王利品
海信容声（广东）冰箱有限公司 广东省佛山市 528303
摘要：为了防止冷气外泄，冰箱通常会使用门封条来实现良好的密封效果，这样一来造成门封条吸力较大，并且在制冷时会在冰箱的箱体内形成一定的负压，因而需要较大的力矩才能将门打开。设计的冰箱旋转式开关门机构开启力大，需较大的电机驱动力，功耗高，铰链处需占用很大的空间，并且双门时需多台电机驱动，控制复杂成本高。试验拟设计出适合旋转门式冰箱的自动开关门机构，要求该机构简单可靠，开门容易，运行平稳，制造成本低。
关键词：冰箱；自动开关门；凸轮机构；间歇齿轮机构
引言
目前，市场上也出现了一些自动开门的冰箱，通常使用的方法是使用电磁铁推拉装置来推开冰箱门，其原理是通电后，推杆和外部衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。推动推杆弹出。当中断供电时，电磁吸力消失，弹簧拉动推杆返回原来的位置。此种方法虽然能推开冰箱，但电磁铁的冲击力非常大，长久使用，会对冰箱照成损伤，且开门撞击声音大，造成一定的噪音污染。
1自动开关门机构专利分析
通过对检索出来的冰箱自动开关门专利技术数据进行整理和分析，以设计出更优的自动开关机构。自动开关门机构现状包括如下几类：
1）自动开门机构
冰箱门自动打开机构，在冰箱门非铰链端布置直线运动机构，常用的直线运动机构有丝杠传动、齿轮齿条传动和凸轮齿轮传动机构等等，该类专利技术虽然可以很轻松的将门开启，但是存在顶开门时的惯性冲击，不可控制门开启的角度，并且无法对门进行自动关闭。
2）门铰链驱动开关门机构
冰箱门铰链驱动开关门机构，通过减速电机直接驱动冰箱门铰链轴或者通过齿轮传动将动力传递给门铰链，以驱动门自动关闭。该类专利技术需要较大功率减速电机。
3）顶门机构联合门铰链驱动开关门机构
使用顶门机构预先将门顶开一定角度，然后再由减速电机驱动门铰链开关门。该类专利可以很容易对门进行开闭，缺点是每张门需2台电机，且需要使用离合装置，否则顶门时对门的冲击会传递到减速电机，将降低其使用寿命。
2方案选择
为了解决冰箱困难问题，针对市场上冰箱的种类繁多（有两门、三门、对开门、多门等外观形式），开关门方式多样（分为旋转式和抽屉式）。因此冰箱自动开门的方案，我们选择具有代表性的法式冰箱，能够兼顾旋转式以及抽屉式的开门方式。冰箱两个冷藏室为旋转式对开门，两个冷冻室门为抽屉式拉门。
冰箱门的开关门方式不同，就决定着冰箱自动开关门的方式不同。冰箱冷藏室开关门的运动轨迹是一个圆弧状，因此选择具有圆弧齿轮自动结构来实现自动开关门的动作。冷冻室开关门运动轨迹为直线运动，因此选择具有直线运动轨迹的电动导轨我来实现自动开关门动作。
3自动开关门机构设计
3.1硬件设计
3.1.1ＳＴＭ３２主控板
主控板采用ＳＴＭ３２Ｆ１００Ｃ６处理器作为主控板核心单元，该芯片具有２４ＭＨｚ最大运行频率和１．２５ＤＭＩＰＳ的处理性能，集成了Ｉ２Ｃ、ＵＳＡＲＴ、ＳＰＩ等多种通信接口，外设还包括５个定时器、１０路１２位的Ａ／Ｄ转换器、２路１２位Ｄ／Ａ转换器等，完全满足本次设计的控制要求。２４Ｖ电源同时给电机和主控板供电，板载电源部分采用ＬＭ２５７６Ｔ和ＡＭＳ１１１７稳压芯片组成降压电路，将２４Ｖ转至３．３Ｖ实现ＰＣＢ板供电。另外采用Ａ４９３１作为电机驱动芯片，Ａ４９３１提供了启动（ＥＮＡ－ＢＬＥ）、方向（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ）和刹车（ＢＲＥＡＫ）输入信号。ＥＮＡＢＬＥ端可以外接ＰＷＭ信号，用于控制电机速度。功能按键主要设计了电机动作控制按钮和复位按钮，便于系统调试与故障处理。
3.1.2无线通信节点
考虑到控制器结构的简易性，为避免布线的工作，设计采用通信可靠的ｎＲＦ２４ＬＥ１芯片实现无线通信。ｎＲＦ２４ＬＥ１芯片在一个极小封装中集成了包括２．４ＧＨｚ无线传输、增强型５１Ｆｌａｓｈ高速单片机、丰富外设及接口，很适合应用于各种２．４ＧＨｚ的产品。
无线通信节点在空闲时间进入低耗能状态，可以节省电量，减少换电池次数。ｎＲＦ２４ＬＥ１提供了６种低耗能工作模式，分别是深度休眠模式、存储器维持定时器关闭、存储器维持定时器开启、寄存器维持定时器关闭、寄存器维持定时器开启、待机模式。芯片正常工作时，电流为２．５ｍＡ，如果是深度休眠模式，仅为０．５μＡ。同时ｎＲＦ２４ＬＥ１芯片提供了多种从低耗能状态唤醒的方式，通过配置外部引脚为唤醒源，可以实现按钮唤醒的功能。
3.2软件设计
ＳＴＭ３２主控板主要负责接收主节点信号、电位计采集以及电机控制。系统上电完成初始化后，首先查询首次开关门标志位，如果是第一次操作，电机需要通过两次动作完成极限位置的标记，并且将相应电位计值存储在Ｆｌａｓｈ中。如果查询发现Ｆｌａｓｈ中已经存储有位置信息，则进入主任务循环处理。来自主节点的信号主要有开关柜门请求信号、请求芯片ＣＰＵ＿ＩＤ的信号、询问柜门位置信号。ＭＣＵ只需完成相应动作和按照协议内容回复信号。
无线主节点主要完成主节点之间的互斥匹配、同步匹配、主从节点匹配以及处理从节点的柜门开关请求信号。主节点按键事件是主节点主动发送携带有自己ＣＰＵ＿ＩＤ的请求信号；当收到相应匹配请求信号时，在６ｓ时间内做出应答处理即可；当接收到柜门开关请求信号时，首先进行同步检查和互斥检查，如果信号来自同步节点，在同步动作之前，还需要询问互斥节点柜门状态，避免柜门动作干涉，反之如果信号来自互斥节点，则需要主动回复自身柜门状态，便于另一方互斥节点做出判断。从节点软件设计实现了主从节点匹配、按键唤醒以及发送开关门请求的功能。非工作状态下，从节点处于休眠状态，按钮作为外部唤醒信号用于产生开关门请求。通过计算按键延时，识别是发出柜门开关动作请求或是发出主从匹配请求。
4开关门机构关键点分析
拟设计的自动开关门机构开门关键点是使用齿轮间歇机构和凸轮机构，将两者进行组合并按照一定的顺序联动起来，实现使用一个动力源对单门或双门进行开关。关门关键点是间歇齿轮与啮合的齿轮脱离时的处置。下面对关键点进行分析。
4.1凸轮机构
凸轮机构最大的优点是只要恰当地设计出凸轮轮廓曲线就可以使顶杆得到预期的运动规律，并且响应快速，机构简单紧凑。在上述方案设计中，开门时凸轮在旋转一定的角度使得顶杆对门体顶开很小的距离，凸轮转动速度很低，因此产生的惯性力、冲击和振动会很小。
4.2间歇齿轮机构
除了实现与凸轮机构按序联动外，一个突出的优点在门体闭合时间歇齿轮与相应的从齿轮不啮合，可实现手动和自动开关门体，也方便断电维修。缺点是开门时刚开始啮合过程瞬时存在刚性冲击，减少冲击的办法是在两轮上加装附加装置，使相应的从动轮在开始运动阶段由静止状态按某种预定的运动规律逐渐加速到与间歇齿轮匹配的运动速度。
结语
试验通过对旋转式冰箱自动开关门机构现状进行分析，创造性的将凸轮机构和间歇齿轮机构组合在一起，设计出自动开关门机构。该机构开关门平稳可靠，所需开门动力小，便于制造和维护，不影响冰箱外观，且断电不影响用户使用，尤其是仅需一个动力源可实现双门冰箱同时或者单独开关。试验设计的自动开关门机构可用于旋转式单门冰箱和双门冰箱，将推动冰箱智能自动化发展。
参考文献
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