SPMC65P2408A在電冰箱中的應用

本文主要介紹利用SPMC65P2408A單片機作為定頻冰箱的主控芯片，結合一些外圍電路來實現電冰箱其功能。
關鍵詞：電冰箱? 凌陽單片機? SPMC65P2408A??
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1 引言
??? 目前，家用電冰箱按箱內冷卻方式來分，可分為間冷式和直冷式兩種。間冷式電冰箱俗稱無霜電冰箱，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年開始，家用蒸氣壓縮式電冰箱的銷量與日俱增，根據互聯網消息，2001年國內電冰箱共生產1349萬臺，比2000年增長5.63%，其中有300多萬臺出口，逐年上升，國內的消化能力也就900到1000萬臺。海爾、科龍、新飛、美菱等四家企業占據著市場的領先地位，2001年的銷售量均超過100萬臺。
??? 在一次城市居民家庭民意調查中，電冰箱的普及率已經達到了85.4%，其中擁有兩臺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。從城市居民家庭購買電冰箱的時間上看，1994年以前購買的電冰箱占據了主導地位，達到51%，其中1990年以前購買的電冰箱比例達到了23.4%，以電冰箱使用壽命10－15年計算，這部分電冰箱將相繼進入更新期，從而構成了未來五年城市電冰箱市場消費需求的主體。調查結果表明，當前城市居民家庭對所使用的電冰箱制冷功能基本滿意，但對電冰箱的運行噪音以及耗電量的滿意度較低。這將預示著今后市場上以“靜音”、“安全”、“節能”為切入點的電冰箱產品將具有廣泛的需求空間。
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2 冰箱的功能
◆ 人工智能，自動調溫：在人工智能狀態下，該冰箱能夠隨環境溫度變化而自動調節溫度設置，無需人為調節，便能達到最佳制冷效果，使您更省心、省力。
◆ LED顯示，數字溫控：采用LED顯示技術，動態顯示冰箱的運行情況，冷藏室冷凍室溫度可以分別設置，分別顯示，一目了然，使您及時了解冰箱運行情況，使用起來更加方便。
◆ 冷藏、冷凍溫度調節：冷藏溫度可設置在 2℃～10℃間；冷凍溫度可設置在-16℃～-26℃之間或-7℃。
◆ 多溫保鮮功能：將冷凍溫度可設置在-7℃，進入多溫保鮮功能，通過對冰箱的溫度控制，使得冰箱內存在多個溫區，不同的區域適合存放的食物類別與期限也不同。
速凍功能：運用細胞保活技術，以超強制冷能力，使食品迅速通過最大冰晶生成帶，不破壞細胞結構，保持細胞活力，營養成份不散失，保鮮效果好。
◆ 冷藏開/關功能：可強制關閉冷藏室（冷藏室不制冷），同時冷藏室溫度顯示熄滅。
◆ 自動化霜功能：電冰箱在運行過程中不斷檢測壓縮機累計運行時間、記錄門開啟次數和時間和環境溫度，進行判斷是否滿足化霜條件，滿足化霜條件時，接通化霜加熱絲，同時斷開壓縮機和風機，關閉風門，30分鐘后斷開化霜加熱絲，接通壓縮機，再過15分鐘后接通風機，進入正常控制循環。
◆ 壓縮機斷電延時保護功能：電冰箱每次開機上電時，檢查壓縮機停機時間是否已經延時5分鐘。若壓縮機已經延時5分鐘，壓縮機可以立即啟動；若壓縮機延時未到5分鐘，則繼續延時到5分鐘后，壓縮機才可以啟動。

3 系統總體方案介紹
??? 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、傳感器組、壓縮機控制電路、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、風機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、風扇電機等提供電源。

圖3-1 控制系統原理框圖

4 系統硬件設計
??? 整個硬件系統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5V電源。7805前面的電壓用于繼電器控制電源，經過7805后產生的5V的電壓經過0歐姆電阻之后進入控制板中，供整個系統用電。原理見圖4-2所示

圖4-2 電源部分原理圖

4.2 鍵盤輸入電路
??? 鍵盤輸入電路如圖4-3所示，當有鍵按下時，對應的IO口為拉到高電平，CPU做相應處理。

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、冷凍室蒸發器盤管、冷藏室蒸發器盤管速凍室、環境溫度檢測等溫度傳感器組成。溫度傳感器采用負溫度系數的熱敏電阻。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段數碼管組成，接口電路如圖4-5所示，采用動態顯示方式驅動。

圖4-5 顯示電路

4.5 控制驅動電路
??? 壓縮機的工作原理就是由I/O口輸出信號，通過Q1——Q4驅動電路去控制繼電器，再由繼電器控制壓縮機的開停。壓縮機的開停由相關室的溫度決定，每次開機之前必須檢測延時保護條件是否滿足，才能作出開機決策，其控制電路如圖4-6所示。

圖4-6 控制驅動電路

4.6 斷電記憶電路
??? 系統擴展一塊AT24C01A來記憶斷電前的工作狀態，來電后仍按斷電前的設定工作。AT24C01A為I2C總線，利用SPMC65P2408A的IO口模擬IIC通信，PC4、PC5分別作為SCL、SDA信號線，如圖4-7所示，其中R8、R9為上拉電阻，I2C總線的讀寫時序由軟件控制。

圖4-7 斷電記憶電路

5 芯片特性簡介
??? SPMC65P2408A是由凌陽公司設計開發的8位工控單片機，采用凌陽SPMC65內核，支持位操作指令。具有強大的定時/計數器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標準通訊接口UART、SPI等多種功能。適用于通用工控場合、計算機外圍控制和家電等。SPMC65P2408A有28管腳和32管腳兩種封裝，32管腳封裝多了UART功能。本設計選用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℃
??? 超強抗干擾、抗靜電ESD保護能力
??? 8K byte OTP ROM，256 byte RAM
??? 27個通用輸入輸出口，均可設置成為上拉、下拉以及懸浮方式
??? 強大的定時計數器：2個8位、2個16位具有Capture\Compare\PWM功能
??? 1個1Hz～62.5KHz的時基
??? 8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)
??? 4個外部中斷，11個內部中斷
??? 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可選低電壓復位功能
??? 可編程看門狗功能

圖5.1 SPMC65P2408A*32P封裝

6 系統軟件設計
??? 整個系統輸入包括5個溫度傳感器，3個按鍵；輸出包括4位七段數碼管、壓縮機、風扇、電磁閥、化霜加熱絲等，以及1片內存AT24C01A。
6.1 主程序流程圖
??? 根據控制功能，將程序設計為幾個主要的模塊，流程見圖6-1：

圖6-1 主程序流程圖

6.2 各功能子程序流程介紹
??? 程序復位后先進行初始化，包括三部分：系統初始化、診斷程序和初始化中斷。
◆ 系統初始化
◆ 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
◆ 壓縮機保護及控制
◆ 驅動控制
◆ LED顯示程序

7 結語
??? 隨著科技的不斷發展，家用電器也在不斷地更新和發展，向更智能化的方向發展。未來的冰箱在各個方面都有著嚴格的要求，比若說環保、安靜、節能等等。用戶在考慮性能的同時，對安全性更是關注。