摘  要： 采用液晶模塊顯示并配有背光源，可以通過按鍵設(shè)定冷凍室及冷藏室溫度的一種新型冰箱控制系統(tǒng)。闡述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)措施。
　　關(guān)鍵詞： 變頻冰箱  背光源  LCD  單片微機(jī)

 　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活品味不斷提高，對家用電冰箱的要求愈來愈高，不但要求電冰箱功能越多越好，而且外觀越美觀越好。而目前市場上的冰箱多數(shù)都沒有顯示裝置，有的也只配備了LED顯示。圖形式液晶顯示屏由于具有低功耗，可以顯示數(shù)字、字符、圖形、圖像等特點(diǎn)，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在各類測控應(yīng)用裝置中。EL芯片由于是一種冷光源，具有柔韌性、體積小、低能耗、色彩豐富、亮度均勻、耐壓、抗震、長壽命等特點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多地作為LCD顯示屏的背光源使用。同時(shí)，為使冰箱具有高效節(jié)能、控溫穩(wěn)定、舒適寧靜的特點(diǎn)，變頻技術(shù)在冰箱中的應(yīng)用已成為當(dāng)前冰箱的技術(shù)主流。
　　本文所介紹的冰箱控制系統(tǒng)中，采用內(nèi)帶T6963C的液晶圖形顯示模塊GTG-2401287作為顯示裝置，Sipex公司的SP4422A作為EL背光源的驅(qū)動(dòng)芯片；控制采用主從模式，主控制器AT90S8535用來檢測冰箱的相關(guān)參數(shù)、接收鍵盤設(shè)定、在液晶顯示屏上顯示相關(guān)信息等；同時(shí)計(jì)算出變頻壓縮機(jī)的工作頻率，并傳送給從控制器TMP87C446。TMP87C446主要工作是驅(qū)動(dòng)直流無刷變頻壓縮機(jī)，使壓縮機(jī)按照需要的頻率進(jìn)行工作。
1 系統(tǒng)組成與原理
1.1 系統(tǒng)組成
　　采用AT90S8535單片機(jī)控制電冰箱的系統(tǒng)原理圖如圖1所示。圖中：A0、PA1、PA2作為模擬信號的輸入口；PD0、PD1、PD2作為鍵盤輸入口；PB0～PB7及PC0、PC1、PC2作為單片機(jī)與液晶模塊的數(shù)據(jù)傳輸和控制端口；PC3作為控制EL片的輸出口；PC4和PC5作為單片機(jī)AT90S8535與TMP87C446傳輸數(shù)據(jù)的端口；PD4為化霜控制的輸出端口；對于TMP87C446而言，P15和P16用來接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)；P00～P07作為驅(qū)動(dòng)逆變器的輸出端口；3個(gè)中斷端口INT1、INT2、INT4用來作為位置檢測電路的輸入端口。

1.2 系統(tǒng)工作原理
　　由冷凍室溫度傳感器得到的溫度經(jīng)T1/V電路轉(zhuǎn)換成模擬量，經(jīng)過PA0端口進(jìn)入單片機(jī)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，此時(shí)，冰箱冷凍室的設(shè)定溫度由鍵盤掃描程序得到。如鍵盤沒有按下，則設(shè)定溫度為事先設(shè)定的初始量。將冷凍室的實(shí)際溫度T1與設(shè)定溫度T_設(shè)相比較得到溫度誤差，將誤差分為4個(gè)等級：[0，3]、[3，6]、[>6]、[0]，并分別對應(yīng)變頻壓縮機(jī)的不同運(yùn)行頻率。該系統(tǒng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)有高速(58r/s)、中速(48r/s)、低速(40r/s)、停轉(zhuǎn)，可以分別由AT90S8535的PC4和PC5口發(fā)出11、10、01、00電平來控制變頻驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)變速。剛開機(jī)或開門放入較多食物時(shí)，冰箱內(nèi)溫度較高，則控制壓縮機(jī)以高速運(yùn)行，此時(shí)壓縮機(jī)輸出功率較大，制冷量也加大，達(dá)到快速降溫的目的。隨著冰箱內(nèi)溫度的下降，所需的制冷量相應(yīng)減少，則控制壓縮機(jī)使其轉(zhuǎn)速也逐步降低，相應(yīng)地消耗的功率也逐步減少。由于正常使用情況下，本系統(tǒng)的壓縮機(jī)大部分是運(yùn)行于低速檔，且壓縮機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)效率較高、噪聲較低，故比普通壓縮機(jī)省電、安靜。
　　在AT90S8535將壓縮機(jī)頻率傳送給TMP87C446之后，AT90S8535將在顯示模塊GTG-2401287上顯示冷凍室設(shè)定溫度、冷凍室實(shí)際溫度、冷藏室設(shè)定溫度、冷藏室實(shí)際溫度和壓縮機(jī)運(yùn)行頻率的文字和具體的溫度值。
按鍵S1、S2、S3的功能：S1控制EL片的開關(guān)，按一下點(diǎn)亮EL背光源，再按一下關(guān)閉EL背光源。S2和S3分別控制冷凍室和冷藏室的設(shè)定值，每按一下設(shè)定值在原來的基礎(chǔ)上加1。
　　壓縮機(jī)一運(yùn)轉(zhuǎn)，單片機(jī)即對壓縮機(jī)開機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)。當(dāng)壓縮機(jī)累計(jì)時(shí)間達(dá)到10小時(shí)后，壓縮機(jī)停機(jī)，并通過AT90S8535的PD4口打開除霜模式，同時(shí)開始通過PA2口檢測蒸發(fā)器表面溫度。如果蒸發(fā)器表面溫度高于13℃，則化霜過程結(jié)束，同時(shí)定時(shí)器清零。
　　TMP87C446用來驅(qū)動(dòng)直流無刷壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的工作頻率由P15和P16得到。目前，直流無刷壓縮機(jī)的控制方法已經(jīng)比較成熟，可以采用普通MCU或DSP進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本方案采用東芝的專用驅(qū)動(dòng)芯片，由P00～P07產(chǎn)生PWM輸出、換相驅(qū)動(dòng)。中斷輸入在發(fā)生反向電動(dòng)勢過零時(shí)，產(chǎn)生輸入捕捉中斷，從而計(jì)算下一次換相時(shí)間。
2  液晶顯示及背光源電路設(shè)計(jì)
　　GTG-2401287的驅(qū)動(dòng)原理如圖1所示，采用間接的驅(qū)動(dòng)方法。將PB口作為并行的數(shù)據(jù)接口與GTG-2401287的數(shù)據(jù)線相連，PC0、PC1、PC2分別作為顯示的控制端口。
　　SP4422A芯片的應(yīng)用原理圖如圖2所示。SP4422A作為EL背光源的驅(qū)動(dòng)芯片，其中EL背光源使能端HON由PC3口進(jìn)行控制。

　　圖2所示的電路中，外接電容Cosc為100pF、系統(tǒng)的工作頻率為90kHz時(shí)，EL燈電壓信號的頻率為90kHz/8/32＝350Hz，交流電壓的峰－峰值為160V，可滿足EL燈的驅(qū)動(dòng)條件。
　　SP4422A使用時(shí)需注意如下問題：
　　(1)若供給IC的電源雜波較大，則VDD（腳6，接電源正極）需接入一個(gè)0.1μF解耦電容并接地。
　　(2)發(fā)光片的亮度受面積的大小、電容Cosc、電感Coil及電壓等多個(gè)因素影響，差別會很大，但可用下列經(jīng)驗(yàn)方式尋找亮度最亮?xí)r的組合：
　　建議比例關(guān)系：Cosc(pF)/Coil(mH)≈25～35
　　取值范圍：電容Cosc：150～700pF，電感Coil：8～30mH。
　　在上述比例下，發(fā)光片的面積增大，電感一般也要增加；隨著電容、電感數(shù)值的增加，亮度一般將隨著增加。
　　(3)由于EL驅(qū)動(dòng)存在交流高電壓信號，所以在電路板布線時(shí)應(yīng)注意IC的輸出驅(qū)動(dòng)管腳與EL燈盡量接近，同時(shí)使其遠(yuǎn)離時(shí)鐘端（7腳、8腳）和使能管腳1，以減小耦合。外接電感也要盡量接近管腳3，同時(shí)遠(yuǎn)離時(shí)鐘端和使能管腳1。
3  軟件流程圖及相關(guān)程序
　　主程序流程圖、顯示子程序流程圖、控溫子程序流程圖和鍵盤處理子程序流程圖分別如圖3～圖6所示。
　　

　　下面重點(diǎn)介紹液晶顯示的相關(guān)問題和程序。
　　本設(shè)計(jì)所采用的顯示模塊為內(nèi)帶T6963C的液晶圖形顯示模塊GTG-2401287，點(diǎn)陣規(guī)格為128×240。由于1個(gè)漢字顯示需要4個(gè)8×8點(diǎn)陣(即16×16)，故橫向可以顯示8行漢字，每行最多可以顯示15個(gè)漢字。如果顯示溫度，則每1個(gè)數(shù)字只需2個(gè)8×8點(diǎn)陣即可。
　　液晶顯示模塊顯示的漢字在主程序初始化的過程中就可以寫入顯示存儲器，在程序運(yùn)行過程中，漢字不需要改變，只改變漢字所對應(yīng)的溫度值即可。
　　AT90S8535對于液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)方式為間接驅(qū)動(dòng)。液晶模塊的漢字和數(shù)字的寫入方式均為圖形方式，即漢字庫做在程序區(qū)內(nèi)，按照排列定義各漢字的代碼。間接控制方式的漢字寫入子程序如下(其余程序略)：
；漢字寫入子程序（圖形方式）
　　.def CODE =r20；漢字字符代碼(排列順序)
　　.def O_Y =r21；Y坐標(biāo)(0～127)
　　.def O_X =r22；X坐標(biāo)(0～29)，顯示屏點(diǎn)陣為128×240
　　.def COUNT =r23；計(jì)數(shù)器
　　.def TEMP =r27
　　.equ CCTAB =0x0250
WRI_CC：
  　MOV A，O_Y；計(jì)算圖形顯示RAM地址
  　LDI B，0X20；圖形顯示寬度為0X20
  　CALL MPY8U；調(diào)用乘法子程序
  　ADD A，O_X
  　MOV O_X，A
  　MOV A，B
  　LDI TEMP，0X00；
  　ADC A，TEMP；帶進(jìn)位加法
  　ADIW A，0X08；圖形顯示區(qū)首址為0X0800
　  MOV O_Y，A
  　LDI ZL，LOW(CCTAB*2)；計(jì)算漢字庫字符首地址
  　LDI  ZH，HIGH(CCTAB*2)
  　MOV A，CODE
  　LDI B，0X20
  　CALL MPY8U
  　ADD A，ZL
  　MOV ZL，A
  　MOV A，B
  　ADC A，TEMP
  　ADD A，ZH
  　MOV ZH，A
  　PUSH ZH；存字庫地址指針
  　PUSH ZL
  　LDI COUNT，0X10；計(jì)數(shù)器設(shè)置為16次
WRI_CC1：
  　MOV DAT1，O_X；設(shè)置顯示RAM地址
  　MOV DAT2，O_Y
  　LDI COM，0X24
  　CALL PR1
  　POP ZL；取字庫地址指針
  　POP ZH
  　LPM；取左部字模數(shù)據(jù)
  　MOV DAT2，R0；設(shè)置數(shù)據(jù)
  　LD R0，Z+；字庫地址指針加1
  　LPM ；取右部字模數(shù)據(jù)
  　MOV DAT1，R0；暫存數(shù)據(jù)
  　LD R0，Z+；字庫地址指針加1
  　PUSH ZH；存字庫地址指針
  　PUSH ZL
  　LDI COM，0XC0；設(shè)置1次數(shù)據(jù)代碼
  　CALL PR11；寫入數(shù)據(jù)
  　MOV DAT2，DAT1；設(shè)置右部數(shù)據(jù)
  　CALL PR11；寫入數(shù)據(jù)
  　LDI A，0X20；顯示RAM地址修正
  　ADD A，O_X
  　MOV O_X，A
  　CLR A
  　ADC A，O_Y
  　MOV O_Y，A
  　DEC COUNT
  　BRNE WRI_CC1；計(jì)數(shù)器循環(huán)
  　POP A；修正棧指針
  　POP A
  　RET
　　試驗(yàn)表明，本系統(tǒng)各部分功能運(yùn)行正常，并已用于新產(chǎn)品中。由于用戶可以自由調(diào)整冷凍室和冷藏室的溫度，壓縮機(jī)的頻率又可以自動(dòng)調(diào)整，所以此系統(tǒng)具有比較好的節(jié)能效果。
參考文獻(xiàn)
1 李勛，耿德根.AVR單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002