基于PIC單片機冰箱部分功能的控制

張嵩， 劉光利， 馬巖， 高琳

（長春理工大學 機電工程學院，長春130022）

1 引 言

PIC 單片機（Peripheral Interface Controller）是一種用來可開發的去控制外圍設備的可編程集成電路。由美國Microchip（微星）公司推出的PIC 單片機系列產品，首先采用了RISC 結構的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD 驅動能力和低價位OTP（一次性編程）技術等都體現出單片機產業的新趨勢。現在PIC 系列單片機在世界單片機市場的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機市場，據稱已從1990 年的第20 位上升到目前的第二位。PIC 單片機從覆蓋市場出發，已有三種（又稱三層次）系列多種型號的產品問世，所以在全球都可以看到PIC 單片機從電腦的外設、家電控制、電訊通信、智能儀器、汽車電子到金融電子各個領域的廣泛應用。現今的PIC 單片機已經是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。本文用的16f690 就是一種應用廣泛的8 位單片機。

2 冰箱的主要功能及工作原理

冰箱一般具有制冷、保溫和控制溫度3 項基本功能，隨著科技水平的快速發展，消費者對于冰箱的保鮮功能也提出了更高的要求。保鮮時間要長久、營養不能流失、隔斷之間不能串味、冷藏室不能有異味等，都成為購買冰箱的最基本要求。

冰箱是利用電能通過壓縮機使制冷劑不斷循環，通過制冷劑狀態的改變把冰箱內的熱量不斷帶到冰箱外散發掉，為了保持冰箱內的溫度，我們用箱體和門體的發泡層及門封條隔熱。同時為了使冰箱內保持所需要的溫度，我們用溫控器來控制冰箱內溫度的高低，并控制壓縮機的開、停機及照明功能。冰箱的整個制冷過程如圖1 所示。

圖1 冰箱的制冷過程示意圖

本文通過C 語言程序的編寫實現對冰箱的以下幾項功能的控制：

（1）冰箱門的開和關控制著冰箱內部燈的亮滅，并且冰箱關門后保鮮模塊開1h；

（2）當冷凍傳感器值>18 或冷藏傳感器值>18 時，壓縮機和風機分別開機，這時輸出PWM 為100Hz。當冷凍傳感器值<25 并且冷藏傳感器值<25 時，壓縮機和風機分別關機，這時輸出PWM 為40Hz；其它情況下保持原來狀態；

（3）當壓縮機累計運行8h 時，開始化霜，化霜時壓機和風機都停機。當化霜加熱器工作30min 或蒸發傳感器值>16 時，化霜停止；

3 16f690 的主要模塊介紹

3.1 Timer0 模塊

Timer0 模塊是8 位定時器/計數器，它具備以下特性：8 位定時器/計數器寄存器（TMR0）；8 位預分頻器（與看門狗定時器共用）；可編程內部或外部時鐘源;可編程外部時鐘邊沿選擇；溢出中斷。

作為定時器使用時，Timer0 模塊可用作8 位定時器或8 位計數器。當Timer0 作為定時器使用時，Timer0 模塊將在每個指令周期遞增（無預分頻器）。將OPTION 寄存器的T0CS 位清零可以將時鐘源選擇位內部指令周期時鐘，即FOSC/4。當Timer0 作為計數器使用時，Timer0 模塊將在T0CKI 引腳的每個上升沿遞增。遞增邊沿由OPTION 寄存器的T0SE 位決定。將OPTION 寄存器的T0CS 位置1 選擇計數器模式。特別在TMR0 被寫入時，為了計入兩個指令周期的延時，可以調整寫入TMR0 寄存器的值。

3.2 模數轉換器（ADC）模塊

模數轉換器（Analog-to-digital Converter，ADC）可將模擬輸入信號轉換為相應的10 位二進制表征值。該系列器件采用多個模擬輸入復用到一個采樣保持電路。采樣保持電路的輸出與轉換器的輸入相連接。轉換器通過逐次逼近法產生10 位二進制值，并將轉換結果保存在ADC結果寄存器（ADRESL：ADRESH）中。

4 引腳功能說明電路圖

4.1 引腳功能說明

整個控制系統的設計，首先考慮的是門開關對LED燈的亮滅控制及對保鮮模塊啟動的控制，本文將RB4 引腳作為門開關的狀態輸入引腳，將RB6 作為LED 燈的控制引腳，將RB2 作為保鮮模塊的控制引腳。RB4 置0，表明冰箱門是打開狀態，這時將RB6 置1，即LED 燈亮，當RB4 變為1 時，說明冰箱門關閉，這時將RB6 置0 的同時把RB2 置1，啟動保鮮模式，保鮮在開啟1h 后關閉。其次是對壓縮機和風機的控制，本文將RC1 作為冷凍傳感器采集數據輸入引腳；RC2 作為冷藏傳感器采集數據輸入引腳；RC3 作為壓縮機控制引腳；RC5 作為PWM 輸出引腳；RA0 作為風機控制引腳。當RC1 或RC2 的值大于18 時，要分別將RC3 和RA0 置1，打開壓縮機和風機，同時PWM 的輸出為100Hz，當RC1 且RC2 的值小于25時，分別將RC3 和RA0 置0，關閉壓縮機和風機，同時PWM 的輸出為40Hz。最后是對冰箱化霜的控制，本文將RC6（低電平有效）作為化霜控制引腳，RC0 作為蒸發傳感器數據采集值輸入引腳。當壓縮機累計運行8h 的時候，化霜開始即將RC6 置0，此時分別將RC3 和RA0 置0，關閉壓縮機和風機，同時PWM 的輸出為40Hz。當化霜加熱器工作30min 或蒸發傳感器數據采集值大于16 時，化霜停止，即RC6 置1。

對于整個控制系統中的時間控制，本文采用的是中斷函數控制，對不同的時間控制設定了不同的時間標志位，實現了準確的控制。因為RC0、RC1、RC2 是傳感器數據采集引腳，所以這三個引腳都設置成模擬輸入端，其余的都設置為數字輸入/輸出引腳。PIC16f690 的引腳總匯如圖2所示。

圖2 PIC16f690 引腳總匯

4.2 主要外圍電路說明

RA1 外接的是掉點檢測電路，該電路主要針對各種原因造成的瞬時掉電采取立即保護措施，防止來電后壓縮機的頻繁啟停對壓縮機造成損傷。RA3 外接的是復位電路，用于當單片機系統在運行中，受到環境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執行，其中，與電阻并聯的二極管起到了加快電容放電速度的作用。RA4、RA5 是外接的晶振電路，用于給單片機提供必要的外部振蕩源。

圖3 硬件電路圖

5 程序設計

單片機可以用匯編語言編程, 也可以用高級語言C、Basic 編程，也可以用圖形化語言編程。本文采用的是C語言的編程，函數的開始首先需要對引腳的端口進行初始化，包括端口方向的設置、初值的設置以及分頻比等的設置。然后就是一個大的While 的死循環調用，這樣通過對門開關函數、壓縮機和風機開關機函數以及化霜函數的調用和判斷，實現了對所用功能的控制。圖4 為整個程序的控制流程圖。部分程序代碼如下：

圖4 控制流程圖

6 結 論

以PIC16f690 單片機為基礎，通過對各個引腳的功能分配及硬件電路的設計，對冰箱部分功能進行了C 語言程序的編寫。整個程序利用軟件進行了不斷的仿真和調試，實現了對冰箱的LED 燈、保鮮模塊、壓縮機和風機及化霜的控制。

［1］ 李學海.PIC 單片機實用教程-提高篇［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

［2］ 余永權，汪明慧，黃英.單片機在控制系統中的應用［M］.北京：電子工業出版社，2003.

［3］ 竇振中，汪立森.PIC 系列單片機應用設計與實例［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2001.

［4］ 汪睿.淺談PIC 單片機的使用［J］.安慶科技，2012（1）：38-41.

［5］ 張春芝，馮海明.電冰箱單片機控制系統的設計［J］.北京工業職業技術學院學報，2002（3）：21-26.