商用冰箱集成控制系统研究

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1、商用冰箱集成控制系统研宄作者简介：魏明楠（1988-）男河北唐山人，硕士研究生，主要研宄方向为机电系统测控技术。王子文（1956-），男，硕士研究生，教授，主要研宄方向为机电控制学。摘要：针对目前超市和酒店等大型机构对冰箱的管理与使用存在管理不便、设备采购及使用成本高，且恒温冷藏、冷冻效果差等问题，提出一种基于CAN总线的冰箱集成控制系统，该系统将所有冰箱的核心控制器的功能集成在一个主控计算机内，对大量的冰箱进行集中控制，通过主控计算机界面对冰箱的运行情况进行显示。介绍了集成控制系统下冰箱控制系统的硬件构成，以及对实现温度控制、容霜以及故障报警功能的硬件设备

2、，设计了对系统温度进行智能控制的Fuzzy-PID控制策略，并对集成控制的软件进行了仿真分析，该系统能够简化冰箱的控制系统结构，降低冰箱设备的使用成本。关键词：商用冰箱集成控制总线虚拟仪器温度控制中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1672-3791(2015)01(a)-0000-01冰箱如今已经作为人们日常生活的必须品深入到人们生活的每个部分，回顾冰箱产品的的发展，从20世纪的90年代以来，冰箱产品的发展越来越快，先后出现了由单片机控制的冰箱以及其它电器设备。目前的冰箱产品多是以家庭为单位，其冰箱做为一个独立的设备进行设计与制造，同时面向超市、

3、酒店等大型机构的冰箱冷冻设备只是在体积和规模上做的更大，其本质上还是独立的硬件设备，在控制方式上也采用独立的控制，对于一个规模比较大的超市来说，需要采购上百台的冰箱，而每个冰箱的硬件结构都基本相同，都采用基本相同的控制器控制运行，核心控制器和操作面板的成本占冰箱绝大部分，这无疑是一种巨大的浪费。另外，现有的高档冰箱基本都是由单片机作为控制器，由于单片机的运算速度、存储容量有限，控制功能少，控制策略简单、固定，又由于超市、酒店冰柜操作频繁，很难实现恒温冷藏或冷冻效果。针对上述问题，设计一种商用冰箱集成控制系统，该系统基于总线网络采用普通PC机作为主控计算机，将

4、所有冰箱的控制和显示等功能集成在主控计算机内，可采用智能控制策略对所有冰箱进行实时控制，将控制的执行元件和传感器等集成在冰箱内。采用集成控制既可降低控制器的能源消耗，大大降低了冰箱系统的成本，也可采用智能控制，确保冰箱恒温冷藏、冷冻效果。1集成控制系统的硬件设计商用冰箱集成控制系统的硬件结构主要包括：1)主控计算机，主要用于完成冰箱的温度控制、容霜控制以及故障报警功能。2)CAN总线网络，主要负责主控计算机与受控冰箱的通讯连接。3)受控冰箱设备，其内部的传感器信号的采集与压缩机的控制等功能由STM32单片机完成。系统的主控计算机采用普通运行Windows操作

5、系统的PC计算机，对于计算机配置要求在此不做讨论，主要对集成控制系统的通信网络以及受控冰箱的信号采集及电源等设备进行设计。1.1系统内部网络通信设备商用冰箱集成控制系统内部通信网络采用CAN总线，与无线通信方式相比，CAN总线的抗干扰性能具有显著优势，能够保证在外接强电磁干扰环境下的通信稳定性，CAN节点硬件配置可靠，主控节点能够以广播的形式发送信息，实时性好。在本次设计时在主控计算机端选用武汉诺比特机器人公司生产的USB-CANV2适配器作为通信设备，下位机冰箱节点选用TJA1050与STM32单片机作为下位机的通信设备［1］。1.2冰箱内传感器与压缩机控

6、制设备冰箱内的温度与湿度的检测是温度控制以及容霜控制的基础，本方案采用AM2303型温湿度采集模块作为系统的温度与湿度传感器，该传感器在检测湿度时的精度能够达到土2%，在检测温度时的精度能够达到±0.3°C,对与冰箱冷藏室和冷冻是的温度湿度检测，这样的精度完全能够满足设计要求。STM32F103RCT6单片机最小系统拥有16通道的12位模数转换器、7通道的DMA控制器、16位定时器、USART接口、CAN接口(2.0B)和USB2.0全速接口(12Mbps)等功能接口。其通过内部的定时器TIM1和TIM2可以产生6路带死区控制的PWM型号，可以直接控制带有三

7、相直变频压缩机的能力［2］［3］。1.3系统电源模块本次设计中STM32单片机的供电电压范围为2-3.6V,通常对其供电的电压为3.3V。温湿度采集模块AM2303的供电电压为5V，同时对冰箱电源开关的控制需要采用继电器，其供电电压为24V，综合考虑后选择24V为外部电源的供电电压，其外部供电电源采用爱浦电子生产的WA5-220S24D3型交直流模块电源，其输入电压范围为AC120-380V，输出电流为210m。同时设计了24V转5V电源以及5V转3.3V电源电路来完成对节点系统的供电。其中24V转5V电源通过TPS5430电源转换芯片完成，其正常最大输入电

8、流为4A,输入电压为5.5V-36V。其最低电压输出