带留言功能的智能电冰箱控制系统设计

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1、带留言功能的智能电冰箱控制系统 题目名称： 带留言功能的智能电冰箱控制系统设计 比赛编号： A10446 日期：2002 年 5 月 16 日 单位名称： 深圳大学 EDA 工程技术研究开发中心 设计者： 林欣荣 深圳大学 EDA 工程技术研究开发中心 工程师 涂磊 深圳大学信息工程学院 研究生 李远辉 深圳大学 EDA 工程技术研究开发中心 工程师 推派单位：深圳大学 EDA 工程技术研究开发中心 EMAIL： 带留言功能的智能电冰箱控制系统 1 带留言功能的智能冰箱控制系统设计带留言功能的智能冰箱控制系统设计带留言功能的智能冰箱控制系统设计带留言功能的智能冰箱控制系统设计 林欣荣林欣荣林欣

2、荣林欣荣 深圳大学 EDA 工程技术研究开发中心（518060） 涂磊涂磊涂磊涂磊 深圳大学信息工程学院（518060） 李远辉李远辉李远辉李远辉 深圳大学 EDA 工程技术研究开发中心（518060） 摘要摘要摘要摘要： 利用 Motorola 单片机 MC68HC908SR12 为中央处理单元,结合录/放音芯片， 实现一 个带有语音留言功能的电冰箱控制系统设计。 它根据控制按键和门开关信号处理、 环境传感 器信号处理输入的参数、对应执行门灯控制、压缩机控制、补偿加热控制以及留言控制。并 在 6 位显示 LED 上显示冷藏/冻室温度、故障代码或运行模式代码。当发生故障或需要给拥 护提示声时，

3、能通过扬声器给出提示或警告声音。经过适当的改进，该方案还可以广泛应用 于制冷、制热系统的控制。 一、一、一、一、 设计目标：设计目标：设计目标：设计目标： 设计一个使用 Motorola 单片机 MC68HC908SR12 为中央处理单元的带有语 音留言功能的智能电冰箱控制系统。该系统提供控制按键和开关信号处理、环境 传感器信号处理、显示 LED 驱动、门灯控制、压缩机控制、补偿加热控制以及 长度为 180 秒的留言控制等功能。能够实现温度设定、化霜、门灯、LED 显示、 故障和超温报警以及故障判断处理、环温补偿方面的智能控制，并提供给用户可 设置的节电、速冻、定时速冻等三种冰箱工作模式。进一

4、步发展下去， 还可改 进成可以广泛应用于制冷、制热等消费类电子产品的控制系统。 二、二、二、二、 系统概述：系统概述：系统概述：系统概述： 1、系统特性： 1）以 MC68HC908SR12 单片机为核心控制模块； 2）可以通过两个温度调节按键设定冷藏室温度，冷冻室温度按指定的“温度 设定对应表”跟随； 3）使用一个节电按键可以设置系统进入节电运行状态或从节电运行状态返 回原设定状态； 4）使用一个速冻按键控制系统进入速冻运行状态， 速冻键与调温键结合可以 设置定时速冻状态； 5）在非速冻状态下，系统自动进行补偿加热控制； 6）在非速冻状态下自动计时进行化霜控制， 化霜期间根据预定的退出条件退

5、 出化霜状态； 7）当冷藏室门开门或关闭时进行门灯控制； 8）3 位七段数码管显示冷冻室温度，3 位七段数码管显示冷藏室温度； 带留言功能的智能电冰箱控制系统 2 9）当进行节电、速冻等状态设置时，温度显示数码管转为显示相应的设置指 示标志； 10）传感器出现故障时，数码管显示相应的故障代码，进入故障运行状态， 进行相应的温度补偿或故障报警提示； 11）根据给定的判断条件判断压机故障和线路故障，进行相应的提示或报警 等处理； 12）以根据环境温度状况自动进行环温补偿，并进行相应提示； 13）使用一个留言键进行留言控制。按下留言键时，依照编号顺序依次播放 各次留言，留言间隔以扬声器进行声音提示。

6、留言 LED 显示是否还有未 播放的留言； 14）可以在(-30 到 +50 度)范围内进行精度为 0.5 度的温度测量。 15）带有有利于提高生产检测速度的系统上电自检功能。 16）提供外部低电压自动复位功能。 2、系统框图 系统的框图如下面的图一： 图一图一图一图一 系统框图系统框图系统框图系统框图 三、系统构成三、系统构成三、系统构成三、系统构成 1、 硬件构成硬件构成硬件构成硬件构成 根据智能电冰箱的设计要求，需要一个带有 A/D 转换和低电压保护功能 的单片机，并且由于所需 IO 脚比较多、温控部分的要求很复杂而且语音模块控 制需要较大的内存，所以最后选择了 MOTOROLA 的 6

7、8HC908SR12，SDIP42 封 装，录/放音部分则采用了 8831 芯片，能配合外置的录音用 DRAM 进行录/放音 操作。 环温传感器 冷冻传感器 化霜传感器冷藏室传感器 升温按键降温按键冷藏门开关速冻按键节电按键留言按键麦克风 MCU MC68HC908SR12 门 灯 压缩机 补偿加热管 冷冻数码管 冷藏数码管 电源 LED 留言 LED扬声器 带留言功能的智能电冰箱控制系统 3 整个系统从结构上分可以分为单片机及其外围辅助电路部分、 传感器接口 部分、电源部分、输出控制部分、语音子板部分、显示及键盘子板部分和音频功 率放大部分，如下面的图二所示，清晰的图片见附件。 显示子原理图

8、显示子原理图显示子原理图显示子原理图 主板原理图主板原理图主板原理图主板原理图 带留言功能的智能电冰箱控制系统 4 图二图二图二图二 系统硬件结构图系统硬件结构图系统硬件结构图系统硬件结构图 在单片机及其外围辅助电路部分中，时钟信号由外部的 32.768KHZ 的晶振， 经单片机内部的 PLL 电路倍频成 32MHZ，其中总线的频率为 8MHZ。而电源部 分则由 7805 稳压块把经整流电路转换后的 12V 左右的直流电降成 5V，以供单 片机使用。 而由 220V 交流电降压至 12V 左右的交流电的工作则由外置的变压器 完成。传感器接口部分则向来自冰箱内部的环温、化霜、冷藏、冷冻等四个传感

9、 器提供了到单片机 A/D 输入的接口，另外还供了门检测电路和自检/是否第一次 上电检测电路和单片机的接口。 输出控制部分则把单片机向压缩机、 补偿加热管、 冰箱的门灯和扬声器输出的控制信号输出到各受控单元。 显示及键盘子板部分则 是一块独立于主板的子板，它和主板之间通过一条 20PIN 的电缆连接。键盘、 LED 显示和麦克风输入都由它实现，其中为了节省 IO，显示和键盘的部分管脚 复用。音频功率放大部分则是由 LM386 功率放大芯片把声音放大后输出到扬声 器。语音子板部分则是另一块独立于主板的子板，和主板间同过两列插针相连， 提供了录/放音的功能。系统的提示和报警声由单片机通过定时器产声

10、的方波经 过 LM386 放大后驱动扬声器来实现， 而播放留言时则由有 8831 芯片经过 LM386 放大后驱动扬声器，因此扬声器是同时受单片机和 8831 芯片控制，而由单片机 统筹以避免冲突。 2、 软件构成软件构成软件构成软件构成 由于系统的运行和时间密切关系，如喇叭出来的报警声，压缩机停机和开 机之间最小间隔五分钟和刷新控制的 LED 显示等，因此需要一个以秒为单位的 延时子程序来控制，而又因为对时间的精确度要求不高，所以采用了软件延时。 同时，因为设计要求比较复杂，在常规的控制压缩机的同时，还要考虑各种补偿 手段， 所以如果采用符合某条件就执行对应子程序的程序结构会导致子程序之间

11、的无限制的嵌套，导致系统出错。因此我采用了主程序中周期性调用各子程序的 环型结构，执行完一次循环的时间为一秒钟。这样在每一个周期中，子程序子只 执行一次就返回，下个周期再判断是否该再次执行此子程序还是执行别的子程 序。采取了这样的结构以后，每个控制操作都分拆成许多周期来执行，一个控制 子程序并不是一直执行到控制完成为止， 这样就可以避免了子程序间的无限制的 嵌套，而且同时可以比较容易的控制时间，因为一个周期就是一秒。具体的程序 流程图如图三。 本设计带有相对独立的语音模块，能够进行录/放音操作。由于每次录音的 时间都不确定，而且当内存录满后，要求能自动覆盖开头的留言，所以不能采用 8831 芯

12、片的固定段数的工作方式， 而只能采取通过单片机控制 8831 录/放内存中 某起始和结束地址的留言的方法。这样一来，单片机就必需知道各段留言在录音 用的内存中的地址，因此，我采用了在单片机的内存中存储各段留言的起始和结 束地址的方式。结合录音长度为 180 秒的设计要求，按平均一段留言 6 秒种得出 需存 30 段留言，每段留言又需要占用单片机 6 个字节的内存，再考虑了程序本 身的内存开销，选择了有 512 字节内存的 68HC08SR12 单片机。由于要求内存 溢出后能自动覆盖开头的留言，而且各段留言在内存中不能重叠，所以我采取了 每个主程序周期更新单片机中的留言地址表一次的做法， 即是当

13、出现内存溢出需 要从头开始覆盖旧的留言的时候，根据新留言的开始和结束地址，算出被覆盖的 旧留言的段号，并据此修改地址表和段号。如原有 10 段留言，第 11 段留言使内 存溢出需要覆盖低地址的内存， 而从覆盖的内存的大小和原来的地址表比较得出带留言功能的智能电冰箱控制系统 5 需覆盖 1 和 2 段留言，修正地址表后则原来的第 3 段留言作为新的第一段留言， 第11段留言作为新的第9段留言,具体见图五(图中的留言段的地址指的是单片机 用于存储各段留言在留言用 DRAM 中起始地址的单片机内存单元)。 语音模块子 程序的流程图如图四。 是是是是 否否否否 图三图三图三图三 主程序流程图主程序流程

14、图主程序流程图主程序流程图 初始化各变量初始化各变量初始化各变量初始化各变量 一个周期完成一个周期完成一个周期完成一个周期完成(1 秒秒秒秒),执行下一周期执行下一周期执行下一周期执行下一周期 初始化单片机初始化单片机初始化单片机初始化单片机 检测是否第一次检测是否第一次检测是否第一次检测是否第一次 上电上电上电上电 开机五分钟延开机五分钟延开机五分钟延开机五分钟延 迟并显示时间迟并显示时间迟并显示时间迟并显示时间 读取各传感器的值读取各传感器的值读取各传感器的值读取各传感器的值 并进行并进行并进行并进行 A/D 转换转换转换转换 扫描键盘扫描键盘扫描键盘扫描键盘 根据参数执行对应根据参数执行

15、对应根据参数执行对应根据参数执行对应 的控制操作的控制操作的控制操作的控制操作 刷新显示刷新显示刷新显示刷新显示 LED 和和和和 控制扬声器控制扬声器控制扬声器控制扬声器 带留言功能的智能电冰箱控制系统 6 否否否否 是是是是 是是是是 否否否否 图四图四图四图四 语音模块子程序流程图语音模块子程序流程图语音模块子程序流程图语音模块子程序流程图 通过按键决定是否要通过按键决定是否要通过按键决定是否要通过按键决定是否要 执行录执行录执行录执行录/放音操作放音操作放音操作放音操作 留言的数目是否大于留言的数目是否大于留言的数目是否大于留言的数目是否大于 30 启动启动启动启动 8831 芯片进行

16、录芯片进行录芯片进行录芯片进行录/ 放音放音放音放音 如果进行的是录音操作如果进行的是录音操作如果进行的是录音操作如果进行的是录音操作 则更新地址表和留言的则更新地址表和留言的则更新地址表和留言的则更新地址表和留言的 段号段号段号段号 返回主程序返回主程序返回主程序返回主程序 进进进进入语音模块子程序入语音模块子程序入语音模块子程序入语音模块子程序 带留言功能的智能电冰箱控制系统 7 第十一段留言地址第十一段留言地址第十一段留言地址第十一段留言地址 (1AA-1AF) 第十段留言地址第十段留言地址第十段留言地址第十段留言地址(1A4-1A9) 第九段留言地址第九段留言地址第九段留言地址第九段留言地址(198-1A3) 第八段留言地址第八段留言地址第八段留言地址第八段留言地址(192-197) 第七段留言地址第七段留言地址第七段留言地址第七段留言地址(186-191) 第六段留言地址第