一种用旋钮控制器的冰箱控制系统的设计

2020-12-19左秋杰

日用电器 2020年11期

左秋杰

（长虹美菱股份有限公司合肥 230601）

引言

经济的发展带动着人们生活水平的提高，电冰箱已成为每个家庭的必需品[1]。人们对冰箱的需求也趋向于智能化、高端化，目前冰箱显示控制方面主要采用传统LED显示屏，价格便宜、控制简单，但缺陷明显，UI界面单调。而大尺寸触摸显示屏，UI界面美观，可以提升智能体验感，但价格高昂。设计开发一种低成本UI界面提升方案，提高界面视觉效果，对于提升用户体验感、增加产品差异化卖点具有重要的意义。

目前，带有显示和按键的旋钮控制器已在洗衣机、烤箱等家电上批量应用，该控制器可集成多种控制与显示方案，可替代多个普通编码器式的旋钮功能；同时该旋钮控制器为可编程逻辑控制器，可与下位机进行通讯和参与整机逻辑控制，满足冰箱正常工作需求。

图1 控制系统组成

1 系统总体设计

一种用旋钮控制器的冰箱控制系统，包括单片机、旋钮控制器电路、显示驱动电路、按键检测电路、通信电路和温度采集电路等，如图1所示。

温度采集电路采集当前环境温度，按键检测电路实现对冰箱温度和模式的确认，旋钮控制器电路实现对温度的设定与国内模式的选择，显示驱动电路实现对设定温度和功能的显示。

该设计使用S3F8S28单片机为主控芯片，根据温度采集电路采集到的环境温度和下位机上传的间室空气温度，运用逻辑控制模块计算得出当前工况下的开关机点和化霜时机的确定，控制冰箱相应负载进行动作，实现制冷需求。

2 硬件电路设计

2.1 旋钮控制器电路

包括旋钮控制器K1，旋钮控制器K1的1脚与单片机的引脚连接；旋钮控制器K1的2脚接地；旋钮控制器K1的3脚与单片机的引脚连接；旋钮控制器K1的1脚和3脚还与一电压源连接，如图2所示。

该设计采用R306EC编码器，在旋钮动作时，旋钮控制器的引脚B～C之间和A～C之间会发生相位电压变化，传递到单片机引脚，可观察到高低电平的变化，从而判断出旋钮控制器K1的旋转方向（逆时针旋转或顺时针旋转）。

2.2 按键检测电路

包括一按键K2，按键K2的1脚与单片机的引脚连接；按键K2的2脚接地，如图3所示。

单片机根据引脚端口电平高低压变化判断按键K2是否触发以及根据按键按下时长区分短/长按键。

2.3 显示驱动电路

显示驱动电路包括一LED驱动控制芯片TM1652，LED驱动控制芯片的GND脚接地； LED驱动控制芯片的VDD脚与GND之间加一去偶电容，增加芯片工作的稳定性连接； LED驱动控制芯片的SDA脚与单片机的引脚连接；如图4所示。

该LED驱动控制芯片，通讯方式采用异步串口通信（UART）协议，因芯片只接收单片机发来的数据，仅需要单片机的一个TX端口发送数据给芯片即可，实现单线通讯。

2.4 通信电路

通信电路用于实现显示板与下位机控制板间的通信，接收控制板上传的有关冰箱门开关状态、间室温度值等信息，同时发送控制命令到控制板，驱动控制板工作。如图5所示。

2.5 温度检测电路

温度检测电路通过温度传感器对冰箱所处环境温度进行检测，并传输至单片机，单片机根据环境温度匹配制冷参数，指导冰箱工作。温度检测电路如图6所示。

图2 旋钮控制器电路

图3 按键检测电路

图4 显示驱动电路

3 系统软件设计

该控制系统采用软件模块化设计方法，控制程序主要由系统初始化、温度值采集、按键检测、显示数据准备、通信数据处理、逻辑控制、中断服务程序等组成。

系统接通电源后，主程序完成内存、系统配置、变量等的初始化后，液晶屏初始化为初始设定温度和功能。此时扫描按键是否按下以及被按下时长，如果是则执行相应操作。当旋钮控制器感受到旋动时会产生信号，二者将采集到的信息发送给单片机，单片机将得到的信息送入逻辑控制模块，生成控制命令，通过通信电路再发送到控制板驱动冰箱相应负载工作。

中断服务程序主要实现编码器旋转方向的判断、程序基准时间的产生。该程序由单片机控制定时器每隔1 ms产生一次定时器中断。

控制系统的软件设计流程图如图7所示。