基于STC單片機(jī)的多功能酒柜智能溫度控制系統(tǒng)

基于STC單片機(jī)的多功能酒柜智能溫度控制系統(tǒng)*

張敏，趙斌

(河南機(jī)電高等專科學(xué)校， 河南 新鄉(xiāng) 453000)

摘要：隨著葡萄酒需求不斷增長，多功能、智能化酒柜銷量快速增長。文中介紹了一種以STC單片機(jī)為核心的智能酒柜溫度控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多溫區(qū)單獨(dú)控制。文章闡述了設(shè)計(jì)要求、控制方式、硬件電路設(shè)計(jì)和壓縮機(jī)優(yōu)化控制程序的設(shè)計(jì)等要點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)控制控制精確，操作簡便，使用效果良好。

關(guān)鍵詞：STC單片機(jī)；多功能酒柜；優(yōu)化控制

收稿日期：2015-06-25

中圖分類號：TP302

1引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，人們葡萄酒的認(rèn)知和需求不斷上升，近幾年葡萄酒銷售一直以15%~20%的速度增長。葡萄酒是有生命周期的，良好的儲(chǔ)藏環(huán)境能延長其適飲期。傳統(tǒng)方法是放在酒窖中，但是在現(xiàn)代化城市中很難找到這樣的空間，因此具有精確溫度設(shè)定的酒柜成為最好的替代者。

酒柜行業(yè)作為葡萄酒行業(yè)的伴生行業(yè)近幾年發(fā)展迅速，但對于國內(nèi)大多數(shù)酒柜消費(fèi)者來說，酒柜常擺放于客廳中，葡萄酒并不是家中唯一飲品，很多情況下還需要將飲料和水果同時(shí)放入，導(dǎo)致不能全面兼顧它們的溫度。因此兼具有酒品儲(chǔ)藏柜和飲料柜的功能酒柜更適合我國國情[1]。

本文設(shè)計(jì)研制一種新型、操作方便的多功能酒柜溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多溫區(qū)智能控制。通過大屏幕LCD顯示和感應(yīng)按鍵，可以及時(shí)了解酒柜內(nèi)部溫度狀況，并方便地進(jìn)行設(shè)定。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)控制要求

本系統(tǒng)為多間室電腦控溫，既可以冷藏、冷凍室一塊制冷，也可以冷凍室單獨(dú)制冷，但共用一個(gè)壓縮機(jī)。電氣部分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)冷藏室(包括紅酒區(qū)、飲料區(qū)和果蔬區(qū))和冷凍室在共用一個(gè)壓縮機(jī)的情況下將溫度控制在各自的設(shè)定溫度范圍內(nèi)。

冷藏室要求平均溫度為+5℃，+1℃至+10℃范圍內(nèi)可調(diào)，冷凍室要求平均溫度為-18℃、-12℃至-21℃范圍內(nèi)可調(diào)，而且兩個(gè)間室分別單獨(dú)控溫，要求雙溫雙控。可以對冷凍室溫度和飲料區(qū)溫度進(jìn)行設(shè)置，冷凍室的溫度調(diào)節(jié)范圍-12℃~-21℃，飲料區(qū)的溫度調(diào)節(jié)范圍1℃~10℃，并能夠?qū)Ω鱾€(gè)溫區(qū)溫度即時(shí)顯示。

2.2硬件設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)由一個(gè)主控板來控制冷藏冷凍室的功能部件和壓縮機(jī)，具有溫度設(shè)定和顯示、時(shí)間設(shè)定和顯示、故障報(bào)警、掉電記憶等功能。硬件上主要包括控制器、溫度檢測模塊、功能按鍵和顯示模塊等構(gòu)成，如圖1所示[2]。

硬件系統(tǒng)以STC12C5A32單片機(jī)為控制核心[3]，該單片機(jī)具有高速、低功耗、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，是新一代高速8051單片機(jī)，比普通8051單片機(jī)快8~12倍，并且自帶8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換，不用再使用專門的A/D轉(zhuǎn)換芯片，減小體積，節(jié)約成本。冷藏冷凍室安裝兩個(gè)NTC溫度傳感器來檢測溫度，精度為0.5℃，有6個(gè)感應(yīng)按鍵和大屏LCD液晶顯示。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.3壓縮機(jī)優(yōu)化控制

本系統(tǒng)控制核心是對壓縮機(jī)工作狀態(tài)的控制，利用單片機(jī)通過一定的算法，使得壓縮機(jī)啟、停在最優(yōu)化的狀態(tài)。其核心工作主要依據(jù)定時(shí)中斷程序模塊來完成該控制，根據(jù)箱體溫度控制壓縮機(jī)電路，主要包括3部分內(nèi)容：讀取溫度信號值、轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的溫度值與設(shè)定值比較、決定壓縮機(jī)電路狀態(tài)。設(shè)計(jì)流程是：單片機(jī)控制片內(nèi)定時(shí)器每隔一定的溫度采樣時(shí)間產(chǎn)生一次定時(shí)器中斷，定時(shí)器中斷服務(wù)程序主要對溫度傳感器進(jìn)行一次巡檢，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到箱體內(nèi)溫度。所測得的溫度與設(shè)定的溫度上下限進(jìn)行比較，以判斷是否應(yīng)該打開或停止壓縮機(jī),從而實(shí)現(xiàn)對溫度的自動(dòng)控制。

首次上電時(shí)壓縮機(jī)自動(dòng)延時(shí)10秒鐘，其余時(shí)間壓縮機(jī)斷電后重新上電，壓縮機(jī)自動(dòng)延時(shí)5分鐘，壓縮機(jī)方可啟動(dòng)，有效地防止了因壓縮機(jī)停機(jī)太短而重新上電對壓縮機(jī)的損害。

目前多溫區(qū)控制壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)都是采用判斷開機(jī)點(diǎn)決定是否制冷，這樣會(huì)造成壓縮機(jī)的反復(fù)開停，例如因冷凍室到達(dá)開機(jī)點(diǎn)壓縮機(jī)運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到關(guān)機(jī)點(diǎn)時(shí)，冷藏室沒有達(dá)到開機(jī)點(diǎn)，壓縮機(jī)就會(huì)停機(jī)，但很快冷藏室就到達(dá)開機(jī)點(diǎn)壓縮機(jī)又要啟動(dòng)。通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)要求任何一個(gè)間室引起壓縮機(jī)開機(jī)運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到關(guān)機(jī)點(diǎn)時(shí)判斷另一個(gè)間室的關(guān)機(jī)點(diǎn)而不是開機(jī)點(diǎn)，有效地減少了壓縮機(jī)的反復(fù)開停，經(jīng)過優(yōu)化控制程序，比原始的控制降低耗電量約20%。系統(tǒng)優(yōu)化控制程序流程圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)優(yōu)化控制程序流程圖

3結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種基于STC12C5A32的酒柜溫度控制系統(tǒng)，利用其內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)多通道溫度采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度控制。該系統(tǒng)重點(diǎn)對壓縮機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化控制，節(jié)能效果顯著。本系統(tǒng)已經(jīng)投入市場使用，控制精度高，操作方便，效果良好。圖3為控制面板按鍵顯示實(shí)物圖。

圖3　控制面板按鍵顯示實(shí)物圖

(責(zé)任編輯呂春紅)

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳文東. 智能酒柜診斷程序的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 青島：中國海洋大學(xué),2010.

[2]. 王小立. AVR單片機(jī)在雙溫雙控酒柜控制器中的應(yīng)用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009(6)：117-120.

[3] 梅鳳霞. STC單片機(jī)在多路溫度巡回檢測儀中的應(yīng)用[J]. 武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2010(6):41-43.

[4] 羅浩. 基于STC12C5A60S2多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004(1):106-110.

Multi-functional Cabinet Temperature Control System Based on STC MCU

ZHANG Min，et al

(Henan Mechanical & Electrical Engineering College, Xinxiang 453000,China)

Abstract:The power loss in seiatsu molding line hydraulic drive is comparatively large, for the reason of energy-saving, the corresponding countermeasures has been given. The control ideas about online monitoring and regulating has been proposed: with the use of pressure and flow testing, ensuring the stability of the hydraulic drive; and with the power in actuators, real-time regulating the pumping power and saving the energy. The analysis showed that the system stability can been ensured by online monitoring, has some promotional value in power energy-saving.

Key words: STC MCU; multi-functional cabinet; optimal control