2018年04月11日 | AT89C51及TWH9221在电冰箱中的应用介绍

    随着家用电冰箱的普及，人们对电冰箱的控制功能要求越来越高，这对电冰箱控制器提出了 更高的要求，多功能、智能化是其发展方向之一，传统的机械式、简单的电子控制已经难以 满足发展要求。本文介绍了采用AT89C51作为控制器核心，对电冰箱的工作过程进行控制， 采用臭氧发生器专用集成电路TWH9221组成电冰箱的异味消除电路。

    1电冰箱的工作原理及控制要求

    电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停，使冰箱内的温度保持在设 定温度范围内。一般当蒸发器温度高至3～5 ℃时启动压缩机制冷，当温度低于-10~-20 ℃ 时停止制冷，关断压缩机。采用单片机控制，可以使控制更准确、灵活。

    电冰箱采用单片机控制主要功能及要求：
　　(1)设定3个测温点，测量范围-26～+26 ℃，精度±0.5 ℃。
　　(2)利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等。
　　(3)利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态。 
　　(4)制冷压缩机停机后自动延时3 min后方能再启动。
　　(5)电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达3 mm时自动除霜。
　　(6)开门延时超过2 min发声报警。
　　(7)连续速冻时间设定范围1～8 h。
　　(8)工作电压180～240 V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。 
2电冰箱控制系统硬件电路设计

    2.1主机电路

    主机电路采用AT89C51单片机，一片A／D转换芯片ADC0809，构成基本系统，另外功能键和LE D显示由串行口扩展5片74LS164实现。 还有一些附加电路如除霜电路、电压检测和开门报警 电路等。电路原理框图如图1所示。

    2.2A／D转换电路及功能

    A／D转换电路采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模拟输入通道，本系统只用了 其中4个通道IN0～IN3。其中IN0作为冷冻室温度检测通道，IN1作为冷藏室温度检测通道，I N2作为除霜检测通道，IN3作为电源电压检测通道。ADC0809的A，B，C三端通过地址锁存器 接于P0口的P0.0，P0.1，P0.2，该三端控制模拟通道号的选择。P1.6与WR，RD端经与 非门接于0809的ALE，START，OE，控制0809的启动、读、写。0809的EOC端悬空，转换后利 用软件延时一段时间再读结果，不用中断方式。

    2.3功能键及显示电路

    功能键及LED显示电路采用6个功能键控制冷冻室、冷藏室及速冻温度设定，4位LED数码管负 责显示冷冻室、冷藏室温度及压缩机启、停和报警等状态。显示和键盘输入均通过AT89C51 的串行口。显示输出通道和键盘输入通道的选择由端口线P3.2和与非门完成。当P3.2为“ 1”时，AT89C51的TXD端输出同步脉冲通过与门发送到显示移位寄存器74LS164的移位脉冲输 入端，这样AT89C51欲显示的数据，由RXD端输出，移位读入到显示器通道。当P3.2为“0” 时，AT89C51的RXD的数据仅能被移位读入到键盘扫描用的移位寄存器中。由于显示通道采用 LED数码管并用74LS164作为驱动器，所以简化了线路，结构简单，显示字位扩充方便，驱动 程序设计容易。键盘工作原理也很简单，AT89C51通过RXD向键盘扫描移位寄存器74 LS164逐位发送数据“0，每次发送后即从P3.4端读入键盘信号，若读得“0”表示有键按 下，转入处理键功能程序。

    2.4除霜电路

    Rt温度传感器，选用MF531型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度较高。把 热敏电阻安装在距蒸发器3 mm的某个合适的位置上，当霜厚大于3 mm时，热敏电阻接触 到霜从而感到较低的温度，其电阻值R(t)变大，运算放大器输出信号有变化，经A／D转 换后送人CPU，经单片机分析、判断，给出除霜命令。

    2.5制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路

    工作原理：AT89C51单片机控制信号经P1.3和P1.4端口输出，并在P1.7的控制下锁存在7 4LS273中，74LS273的输出再经达林顿驱动器MC1413后驱动固态继电器SSR1和SSR2。当MC141 3的16端有高电平输出时，SSR1的3，4引脚端接通，使加热丝接通电源而除霜。当MC1413的1 5端输出高电平时，SSR2的3，4端接通，使压缩机绕组接通电源而启动，开始制冷。74LS273 锁存控制信号，一方面增加输出功率，另一方面也防止单片机复位时引起控制的误动 作。采用固态继电器作为压缩机和除霜电热丝的开关：属于无触点开关，内部是大功率的晶 闸管电路，不产生火花，无电磁干扰并使高压与单片机系统隔离。

    3电冰箱的异味消除电路

    利用TWH9221构成的冰箱异味消除器电路如图2所示。A2为臭氧发生器专用固态集成电路TWH9 221，其内部由电光控制触发电路、15 kHz振荡器，4 min定时电路、工作指示灯推动电路及 15 kHz功率输出级等部分组成。4脚为电源正极、1脚为电源负极、3脚为触发端、2脚为工作 状态输出端、5，6脚为脉冲输出端。

    平时冰箱门关闭，光线不能照射到光敏管BG上，A2不工作，5，6脚无脉冲输出、打开冰箱门 时，有光线照射到BG上，BG光敏管的阻值变小，从而使A2的3脚得到低电平触发电压而开始 工作，其5，6脚输出的脉冲电压经升压变压器T升压后，得到15 kHz，1 500 V的高频高压脉 冲加至臭氧管H两端，臭氧管H释放出臭氧，对冰箱内食品进行除异味保鲜。在冰箱门关闭后 ，光线不能照射到光敏管BG上，A2的3脚无触发信号输入，A2内定时器开始工作，经过4 min 以后，使A2自动复位，H也停止放出臭氧。