MCU在家電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞： PSoC , MCU , 家電 , 家用電器

作者：賽普拉斯半導(dǎo)體公司Ronak Desai

微控制器單元（MCU）被廣泛應(yīng)用在洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、電冰箱等多種家用電器中。MCU可主要用于電機(jī)控制、模擬傳感器測(cè)量、前面板鍵盤控制以及在LED/LCD上顯示結(jié)果等。本文將重點(diǎn)討論通過采用可編程片上系統(tǒng)（PSoC）器件，從而提供集成方法來實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)功能的家電設(shè)計(jì)。

面向電機(jī)控制和TRIAC/ LED/ LCD驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，家用電器行業(yè)采用了8/16/32位微控制器電路。微控制器可控制和管理電器的全部功能和特性。當(dāng)用戶按下“開始”按鍵時(shí)，輸入信號(hào)從前面板鍵盤傳到微控制器，接著MPU啟動(dòng)三相無刷直流（BLDC）電機(jī)或永磁同步電機(jī)（PMSM）。電機(jī)速度將根據(jù)前面板鍵盤中的用戶輸入實(shí)現(xiàn)變化和控制。

微控制器采用內(nèi)部或外部串行EEPROM（基于I2C/SPI）存儲(chǔ)舊數(shù)據(jù)，并使用RTC顯示準(zhǔn)確的時(shí)間信息。溫度測(cè)量則可采用基于板上RTD、熱敏電阻或熱電偶的溫度感應(yīng)器件來實(shí)現(xiàn)。

微控制器采用一個(gè)外部ADC和多個(gè)放大器接收來自傳感器、溫度及電池等不同的模擬輸入。其使用外部信號(hào)調(diào)節(jié)、比較器和門驅(qū)動(dòng)器電路來驅(qū)動(dòng)和控制三相BLDC/ PMSM電機(jī)。此外，微控制器還能通過IR接收器接收遙控輸入（38 kHz的輸入）。

需要采用外部緩沖驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)7段LED/LCD/圖形顯示器。通常情況下，具有背光源的7段LED/LCD/圖形顯示器可用于顯示溫度、電池輸入、速度值和錯(cuò)誤/警告消息。此外，微控制器還可連接I2C/ SPI等板上外設(shè)，以及UART/USB通信等外部外設(shè)。

洗衣機(jī)中的MCU

洗衣機(jī)中的MCU包含以下模塊：

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圖1：采用MCU的洗衣機(jī)方框圖

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圖2：采用集成SoC的洗衣機(jī)方框圖

在洗衣機(jī)中，MCU通過一個(gè)外部ADC接收不同的模擬輸入（如水位傳感器、水硬度傳感器、濕度傳感器、開門傳感器、洗衣負(fù)載傳感器、光學(xué)傳感器、洗滌劑濃度傳感器、負(fù)載失衡傳感器和容量傳感器等）。通過板上RTD實(shí)現(xiàn)溫度感應(yīng)，并采用外部EEPROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如定制洗滌程序、存儲(chǔ)器備份、兒童鎖以及洗衣偏好等。微控制器還可支持洗衣機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)水量并關(guān)機(jī)。

此外，MCU還可控制自我診斷功能，包括供水故障、旋轉(zhuǎn)故障、排水故障、兒童鎖、防溢出及開門等。時(shí)鐘和定時(shí)器可用于實(shí)現(xiàn)休眠模式并在工作中添加延遲（延遲啟動(dòng)條件）。蜂鳴器（PWM型）不但能夠生成不同頻率的音調(diào)，還能在過載情況下提供警報(bào)音。洗滌完畢后，微控制器還能自動(dòng)關(guān)閉機(jī)器，從而節(jié)省電力。

空調(diào)中的MCU

空調(diào)中的MCU包含以下模塊：

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圖3：采用MCU的空調(diào)方框圖

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圖4：采用集成SoC的空調(diào)方框圖

在空調(diào)中，MCU通過一個(gè)外部ADC接收不同的模擬輸入（傳感器輸入）。通過板上RTD和熱敏電阻實(shí)現(xiàn)溫度感應(yīng)，并采用外部EEPROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（設(shè)置溫度值）。MCU通過使用PWM和比較器控制外部BLDC電機(jī)和風(fēng)扇。此外，MCU還可接收用于凈化的各種濾波器輸入。

用戶可設(shè)置所需的溫度，微控制器則根據(jù)所設(shè)溫度值控制電機(jī)和壓縮機(jī)。此外，微控制器采用繼電器驅(qū)動(dòng)器和TRIAC驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉電力線AC到系統(tǒng)的輸入，使用時(shí)鐘和定時(shí)器設(shè)置休眠模式、自動(dòng)斷開功能以及24小時(shí)開關(guān)定時(shí)器功能，并利用蜂鳴器（PWM型）生成不同頻率的音調(diào)。此外，微控制器還可控制自我診斷特性，并包含自動(dòng)重啟（在電源故障時(shí)會(huì)自動(dòng)讓空調(diào)恢復(fù)到此前的設(shè)置）和過流保護(hù)等功能。

微波爐中的MCU

微波爐中的MCU包含以下模塊：

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