摘要：隨著電冰箱在日常生活中的普及,人們對電冰箱的性能和控制功能的要求越來越高,為了滿足人們實際生活中電冰箱的需要,以AVR單片機為核心,通過硬件和軟件設計了電冰箱的控制系統,試驗結果表明,該系統性能指標和功能達到了預期目的,具有功能齊全、操作簡單、使用方便等優點。該系統在同類產品中處于較高水平,具有較高的實用價值。
多年來電冰箱在國內市場上一直作為儲物、保鮮的空間，人們對于電冰箱的需求也是最基本的冷凍、凍藏等功能。近年來，隨著家用電冰箱的普及以及80后主流消費群體的迅速崛起，人們對電冰箱的性能要求越來越高，加速了對電冰箱功能和需求的轉型和升級，相應地對電冰箱的控制功能要求也越來越高。
單片機自問世以來，性能不斷提高，功能不斷增多和完善，加之具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價格低廉等特點，因此，廣泛應用在工業控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統、高級計算器、家用電器等領域，基于AVR單片機的電冰箱控制系統的設計把單片機技術充分利用在電冰箱的控制系統上，為現代電冰箱的發展提供技術支撐。
1 系統總體設計
設計出的電冰箱控鑭系統以AVR單片機為核心，包括硬件設計和軟件設計2部分。整個系統具有以下功能；
1）定期檢測電冰箱內冷凍室和冷藏室的溫度，通過鍵盤人工給定冷凍室及冷藏室溫度，并顯示出設定值；
2）定期檢測霜厚，當霜厚達到3 mm時自動除霜；
3）定期檢測工作電壓，并進行超限報警、禁止壓縮機工作；
4）定期檢測門開關狀態，并進行開門延時2 min報警；
5）單片機判斷冷凍室及冷藏室檢測到的溫度是否在設定的范圍內，并作出對壓縮機的啟、停操作，制冷壓縮機停機后自動延時3 min后方能再啟動；
6）通過鍵盤人工給定連續速冷時間值，并顯示出設定值，單片機判斷速冷時間是否在設定的范圍內，并作出速冷操作處理；
7）利用顯示電路顯示系統中的各種狀態。
1.1 硬件設計
基于AVR的電冰箱控制系統的硬件組成框圖如圖1所示，主要包括AVR單片機、A/D轉換器、檢測電路、報警電路、控制電路、時鐘及復位電路、功能鍵及顯示電路等的部分。
圖1 控制系統的硬件組成框圖
AVR單片機是高速嵌入式單片機，是整個控制系統的核心部件。由于其具有高速、低耗、保密、費用低廉等優點，已廣泛地應用于軍事、工業、家用電器、智能玩具、便攜式智能儀表和機器人制作等領域，使產品功能、精度和質量大幅度提升，故障率低，可靠性高，成本低廉。
A/D轉換器即模數轉換器，是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。該設計采用的是ADC0809,是M美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換，是目前國內應用最廣泛的8位通用A/D芯片。
檢測電路主要完成電冰箱內冷凍室和冷藏室的溫度檢測、霜厚檢測、工作電壓檢測、門開關狀態檢測等工作，并把相應的信息傳遞給單片執進行處理。檢測電路的設計包括冷凍室及冷藏室溫度檢測、霜厚檢測、電源電壓檢測和開門狀態檢測等電路的設計。
溫度檢測電路主要是完成冷凍室溫度檢測與及冷藏室溫度檢測，霜厚檢測電路主要是檢測霜的厚度，以便當霜厚達到3 mm時能夠自動除霜。電源電壓檢測電路主要是檢測工作電壓，并進行超限報警、禁止壓縮機工作。報警電路主要是電源電壓檢測電路檢測到工作電壓超出限度時發出報警信號。控制電路主要是控制制冷壓縮機和除霜電熱絲啟、停操作。時鐘及復位電路時鐘及復位電路主要是給單片機提供時鐘和復位信號，保證單片機能夠正常地工作。功能鍵及顯示電路主要實現用鍵盤對冷凍室、冷藏室進行設定和速冷控制設定，同時顯示設定值和設定標志以及系統的各種狀態。
1.2 軟件設計
基于AVR的電冰箱控制系統的軟件設計主要包括主程序、子程序和中斷程序的設計。
1）主程序
主程序是整個電冰箱的總控制程序，比如控制單元的初始化、控制中斷、定時、顯示、鍵盤程序的啟動與重復等。主程序流程框圖如圖2所示。
圖2 主程序流程框圖
2）子程序
子程序包括顯示子程序、鍵盤掃描子程序、依標志位調相應的顯示子程序、加一及減一處理子程序、讀ADC0809通道轉換數子程序、速冷處理子程序、溫度比較并處理子程序和除霜控制子程序等8個子程序。
顯示子程序就是將顯示緩沖區的數據一位一位地從RXD端輸出給顯示器，顯示出數據和狀態。鍵盤掃描子程序具有判斷鍵盤上是否有鍵按下和判斷閉合的鍵號兩個方面的功能。
依標志位調相應的顯示子程序就是根據標志位的內容把相應的設置數通過7段字型碼轉換后送入到顯示緩沖區去。
加一與減一處理子程序都是當主程序判斷到是加一或減一操作時就是依標志位將相應的設置數加一或是減一處理。
讀ADC0809通道轉換數子程序就是啟動ADC0809并且將轉換后的數讀入相應的緩沖區中。
速冷控制子程序就是人工設定一個連續速冷時間，單片機再進行控制，讓壓縮機連續工作時間為設定的連續速冷時間。
溫度比較并處理就是將冷凍室溫度與冷藏室溫度實際溫度的平均值與設置溫度進行比較，若超出范圍就進行處理，否則就返回。
除霜控制子程序就是將ADC0809轉換后的值與霜厚為3 mm時的對應值進行比較，若小于3 mm時就不需要除霜，否則就啟動除霜加熱絲進行除霜。
3）中斷程序
當中央處理器正在處理內部數據時，外界發生了緊急情況，要求CPU暫停當前的工作轉去處理這個緊急事件。處理完畢后，再回到原來被中斷的地址，繼續原來的工作，這樣的過程稱為中斷。實現這一功能的部件稱為中斷系統，申請CPU中斷的請求源稱為中斷源，處理"急件"的程序被稱為中斷服務程序，是事先編好的某個特定的程序。本系統中涉及到了T0和T1中斷服務程序。
T0中斷服務程序主要完成讀ADC0809通道的轉換數、電源電壓欠壓、過壓處理、并門狀態檢測及處理等。
T1中斷服務程序主要完成3 min定時及根據檢測結果，比較、分析、控制執行各元件的工作。即進行速冷處理、溫度比較并處理、霜厚控制并處理等。
2 結束語
該系統在設計出之后進行了多次試驗，試驗數據表明該系統的各項性能指標和功能達到了預期的設計目的，具有功能齊全、操作簡單、使用方便等優點，在國內同類產品中處于較高水平，具有較高的實用和推廣價值。
