瑞薩16位單片機(jī)M30624在智能冰箱中的應(yīng)用

　　1．概述

　　本文詳細(xì)介紹了具有豐富接口、可靠性高、抗干擾性能好、超低功耗、性價比高的瑞薩16位單片機(jī)M30624MG在智能冰箱中的應(yīng)用，同時對冰箱的工作過程進(jìn)行智能控制，并用液晶顯示屏和語音提示將冰箱的過程顯示和播報出來，向用戶提供比傳統(tǒng)冰箱更加方便和人性化的服務(wù)和功能。

　　2．系統(tǒng)功能

　　目前，市場上的冰箱有機(jī)械溫控、電子溫控和電腦溫控等控制方式，它們的溫度控制裝置、化霜裝置和其他控制裝置的控制值都是事先設(shè)定的，則易使許多能量消耗在目的相異的各種動作及因缺少靈活性而發(fā)生的各種多余動作，造成器件的頻繁開啟，一方面易損壞器件，溫度的起伏較大，不利于食品保鮮；另一方面，浪費(fèi)了大量的能量。本文將冰箱分為-30℃～0℃的3個寬帶自由變溫區(qū)域，引入專家模糊控制理論對冰箱進(jìn)行控制。將人工智能中的專家系統(tǒng)技術(shù)與模糊控制相結(jié)合，構(gòu)成一種專家模糊控制器，利用模糊控制技術(shù)，在每個分區(qū)需要制冷的時候，壓縮機(jī)快速啟動：同時設(shè)計變頻調(diào)速系統(tǒng)，避免壓縮機(jī)的頻繁開啟，使電機(jī)能夠按照所需要的要求進(jìn)行工作，制冷更加合理有效。每個分區(qū)作為保鮮功能時采用半導(dǎo)體和壓縮機(jī)同時制冷，同時可以在不需要使用某個分區(qū)時，關(guān)閉此分區(qū)，以達(dá)到節(jié)能的目的。

　　具體的說，即采用風(fēng)、直冷混合制冷方式，冰箱串味小、不風(fēng)干、冷凍迅速均勻透徹、自動化霜的優(yōu)點(diǎn)。電冰箱控制器的主要任務(wù)即通過控制壓縮機(jī)、半導(dǎo)體制冷、電磁閥、化霜加熱絲、風(fēng)扇等來保持箱內(nèi)食品的最佳溫度，達(dá)到食品保鮮的目的，保證所儲存的食品在經(jīng)過冷凍或冷藏之后，保持色、味、水分、營養(yǎng)基本不變。通過LCD觸控屏可以實(shí)時、直觀的顯示冰箱的運(yùn)行狀態(tài)，可以輸入食品放入冰箱時間、保鮮期、保質(zhì)期，當(dāng)?shù)狡跁r進(jìn)行語音提示：同時還具備菜譜幫助功能，根據(jù)冰箱內(nèi)的食品，建立人工智能數(shù)學(xué)模型，可以從LCD查詢出當(dāng)日最佳菜譜；當(dāng)冰箱溫度過高或開門時間過長時還具備語音提示功能。

　　3．硬件組成

　　系統(tǒng)硬件控制包括核心控制器單片機(jī)M30624G、LCD觸摸控制屏、環(huán)境溫度傳感器、三個自由分區(qū)的溫度傳感器、語音報警裝置、冰箱門位置節(jié)點(diǎn)、照明燈、風(fēng)扇、電磁閥、壓縮機(jī)、化霜加熱絲等設(shè)備?？刂破魍ㄟ^各個溫度傳感器不斷采集三個自由分區(qū)的溫度及環(huán)境溫度，然后根據(jù)設(shè)置值及采集值控制各部件的運(yùn)行，硬件組成如下圖所示。

　　3.1M30624MG控制器

　　M30624MG為瑞薩科技公司推出的16位單片機(jī)，具有15MI/S高速處理能力和多種接口功能，內(nèi)置大容量存儲器、DMAC電路、多功能的定時器和串行I/O，以及監(jiān)視定時器、CRC校驗(yàn)電路等。M30624MG單片機(jī)具有內(nèi)置乘法器，進(jìn)行16×16位乘法只需5個機(jī)器周期：具有很多強(qiáng)大的指令，指令周期很短，71%的操作指令在三個周期內(nèi)完成（16MHz振蕩頻率為0.2μs）；高速的乘法運(yùn)算、增強(qiáng)的存儲器與存儲器之間的操作、增強(qiáng)的按位處理功能、高效的4位和8位操作、高速的16位處理能力，使處理速度大大加快。由于M30624MG單片機(jī)既有一般的指令格式，又有緊湊的指令格式，無論是面向計算類應(yīng)用，還是面向控制類應(yīng)用，程序都可以做到間接緊湊。使用C語言編程時，目標(biāo)程序的效率很高。

　　本系統(tǒng)中采取多種抗噪措施，在必要的地方加入抗噪濾波器，對所有的引腳作適當(dāng)?shù)奶幚?。如時鐘輸入端(XIN)、輸出端(XOUT)引腳上的噪聲常會引發(fā)誤操作，設(shè)計時將這兩個端口用VCC、Vss和RESET引腳包圍起來，即將這些引腳的電平常保持恒定，可作為噪聲的屏障。XIN和XOUT被Vss端分開，振蕩電路部分的布線變得更容易，同時也提高了噪聲抗干擾能力。

　　系統(tǒng)具有程序糾錯功能，M30624MG單片機(jī)可使用地址匹配中斷糾正程序的缺損，至少可糾正兩處缺損。該兩處地址可用外部EEPROM中的內(nèi)容代替，即無需因出錯重新制作掩模，從而降低了糾錯所花費(fèi)的成本。同時系統(tǒng)還配備有軟件模擬器和各種級別的硬件仿真器，具有集成調(diào)試環(huán)境，易學(xué)易用。

　　總之，M30624MG的上述性能給開發(fā)者帶來巨大的方便。其高處理速度和強(qiáng)大的性能與功能大大簡化了外圍電路的設(shè)計；編程效率高，可以免除壓縮程序之苦；抗干擾特性極佳，印制板可以很方便地通過EMS/EMI測試：即使在批量生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)程序，也可以使用程序糾正功能加以彌補(bǔ)。使用M30624MG極大地縮短設(shè)計周期。

　　3.2大屏幕LCD觸控屏

　　目前市面上的高級冰箱基本都采用了帶LCD的中央控制技術(shù)，部分品牌的LCD屏體積較小，無法讓冰箱的運(yùn)行狀態(tài)一目了然的呈現(xiàn)出，同時按鍵式的輸入技術(shù)也給具體的使用帶來了一定程度的不便。為了克服以上問題，本文采用獨(dú)特的大屏幕LCD中央液晶觸控屏，大屏幕LCD觸控屏選用OK-TOUCHTBL(ONE-TOUCHR)五線電阻觸摸屏。ONE-TOUCH五線電阻觸摸屏采用最先進(jìn)的五線電阻技術(shù)，是目前最可靠、快速、先進(jìn)的觸摸技術(shù)，采用全新技術(shù)、研發(fā)和生產(chǎn)的五線電阻觸摸屏。OK-TOUCHTBL五線電阻觸摸屏具有抗刮硬質(zhì)涂層，不同與四線電阻屏的設(shè)計原理，即使屏幕受損，也可以完美操作：具有3500萬次以上的超常壽命，是四線電阻屏壽命的10倍以上。

　　大屏幕LCD觸控屏可以圖文方式直觀地顯示出冰箱當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，輕觸式操作、高集成度的顯示操控系統(tǒng)使保鮮變溫更加智能化、使用設(shè)計更加人性化。

　　系統(tǒng)原理圖如下圖所示。

　　4．軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計包括單片機(jī)的初始化、主程序、中斷處理程序和各種功能子程序。

　　中斷處理程序包括通信中斷和壓縮機(jī)保護(hù)及控制程序。各種功能子程序有：LCD觸控屏顯示和處理程序、系統(tǒng)自檢程序、人工智能模糊處理程序、各個溫度傳感器數(shù)據(jù)采集程序、運(yùn)行參數(shù)存儲和處理程序、門位置檢測程序以及語音播放程序。軟件流程框圖如下圖所示。

　　5．結(jié)語

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化的冰箱進(jìn)入家庭已經(jīng)是一種必然趨勢，本文提出的智能冰箱設(shè)計原理具有一定的參考價值。