立式冷凍箱時間控制器設計

裴羊其，毛麗民，張笠君，李增增，吳余生

（1.常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟 215500；2.上海大學機電工程與自動化學院，上海 200072）

立式冷凍箱時間控制器設計

裴羊其1，毛麗民1，張笠君2，李增增1，吳余生1

（1.常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟 215500；2.上海大學機電工程與自動化學院，上海 200072）

針對家用電器的時鐘智能控制，提出了一種以PIC16F72單片機為核心的設計方案，使用4位LED數碼管顯示時間，利用DS1302時鐘芯片完成實時時鐘的基本功能，同時利用24C02存儲定時數據，實現對立式冷凍箱的制冷定時控制.實驗結果表明，該立式冷凍箱時間控制器設計可靠，具有一定的實用價值和商業前景.

PIC16F72單片機；時鐘控制器；DS1302；24C02

冰箱的普及給人們的生活帶來了很大的方便，但同時冰箱制冷工質散逸對臭氧層的破壞導致溫室效應加劇，以及電冰箱廣泛普及導致電力消耗過大，資源浪費和環境保護等問題已不能忽視[1].因此，人們對電冰箱在節能環保、智能化、人性化方面的要求不斷提高，需要在冰箱生產中不斷應用新技術和新工藝[2].本文基于PIC16F72單片機，設計了一種具有時鐘顯示、制冷時間設置、定時開關功能的立式冷凍箱時間控制器[3].

1 時鐘控制器的硬件設計

1.1 系統總體設計

圖1是時鐘顯示系統總體設計圖，系統以單片機PIC16F72為主控器，不斷讀取實時時鐘芯片DS1302提供的時間，發送LED顯示時間（采取24小時模式）；PIC16F72在單片機不斷讀取DS1302提供的當前時間的同時，也要讀取存儲芯片24C02設定的定時時間數據.當達到所設定的定時時間時，控制壓縮機的繼電器開始工作以實現制冷；當需要調整當前時間或定時時間時，按下相應鍵進入設置系統設置.

1.2 控制核心的設計

該控制系統主控制器采用PIC系列單片機PIC16F72.PIC16F72單片機的最小系統電路如圖2所示.單片機內部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器.通常在引腳OSC1和OSC2跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器，單片機最小系統采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現系統的復位操作.

圖1 系統總體設計框圖

1.3 時鐘電路設計

系統時鐘應用了實時時鐘日歷芯片DS1302，其連接如圖3所示.該硬件電路設計簡單，抗干擾能力強.PIC16F72單片機RA0直接接DS1302的RST端，上電后，PIC16F72的RA0腳自動輸出高電平.RA1作為串行時鐘接口，RB7作為時鐘數據的I/O.DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，當+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電.

1.4 24C02的硬件電路設計

24C02的硬件電路設計如圖4所示.其中PIC16F72與24C02通過標準的I2C接口相連，R10和R12為I2C總線的上位電阻.WP接地是寫保護失效便于寫入數據.E0、E1、E2也接地是24C02的從機地址為0b1010000.由于本設計只用到了一個4C02芯片，可以將E2、E1、E0取為000，即引腳E2、E1、E0同時接地，此時24C02的寫從器件地址為0xa0（10100000B），讀從器件地址為0xa1（10100001B）.

1.5 LED顯示電路設計

在圖5的LED顯示電路圖中，為了在顯示部分節省單片機I/O口，采用動態顯示方式.由于本單片機的引腳有限，采用74HC4094芯片驅動LED做顯示部分.74HC4094是帶輸出鎖存和三態控制的串入/并出高速轉換器，具有使用簡單、功耗低、驅動能力強和控制靈活等優點.

圖2 PIC單片機的最小系統

圖3 時鐘電路圖

圖4 PIC16F72與24C02芯片的硬件電路

2 時鐘控制器的軟件設計

2.1 系統軟件總體設計

圖6所示是整個系統的軟件總體流程圖，首先進行時間芯片DS1302和存儲定時數據24C02的程序初始化工作，再設定需要的時間，通過LED顯示，設定的時間通過鍵盤掃描程序被單片機讀取，時間芯片DS1302將當前的時間送給單片機判斷，如果定時時間到，繼電器就動作，冷凍箱開始工作.

圖5 LED顯示電路圖

圖6 系統軟件設計總體流程圖

2.2 鍵盤掃描軟件設計

本設計中PIC16F72單片機在系統中的主要任務是接受DS1302和24C02的數據并送出顯示，完成時鐘顯示控制.PIC16F72單片機完全有能力完成以上工作，所以采用隨機掃描鍵盤方式，系統也能夠正常運行.單片機掃描完鍵盤，得到鍵值，并根據鍵值轉入執行對應任務，以實現按鍵功能.如果沒有按鍵按下，返回主程序.其中S1調節顯示時間，S2調節定時時間，S3代表數值加一操作，S4代表數值減一操作.

2.3 LED顯示電路軟件設計

圖8中用的是4位8段共陰數碼管，在動態顯示中，由于各位數碼管的線段并聯，段碼的輸出對各位數碼管來說都是相同的.因此，在同一時刻只能一位有數碼管處于導通狀態，而其他幾位數碼管的位選線（公共端）處于關閉狀態.同時，段線上輸出相應位要顯示字符的字型碼.這樣在同一時刻，只有選通的那一位數碼管顯示出字符，而其他各位則是熄滅的，其中顯示延時1 ms.

3 調試

調試的過程分硬件和軟件調試兩部分.

硬件電路調試主要包括電源、單片機、外部時鐘電路、復位電路和外部接口電路調試.首先檢查電源是否完好.之后使用萬用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況.4位一體共陰8段數碼管的引腳，在焊接時也要避免管腳之間的短路，在上電之前必須先排查電路.

圖7 鍵盤掃描流程圖

圖8 LED顯示軟件流程圖

在本設計中，軟件調試主要分三大部分：實時時鐘程序調試、定時時鐘程序調試、按鍵子程序調試.可以使用MPLAB IDE進行編寫及調試程序，然后用PStar V6編程器進行反復燒寫程序，直至達到預期效果.

4 結束語

本文設計的以單片機為核心的立式冷凍箱時間控制器將普通的24小時不斷電的冷凍箱改為可自動控制或人為設定冰箱制冷時間的可控冷凍箱.實驗結果表明，該立式冷凍箱時間控制器設計可靠，而其顯示的新穎性往往更能吸引人們的眼球，德國，日本和美國等發達國家都先后推出了各自的相關產品，比如西門子冰箱和三菱冰箱都使用了時間控制器.我國的海爾也采用了這種技術.因此該設計具有一定的實用價值和商業前景.

[1]肖鳳明.高新電冰箱單片機控制技術從入門到精通[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]馮喬.基于單片機的實時時鐘設計[J].機械制造與自動化，2009（6）：141-142.

[3]劉煥平.基于51單片機的智能定時控制系統設計[J].石家莊職業技術學院學報，2010（6）：26-28.

[4]鄒顯圣.基于AT89C51單片機數字時鐘的研究[J].機電產品開發與創新，2009（5）：.34-36.

[5]曾美云.基于單片機數字時鐘系統的設計[J].科技信息，2011（18）：67-70.

[6]樊清海；劉培培；耿娟平.基于單片機的數字時鐘C語言設計[J].北華航天工業學院學報，2010（6）：4-6.

[7]閆廣明，張波，孫小君.零點起步—PIC單片機常用模塊與典型實例[M].北京：機械工業出版社，2011.

[8]戴仙金.51單片機及其C語言程序開發實例[M].北京：清華大學出版社，2008.

A Design of Time Control for Vertical Freezers

PEIYang-qi1,MAO Li-min1,ZHANG Li-jun2,LIZeng-zeng1,WU Yu-sheng1
（1.School of Electrical and Automation Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China; 2.School of Electrical Engineering and Automation,Shanghai University,Shanghai 200072,China）

With the economic development,the market demand for intelligent clock control system increases greatly.Concerning clock intelligent control for household appliances,this paper proposes a scheme using PIC16F72 m icrocontroller as the core design.The real-time clock control is achieved by means of 4 LED digital display time,and DS1302 clock chip.At the same time,timing control of the vertical freezer is realized on the basis of timing data stored in the 24C02.The experimental results show that the design of time control for verti?cal freezers is reliable,and has both a certain practical value and business prospects.

PIC16F72 MCU;time control;DS1302;24C02

TP368.1

B

1008-2794（2012）08-0072-04

2012-04-16

裴羊其（1991—），男，江蘇靖江人，常熟理工學院電氣與自動化工程學院自動化專業2008級學生.

毛麗民（1981—），男，江蘇常熟人，講師，碩士，研究方向：機器人與目標跟蹤，E-mail：maolimin_1981@163.com.