AT89C51及TWH9221在電冰箱中的應用

隨著家用電冰箱的普及，人們對電冰箱的控制功能要求越來越高，這對電冰箱控制器提出了 更高的要求，多功能、智能化是其發展方向之一，傳統的機械式、簡單的電子控制已經難以 滿足發展要求。本文介紹了采用AT89C51作為控制器核心，對電冰箱的工作過程進行控制， 采用臭氧發生器專用集成電路TWH9221組成電冰箱的異味消除電路。

1電冰箱的工作原理及控制要求

電冰箱的控制原理是根據蒸發器的溫度控制制冷壓縮機的啟、停，使冰箱內的溫度保持在設 定溫度范圍內。一般當蒸發器溫度高至3～5 ℃時啟動壓縮機制冷，當溫度低于-10~-20 ℃ 時停止制冷，關斷壓縮機。采用單片機控制，可以使控制更準確、靈活。

電冰箱采用單片機控制主要功能及要求：
　　(1)設定3個測溫點，測量范圍-26～+26 ℃，精度±0.5 ℃。
　　(2)利用功能鍵分別控制溫度設定、速凍設定、冷藏室及冷凍室溫度設定等。
　　(3)利用數碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機啟、停和速凍、報警狀態。
　　(4)制冷壓縮機停機后自動延時3 min后方能再啟動。
　　(5)電冰箱具有自動除霜功能，當霜厚達3 mm時自動除霜。
　　(6)開門延時超過2 min發聲報警。
　　(7)連續速凍時間設定范圍1～8 h。
　　(8)工作電壓180～240 V，當欠壓或過壓時，禁止啟動壓縮機并用指示燈顯示。
2電冰箱控制系統硬件電路設計

2.1主機電路

主機電路采用AT89C51單片機，一片A／D轉換芯片ADC0809，構成基本系統，另外功能鍵和LE D顯示由串行口擴展5片74LS164實現。 還有一些附加電路如除霜電路、電壓檢測和開門報警 電路等。電路原理框圖如圖1所示。

2.2A／D轉換電路及功能

A／D轉換電路采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模擬輸入通道，本系統只用了 其中4個通道IN0～IN3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測通道，IN1作為冷藏室溫度檢測通道，I N2作為除霜檢測通道，IN3作為電源電壓檢測通道。ADC0809的A，B，C三端通過地址鎖存器 接于P0口的P0.0，P0.1，P0.2，該三端控制模擬通道號的選擇。P1.6與WR，RD端經與 非門接于0809的ALE，START，OE，控制0809的啟動、讀、寫。0809的EOC端懸空，轉換后利 用軟件延時一段時間再讀結果，不用中斷方式。

2.3功能鍵及顯示電路

功能鍵及LED顯示電路采用6個功能鍵控制冷凍室、冷藏室及速凍溫度設定，4位LED數碼管負 責顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機啟、停和報警等狀態。顯示和鍵盤輸入均通過AT89C51 的串行口。顯示輸出通道和鍵盤輸入通道的選擇由端口線P3.2和與非門完成。當P3.2為“ 1”時，AT89C51的TXD端輸出同步脈沖通過與門發送到顯示移位寄存器74LS164的移位脈沖輸 入端，這樣AT89C51欲顯示的數據，由RXD端輸出，移位讀入到顯示器通道。當P3.2為“0” 時，AT89C51的RXD的數據僅能被移位讀入到鍵盤掃描用的移位寄存器中。由于顯示通道采用 LED數碼管并用74LS164作為驅動器，所以簡化了線路，結構簡單，顯示字位擴充方便，驅動 程序設計容易。鍵盤工作原理也很簡單，AT89C51通過RXD向鍵盤掃描移位寄存器74 LS164逐位發送數據“0，每次發送后即從P3.4端讀入鍵盤信號，若讀得“0”表示有鍵按 下，轉入處理鍵功能程序。

2.4除霜電路

Rt溫度傳感器，選用MF531型熱敏電阻，具有負溫度系數，靈敏度較高。把 熱敏電阻安裝在距蒸發器3 mm的某個合適的位置上，當霜厚大于3 mm時，熱敏電阻接觸 到霜從而感到較低的溫度，其電阻值R(t)變大，運算放大器輸出信號有變化，經A／D轉 換后送人CPU，經單片機分析、判斷，給出除霜命令。

2.5制冷壓縮機和除霜電熱絲啟、停控制電路

工作原理：AT89C51單片機控制信號經P1.3和P1.4端口輸出，并在P1.7的控制下鎖存在7 4LS273中，74LS273的輸出再經達林頓驅動器MC1413后驅動固態繼電器SSR1和SSR2。當MC141 3的16端有高電平輸出時，SSR1的3，4引腳端接通，使加熱絲接通電源而除霜。當MC1413的1 5端輸出高電平時，SSR2的3，4端接通，使壓縮機繞組接通電源而啟動，開始制冷。74LS273 鎖存控制信號，一方面增加輸出功率，另一方面也防止單片機復位時引起控制的誤動 作。采用固態繼電器作為壓縮機和除霜電熱絲的開關：屬于無觸點開關，內部是大功率的晶 閘管電路，不產生火花，無電磁干擾并使高壓與單片機系統隔離。

3電冰箱的異味消除電路

利用TWH9221構成的冰箱異味消除器電路如圖2所示。A2為臭氧發生器專用固態集成電路TWH9 221，其內部由電光控制觸發電路、15 kHz振蕩器，4 min定時電路、工作指示燈推動電路及 15 kHz功率輸出級等部分組成。4腳為電源正極、1腳為電源負極、3腳為觸發端、2腳為工作 狀態輸出端、5，6腳為脈沖輸出端。

平時冰箱門關閉，光線不能照射到光敏管BG上，A2不工作，5，6腳無脈沖輸出、打開冰箱門 時，有光線照射到BG上，BG光敏管的阻值變小，從而使A2的3腳得到低電平觸發電壓而開始 工作，其5，6腳輸出的脈沖電壓經升壓變壓器T升壓后，得到15 kHz，1 500 V的高頻高壓脈 沖加至臭氧管H兩端，臭氧管H釋放出臭氧，對冰箱內食品進行除異味保鮮。在冰箱門關閉后 ，光線不能照射到光敏管BG上，A2的3腳無觸發信號輸入，A2內定時器開始工作，經過4 min 以后，使A2自動復位，H也停止放出臭氧。