TXD端輸出同步脈沖通過(guò)與門(mén)發(fā)送到顯示移位寄存器74LS164的移位脈沖輸 入端，這樣AT89C51欲顯示的數(shù)據(jù)，由RXD端輸出，移位讀入到顯示器通道。當(dāng)P3.2為“0” 時(shí)，AT89C51的RXD的數(shù)據(jù)僅能被移位讀入到鍵盤(pán)掃描用的移位寄存器中。由于顯示通道采用 LED數(shù)碼管并用74LS164作為驅(qū)動(dòng)器，所以簡(jiǎn)化了線(xiàn)路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示字位擴(kuò)充方便，驅(qū)動(dòng) 程序設(shè)計(jì)容易。鍵盤(pán)工作原理也很簡(jiǎn)單，AT89C51通過(guò)RXD向鍵盤(pán)掃描移位寄存器74 LS164逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0，每次發(fā)送后即從P3.4端讀入鍵盤(pán)信號(hào)，若讀得“0”表示有鍵按 下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。
2.4除霜電路
Rt溫度傳感器，選用MF531型熱敏電阻，具有負(fù)溫度系數(shù)，靈敏度較高。把 熱敏電阻安裝在距蒸發(fā)器3 mm的某個(gè)合適的位置上，當(dāng)霜厚大于3 mm時(shí)，熱敏電阻接觸 到霜從而感到較低的溫度，其電阻值R（t）變大，運(yùn)算放大器輸出信號(hào)有變化，經(jīng)A／D轉(zhuǎn) 換后送人CPU，經(jīng)單片機(jī)分析、判斷，給出除霜命令。
2.5制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟、?？刂齐娐?br /> 工作原理：AT89C51單片機(jī)控制信號(hào)經(jīng)P1.3和P1.4端口輸出，并在P1.7的控制下鎖存在7 4LS273中，74LS273的輸出再經(jīng)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器MC1413后驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器SSR1和SSR2。當(dāng)MC141 3的16端有高電平輸出時(shí)，SSR1的3，4引腳端接通，使加熱絲接通電源而除霜。當(dāng)MC1413的1 5端輸出高電平時(shí)，SSR2的3，4端接通，使壓縮機(jī)繞組接通電源而啟動(dòng)，開(kāi)始制冷。74LS273 鎖存控制信號(hào)，一方面增加輸出功率，另一方面也防止單片機(jī)復(fù)位時(shí)引起控制的誤動(dòng) 作。采用固態(tài)繼電器作為壓縮機(jī)和除霜電熱絲的開(kāi)關(guān)：屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，內(nèi)部是大功率的晶 閘管電路，不產(chǎn)生火花，無(wú)電磁干擾并使高壓與單片機(jī)系統(tǒng)隔離。
3電冰箱的異味消除電路
利用TWH9221構(gòu)成的冰箱異味消除器電路如圖2所示。A2為臭氧發(fā)生器固態(tài)集成電路TWH9 221，其內(nèi)部由電光控制觸發(fā)電路、15 kHz振蕩器，4 min定時(shí)電路、工作指示燈推動(dòng)電路及 15 kHz功率輸出級(jí)等部分組成。4腳為電源正極、1腳為電源負(fù)極、3腳為觸發(fā)端、2腳為工作 狀態(tài)輸出端、5，6腳為脈沖輸出端。
平時(shí)冰箱門(mén)關(guān)閉，光線(xiàn)不能照射到光敏管BG上，A2不工作，5，6腳無(wú)脈沖輸出、打開(kāi)冰箱門(mén) 時(shí)，有光線(xiàn)照射到BG上，BG光敏管的阻值變小，從而使A2的3腳得到低電平觸發(fā)電壓而開(kāi)始 工作，其5，6腳輸出的脈沖電壓經(jīng)升壓變壓器T升壓后，得到15 kHz，1 500 V的高頻高壓脈 沖加至臭氧管H兩端，臭氧管H釋放出臭氧，對(duì)冰箱內(nèi)食品進(jìn)行除異味保鮮。在冰箱門(mén)關(guān)閉后 ，光線(xiàn)不能照射到光敏管BG上，A2的3腳無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入，A2內(nèi)定時(shí)器開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)4 min 以后，使A2自動(dòng)復(fù)位，H也停止放出臭氧。
4電冰箱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
電冰箱控制程序主要有3大部分：主程序、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序和定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序 。
（1）主程序
主程序是整個(gè)電冰箱的總控制程序，如控制各單元初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示，鍵盤(pán)程 序的啟動(dòng)與重復(fù)等。主程序框圖如圖3所示。
（2）T0中斷服務(wù)程序
T0中斷服務(wù)程序主要完成電源欠壓、過(guò)壓處理、開(kāi)門(mén)狀態(tài)檢查及處理等。其框圖如圖4所示 。
?。?）T1中斷服務(wù)程序
T1工作于計(jì)數(shù)方式，通過(guò)計(jì)數(shù)達(dá)到延時(shí)3 min的目的。T1的中斷服務(wù)程序主要完成3 min定時(shí) 及溫度、除霜、速凍等各種檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，比較、分析以控制執(zhí)行元件工作。
其框圖如圖5所示。
（本文轉(zhuǎn)自電子工程世界：/mcu/2012/0316/article_8056_2.html）