单片机控制的家用饮料快速冷热保温机

    现在罐装饮料已成为人们日常生活的必需品，许多饮料还标出了最佳饮用温度。然而，由于条件的限制，人们一般都是将其放在冰箱中冷藏，需要时取出饮用。这种所有饮料均采用同一温度的饮用方式，是无法满足人们个性化需求的。于是，一种全新的小家电——家用饮料快速冷热保温机（又名微电脑冷热温酒机）便应运而生了。
    一、功能特点  
    采用一片５Ａ半导体制冷片作制冷或加热器件，单片机作主控芯片，节能环保、方便实用、操作简单，可以对罐装饮料及酒类等进行快速加热或急冻。该机有两个轻触按键，可设置１０个温控点，有ＬＥＤ同步显示，设有制冷与加热状态指示灯显示本机工作状态，控温精度±１℃，可完全满足不同口感的需求。
    二、电路工作原理
    半导体制冷片的工作原理，可参阅《电子报》２０００年的有关文章。硬件电路如图１所示。由于半导体制冷片的工作电压为ＤＣ１２Ｖ，所以本机采用ＤＣ１２Ｖ、输出电流不小于５Ａ的直流电源供电，经Ｄ１隔离后分为三路，一路为继电器供电，一路通过Ｒ１２到ＪＰ３－１为冷却风扇供电，一路至Ｕ１输入端。本机采用Ｚ８系列八位单片机Ｚ８６Ｅ０２控制。其Ｐ２７作为按键输入，Ｐ２０～Ｐ２６作ＬＥＤ显示输出，采用动态扫描方式，８个双向Ｉ／Ｏ口可接收二个输入信号并直接驱动１２只ＬＥＤ。二个按键分别为温度向上（ＵＰ）与向下（ＤＯＷＮ）设定键。ＬＥＤ１～ＬＥＤ１０为红色发光二极管，分别指示设定的１０个温度点；ＬＥＤ１１，点亮时表示正在制冷；ＬＥＤ１２点亮时表示正在加热。Ｒ６为Ｐ２７的上拉电阻，Ｃ４为抗干扰电容。Ｐ０口作输出，Ｐ０１经Ｑ１驱动１２Ｖ１０Ａ继电器ＲＬ１，控制半导体制冷片的工作电源；Ｐ０２经Ｑ２驱动１２Ｖ带常开与常闭双触点的继电器ＲＬ２，切换加在半导体制冷片上的电源极性，使之制冷或加热。Ｐ３口通过软件配置成使用片内的二个高性能可编程模拟比较器。在本电路中用一个模拟比较器作被控温度的采样，省去了价格较贵的Ａ／Ｄ转换芯片或带Ａ／Ｄ转换的单片机。温度传感器采用负温度系数热敏电阻（ＮＴＣ）ＲＴ１，由Ｒ７、Ｒ８、ＲＴ１组成的分压电路为Ｐ３１（模拟比较器的正输入端）提供温度采样电平，Ｐ３３为片内模拟比较器的公共负输入端，作比较器的参考电压输入端。参考比较电压由软件配合Ｒ９、Ｃ８及Ｄ２等产生。
    三、软件设计
    程序流程图如图２所示，主要由主程序、定时中断子程序、按键扫描子程序与温度控制子程序等组成。主程序在初始化后，不断执行动态显示扫描程序，并等待定时器Ｔ１中断。Ｔ１每１０毫秒中断一次，在中断程序中进行计时，每０．１秒调用一次按键扫描子程序，这样既可快速响应按键输入，又可消除由按键抖动带来的误动作，简化程序。由于温度的变化是一个缓慢的过程，所以温度的采样与控制子程序设计为每秒一次。温度采样过程为：{1}Ｐ００口置于低电平，Ｃ８通过Ｄ２、Ｐ００放电；{2}清计数器ｃｏｕｎｔ（ｃｏｕｎｔ为自定义的一个工作寄存器），置Ｐ００为高电平，Ｄ２截止，＋５Ｖ电源通过Ｒ９向Ｃ８充电；{3}计数器ｃｏｕｎｔ加１；{4}检测Ｐ３１口（实际为片内比较器的输出端），为高电平转到{3}，当其变为低电平时，则计数器ｃｏｕｎｔ中的值对应检测温度；{5}置Ｐ００口为低电平，使Ｃ８通过Ｄ２及Ｐ００口放电。至此，整个Ａ／Ｄ转换完成，以后的转换过程只需从{2}开始即可。由于需要控制１０个温度点，为简化程序，避免繁杂的运算，采用实测温度的简单标定方法，可很快找出对应的１０个计数器值。下表为采用图１所示参数测定的１０个温度所对应的计数值，供参考。实验证明，采用此标定方法完全可以满足系统的要求。
    四、使用与操作
    开机时默认温度点为０℃，上电后可以按ＵＰ或ＤＯＷＮ键设定温度；按键时，温度按０、３、６、９、１２、１５、１８、２１、２４、５０℃顺序双向循环，对应ＬＥＤ同步显示。选定温度后，本机开始进行温度自动控制。温度低于设定值，２０秒后加热灯（红色）亮，开始加热。温度高于设定，１０秒后制冷灯（绿色）亮，开始制冷。温度达到设定值时，自动进入保温状态。当被控温度在设定温度±１℃范围内时，加热及制冷灯灭，加热及制冷。

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