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[摘 要]机械温控器运用在冰箱中呈现出越来越多的弊端，如：温度漂移、误差大、不停机、不开机等，导致大量的客户投诉和售后维修。本文从低成本的角度，介绍了一种基于单片机的电脑控制器取代机械温控器的方案，重点介绍了该控制器的主要硬件组成及其实现的各种功能，最后还就控制部分对机械冰箱和电脑冰箱进行了成本比较。
[关键词]单循环；电脑温控；低成本
中图分类号：TQ113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0044-01
1 前言
传统机械冰箱需要根据气温状况，手动调节机械控制器的档位来调节冰箱的温度，温度无法精确感知；机械冰箱需要温度上升到一定差值以后，控制器才能再次启动，温度波动相对较大，对食物储藏和能耗均有不利影响。
近年来，随着人们的物质生活水平的不断提高，对冰箱的要求也越来越高，对机械冰箱所呈现出来的温度误差大、不停机、难开机、功能少、档次低等弊端越来越难以接受；基于此，各大冰箱厂家纷纷开发电脑温控冰箱，利用电子感温头感知冰箱内部温度，能精确测量温度，并通过电脑控制压缩机的开停，使温度维持在准确的数值，使之控温精确，功能也越来越多，满足了部分高端用户的需求，但高成本阻碍了人们的购买欲，机械冰箱还是占据大部分市场。下面介绍一款低成本电脑控制器，运用巧妙的电气设计以及漂亮的外观设计，应用在直冷单循环冰箱上，效果非常不错。
2 主要硬件组成及其功能说明：
* 开关电源部分：采取强弱电安全隔离设计，输出12V/0.15A。由于输出功率不大，采用原边激励方式，利用OB2226CP开关芯片进行驱动，元器件少，待机功耗小，输出12V稳定可靠。电源入口处需要增加保险丝进行过流保护，压敏电阻进行浪涌保护，以及X2安规电容进行交流滤波，这三个元件直接关系到控制器的安全与电磁兼容性，所以必不可少且需获得销售国的安全认证。
* 单片机及外围电路：MCU采用ST的STM8S003F，16个I/O口，8K flash ROM，1K RAM。利用芯片的内部振荡，省去外部晶振；RC复位电路以及单线接口模块（SWIM）用于调试与烧写程序，外围电路十分简单。
* 输入输出电路：输入信号有3个温度传感器（冷藏空气传感器、蒸发传感器和环境传感器）、两个按键信号以及一个门开关信号；输出控制信号有：交流负载压缩机和白炽照明灯，LED指示灯7个，蜂鸣器1个。压缩机用继电器直接控制；白炽灯用可控硅来控制，因为它要能功率可调，用于照明和低温补偿。
* 按键与指示灯电路：7个LED采用2X4矩阵电路，2个按键一头挂在矩阵电路的2个COM线上，与矩阵电路分时复用，另一头用1个I/O口接收按键信号，这样用7个I/O口解决9个需要处理的信号。
3 功能介绍：
3.1. 操作显示界面介绍：
3.1.1. 按键两个，一个用于调节温度，一个用于调节模式；
3.1.2. 温度档位用5个LED灯指示，智能模式和速冻模式用两个LED灯分别指示。
3.2. 冷藏室温度控制：
冷藏室温度可以设定为2℃，4℃，5℃，6℃，8℃。按下冷藏键，可进行冷藏室温度调节，每按一次，设定温度将切换至下一个温度，可循环设定。
冷藏室制冷由冷藏室空气感温头和化霜感温头控制，当空气感温头温度（Tr）大于开机温度（Trk）且化霜感温头温度（Trd）大于5℃开机制冷，当Tr小于停机温度（Trt）时，冷藏停止制冷。
3.3. 冷冻室温度调节：
冷冻室温度通过制冷系统自动匹配，保持在国标规定的低温状态。
3.4. 智能模式设定
按“模式”按键，选择智能模式，智能指示灯亮起；进入智能模式。此模式无需用户设置温度，冰箱自动根据环境温度的变化自动调节温度设定；
3.5. 速冻模式设定
按“模式”按键，选择速冻模式，速冻指示灯亮起；进入速冻模式。在此模式下，压机开、停机点按冷藏最低温度设置。灯泡补偿，与压机异步。运行54小时后系统自动退出，返回到设置速冻模式之前的模式。
4 负载控制规则：
4.1. 蜂鸣器控制：①开门音乐提示音。②按键提示音： 按键每按一下，蜂鸣器短响一声。③门开报警：当冷藏门打开时，若用户忘记关门，则开门90秒后开始报警，报警声每隔30秒连响5次（0.5秒一个周期），之后重复循环，直到门被关上。
4.2. 压机控制：
* 满足下列条件之一，压机断电：
① 同时满足：Tr≤Trt 和 本次压缩机运行时间≥5分钟，压机断电。②压缩机连续运行≥3小时
* 非首次通电情况下，同时满足以下条件，压缩机通电：① Tr≥Trk ℃ 且Trd≥5℃；② 压缩机停止工作≥5分钟；首次通电情况下，上电3秒后压缩机通电。
4.3. 照明灯控制：冷藏门开灯就亮，门关灯就灭。最大亮灯时间为10 分钟.
4.4. 自动低温补偿功能
进入条件：当环境传感器的温度低于15℃，且冷藏蒸发器传感器温度低于15℃，灯泡补偿（8W）就进入与压机异步工作的状态；
退出条件：如果环境传感器温度高于17℃，或冷藏蒸发器传感器温度高于17℃，则灯泡补偿停止工作。
4.5. 掉电记忆功能
冰箱断电再上电时自动按断电前的设定模式运行。需记忆的数据包括冷藏室的设定温度、运行模式等。
5 感温头故障处理
当感温头断路或短路时称为故障状态。
5.1. 感温头故障时的控制规则
5.1.1. 在故障状态下，退出智能和速冻，其对应的LED灯快闪报警。
5.1.2. 当环境温度感温头出现故障时，按Th=25℃处理，速冻和智能指示灯快闪报警。
5.1.3. 当冷藏空间温度感温头出现故障时，2℃和4℃指示灯快闪报警。压缩机按开20分钟，关20分钟规则控制 。
5.1.4. 当冷藏化霜温度感温头出现故障时，5℃和6℃指示灯快闪报警。压缩机按冷藏感温头控制，化霜感温头不参与控制。
6 系統保护
①上电3秒后才允许开压缩机；②压缩机每次正常停机时间应≥5Min。
7 成本比较
机械冰箱主要控制部件有：控制器（温控器+LED灯）、内藏导线（含补偿发热丝）、磁控开关、感温头导管部件、其他辅料等，成本合计为27.36元；
电脑冰箱主要控制部件有：控制器 （电路板+白炽灯）、内藏导线（含3个感温头）、控制器固定座、感温头座、感温头罩等，成本合计为36元；
从以上的成本对比情况来看，电脑冰箱的成本仅比机械冰箱的成本贵8.64元。
说明：1，电脑温控冰箱利用白炽灯来进行照明，又用它来进行低温补偿，这样就省去了补偿加热丝以及磁控开关；
8 结论：从上面介绍的电脑温控器的功能以及成本比较来看，仅增加不到10元钱，实现了机械冰箱完全无法实现的上述诸多功能，使得冰箱的档次上了一个很大的台阶，大大提高了冰箱的性价比，取得了可观的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] Zhang Chunzhi， Feng Haiming. Design of Micro-controllers control system of Electric Refrigerator[J]. Journal of Beijing Vocational & Technical Institute 0f Industry，2002，（03）.
作者简介
张鸿，男，籍贯：湖南安乡，1968年06月出生，单位：广东奥马电器股份有限公司；职称：工程师；研究方向：电冰箱电气控制
[关键词]单循环；电脑温控；低成本
中图分类号：TQ113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0044-01
1 前言
传统机械冰箱需要根据气温状况，手动调节机械控制器的档位来调节冰箱的温度，温度无法精确感知；机械冰箱需要温度上升到一定差值以后，控制器才能再次启动，温度波动相对较大，对食物储藏和能耗均有不利影响。
近年来，随着人们的物质生活水平的不断提高，对冰箱的要求也越来越高，对机械冰箱所呈现出来的温度误差大、不停机、难开机、功能少、档次低等弊端越来越难以接受；基于此，各大冰箱厂家纷纷开发电脑温控冰箱，利用电子感温头感知冰箱内部温度，能精确测量温度，并通过电脑控制压缩机的开停，使温度维持在准确的数值，使之控温精确，功能也越来越多，满足了部分高端用户的需求，但高成本阻碍了人们的购买欲，机械冰箱还是占据大部分市场。下面介绍一款低成本电脑控制器，运用巧妙的电气设计以及漂亮的外观设计，应用在直冷单循环冰箱上，效果非常不错。
2 主要硬件组成及其功能说明：
* 开关电源部分：采取强弱电安全隔离设计，输出12V/0.15A。由于输出功率不大，采用原边激励方式，利用OB2226CP开关芯片进行驱动，元器件少，待机功耗小，输出12V稳定可靠。电源入口处需要增加保险丝进行过流保护，压敏电阻进行浪涌保护，以及X2安规电容进行交流滤波，这三个元件直接关系到控制器的安全与电磁兼容性，所以必不可少且需获得销售国的安全认证。
* 单片机及外围电路：MCU采用ST的STM8S003F，16个I/O口，8K flash ROM，1K RAM。利用芯片的内部振荡，省去外部晶振；RC复位电路以及单线接口模块（SWIM）用于调试与烧写程序，外围电路十分简单。
* 输入输出电路：输入信号有3个温度传感器（冷藏空气传感器、蒸发传感器和环境传感器）、两个按键信号以及一个门开关信号；输出控制信号有：交流负载压缩机和白炽照明灯，LED指示灯7个，蜂鸣器1个。压缩机用继电器直接控制；白炽灯用可控硅来控制，因为它要能功率可调，用于照明和低温补偿。
* 按键与指示灯电路：7个LED采用2X4矩阵电路，2个按键一头挂在矩阵电路的2个COM线上，与矩阵电路分时复用，另一头用1个I/O口接收按键信号，这样用7个I/O口解决9个需要处理的信号。
3 功能介绍：
3.1. 操作显示界面介绍：
3.1.1. 按键两个，一个用于调节温度，一个用于调节模式；
3.1.2. 温度档位用5个LED灯指示，智能模式和速冻模式用两个LED灯分别指示。
3.2. 冷藏室温度控制：
冷藏室温度可以设定为2℃，4℃，5℃，6℃，8℃。按下冷藏键，可进行冷藏室温度调节，每按一次，设定温度将切换至下一个温度，可循环设定。
冷藏室制冷由冷藏室空气感温头和化霜感温头控制，当空气感温头温度（Tr）大于开机温度（Trk）且化霜感温头温度（Trd）大于5℃开机制冷，当Tr小于停机温度（Trt）时，冷藏停止制冷。
3.3. 冷冻室温度调节：
冷冻室温度通过制冷系统自动匹配，保持在国标规定的低温状态。
3.4. 智能模式设定
按“模式”按键，选择智能模式，智能指示灯亮起；进入智能模式。此模式无需用户设置温度，冰箱自动根据环境温度的变化自动调节温度设定；
3.5. 速冻模式设定
按“模式”按键，选择速冻模式，速冻指示灯亮起；进入速冻模式。在此模式下，压机开、停机点按冷藏最低温度设置。灯泡补偿，与压机异步。运行54小时后系统自动退出，返回到设置速冻模式之前的模式。
4 负载控制规则：
4.1. 蜂鸣器控制：①开门音乐提示音。②按键提示音： 按键每按一下，蜂鸣器短响一声。③门开报警：当冷藏门打开时，若用户忘记关门，则开门90秒后开始报警，报警声每隔30秒连响5次（0.5秒一个周期），之后重复循环，直到门被关上。
4.2. 压机控制：
* 满足下列条件之一，压机断电：
① 同时满足：Tr≤Trt 和 本次压缩机运行时间≥5分钟，压机断电。②压缩机连续运行≥3小时
* 非首次通电情况下，同时满足以下条件，压缩机通电：① Tr≥Trk ℃ 且Trd≥5℃；② 压缩机停止工作≥5分钟；首次通电情况下，上电3秒后压缩机通电。
4.3. 照明灯控制：冷藏门开灯就亮，门关灯就灭。最大亮灯时间为10 分钟.
4.4. 自动低温补偿功能
进入条件：当环境传感器的温度低于15℃，且冷藏蒸发器传感器温度低于15℃，灯泡补偿（8W）就进入与压机异步工作的状态；
退出条件：如果环境传感器温度高于17℃，或冷藏蒸发器传感器温度高于17℃，则灯泡补偿停止工作。
4.5. 掉电记忆功能
冰箱断电再上电时自动按断电前的设定模式运行。需记忆的数据包括冷藏室的设定温度、运行模式等。
5 感温头故障处理
当感温头断路或短路时称为故障状态。
5.1. 感温头故障时的控制规则
5.1.1. 在故障状态下，退出智能和速冻，其对应的LED灯快闪报警。
5.1.2. 当环境温度感温头出现故障时，按Th=25℃处理，速冻和智能指示灯快闪报警。
5.1.3. 当冷藏空间温度感温头出现故障时，2℃和4℃指示灯快闪报警。压缩机按开20分钟，关20分钟规则控制 。
5.1.4. 当冷藏化霜温度感温头出现故障时，5℃和6℃指示灯快闪报警。压缩机按冷藏感温头控制，化霜感温头不参与控制。
6 系統保护
①上电3秒后才允许开压缩机；②压缩机每次正常停机时间应≥5Min。
7 成本比较
机械冰箱主要控制部件有：控制器（温控器+LED灯）、内藏导线（含补偿发热丝）、磁控开关、感温头导管部件、其他辅料等，成本合计为27.36元；
电脑冰箱主要控制部件有：控制器 （电路板+白炽灯）、内藏导线（含3个感温头）、控制器固定座、感温头座、感温头罩等，成本合计为36元；
从以上的成本对比情况来看，电脑冰箱的成本仅比机械冰箱的成本贵8.64元。
说明：1，电脑温控冰箱利用白炽灯来进行照明，又用它来进行低温补偿，这样就省去了补偿加热丝以及磁控开关；
8 结论：从上面介绍的电脑温控器的功能以及成本比较来看，仅增加不到10元钱，实现了机械冰箱完全无法实现的上述诸多功能，使得冰箱的档次上了一个很大的台阶，大大提高了冰箱的性价比，取得了可观的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] Zhang Chunzhi， Feng Haiming. Design of Micro-controllers control system of Electric Refrigerator[J]. Journal of Beijing Vocational & Technical Institute 0f Industry，2002，（03）.
作者简介
张鸿，男，籍贯：湖南安乡，1968年06月出生，单位：广东奥马电器股份有限公司；职称：工程师；研究方向：电冰箱电气控制