การออกแบบวงจรควบคุมการเก็บรักษาสำหรับชุดประกอบ PCB ตู้เย็น

การออกแบบชุดประกอบ PCB ของตู้เย็นสำหรับวงจรควบคุมการเก็บรักษาความสด: ส่วนประกอบสำคัญและกลยุทธ์ทางเทคนิค

การบูรณาการวงจรควบคุมการเก็บรักษาขั้นสูงเข้ากับชุดประกอบ PCB ของตู้เย็นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาคุณภาพอาหารยืดอายุการเก็บรักษาและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้เหมาะสม วงจรเหล่านี้ควบคุมอุณหภูมิความชื้นการไหลเวียนของอากาศและองค์ประกอบก๊าซภายในช่องว่างการใช้ประโยชน์จากเครือข่ายเซ็นเซอร์ไดรเวอร์แอคทูเอเตอร์และอัลกอริทึมอัจฉริยะ ด้านล่างนี้เราสำรวจข้อควรพิจารณาทางเทคนิคสำหรับการออกแบบระบบควบคุมการเก็บรักษาที่ใช้ PCB โดยมุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมการควบคุมการปรับตัวและความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมการทำความเย็น

1. ฟิวชั่นหลายเซ็นเซอร์สำหรับการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมที่แม่นยำในการ
ตรวจจับสิ่งแวดล้อมที่แม่นยำเป็นรากฐานของการควบคุมการเก็บรักษา เซ็นเซอร์อุณหภูมิเช่นเทอร์มิสเตอร์หรือ RTDs (เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน) จะต้องวางอย่างมีกลยุทธ์ข้ามช่องเพื่อตรวจจับการไล่ระดับสีที่เกิดจากการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอหรือช่องเปิดประตูบ่อย PCB ควรรวมเซ็นเซอร์ที่มีกำลังต่ำและมีความแม่นยำสูงพร้อมความล่าช้าความร้อนน้อยที่สุดจับคู่กับวงจรการปรับสภาพสัญญาณเช่นแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการและตัวกรอง RC เพื่อกำจัดเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือนของคอมเพรสเซอร์หรือสัญญาณรบกวนมอเตอร์

การควบคุมความชื้นนั้นมีความสำคัญอย่างเท่าเทียมกันในการป้องกันการเผาไหม้ช่องแช่แข็งในอาหารแช่แข็งหรือการเจริญเติบโตของเชื้อราในผลผลิตสดใหม่ เซ็นเซอร์ความชื้นแบบ capacitive มักใช้เนื่องจากความมั่นคงและการตอบสนองของพวกเขา แต่พวกเขาต้องการการสอบเทียบเป็นระยะเพื่อต่อต้านการดริฟท์ที่เกิดจากการควบแน่นหรือความผันผวนของอุณหภูมิ การออกแบบ PCB จะต้องรวมถึงกิจวัตรการสอบเทียบด้วยตนเองหรือแหล่งความชื้นอ้างอิงภายนอกเพื่อรักษาความแม่นยำเมื่อเวลาผ่านไป สำหรับตู้เย็นหลายโซนเซ็นเซอร์ความชื้นแยกต่างหากสำหรับแต่ละช่องเปิดใช้งานการตั้งค่าการเก็บรักษาที่ปรับแต่งได้เช่นความชื้นที่สูงขึ้นสำหรับผักและความชื้นที่ต่ำกว่าสำหรับผลิตภัณฑ์นม

เซ็นเซอร์องค์ประกอบก๊าซกำลังเกิดขึ้นเป็นเครื่องมือในการตรวจจับตัวชี้วัดการเน่าเสียเช่นเอทิลีน (ปล่อยโดยผลไม้สุก) หรือแอมโมเนีย (ผลิตโดยการสลายตัวของโปรตีน) เมทัลออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) หรือเซ็นเซอร์เคมีไฟฟ้าสามารถตรวจสอบก๊าซเหล่านี้ได้แม้ว่าจะต้องการเค้าโครง PCB อย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนข้ามระหว่างองค์ประกอบการตรวจจับ วงจรจะต้องรวมอัลกอริทึมการชดเชยเข้ากับผลกระทบของอุณหภูมิและความชื้นในการอ่านก๊าซเพื่อให้มั่นใจว่าการแจ้งเตือนการเน่าเสียจะถูกกระตุ้นโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นที่เกี่ยวข้องเท่านั้น

2. อัลกอริทึมการควบคุมแบบปรับตัวสำหรับ
การควบคุมการควบคุมการควบคุมแบบไดนามิกขึ้นอยู่กับอัลกอริทึมที่ตีความข้อมูลเซ็นเซอร์และปรับเอาต์พุตแอคทูเอเตอร์แบบเรียลไทม์ คอนโทรลเลอร์สัดส่วน-อินเทอร์-อนุพันธ์ (PID) ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการควบคุมอุณหภูมิ แต่พวกเขาต้องการการปรับแต่งอย่างระมัดระวังเพื่อการตอบสนองและความมั่นคง ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) ของ PCB จะต้องดำเนินการลูป PID ด้วยอัตราการสุ่มตัวอย่างที่เพียงพอ (เช่น 1–10 Hz) เพื่อจัดการกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วในระหว่างรอบละลายน้ำแข็งหรือปิดประตูในขณะที่หลีกเลี่ยงความปลอดภัยของอาหาร

เทคนิคการเรียนรู้ของเครื่องจักร (ML) กำลังเพิ่มพฤติกรรมการปรับตัวโดยการวิเคราะห์รูปแบบการใช้งานในอดีต ตัวอย่างเช่นเครือข่ายประสาทแบบออนอุปกรณ์สามารถเรียนรู้พฤติกรรมการเก็บรักษาทั่วไปของผู้ใช้ (เช่นการช็อปปิ้งร้านขายของชำจำนวนมากในวันหยุดสุดสัปดาห์) และช่องก่อนเย็นเพื่อชดเชยภาระความร้อนจากรายการใหม่ PCB จะต้องมีไลบรารีการเร่งความเร็ว ML หรือแกนฮาร์ดแวร์เฉพาะเพื่อประมวลผลโมเดลเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพลดการใช้พลังงานในการออกแบบแบตเตอรี่หรือแรงดันไฟฟ้าต่ำ

ตัวควบคุมตรรกะฟัซซี่เสนอวิธีการอื่นสำหรับการจัดการระบบที่ไม่เป็นเชิงเส้นเช่นการควบคุมความชื้นซึ่งแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำนั้นยากที่จะได้รับ โดยการกำหนดกฎภาษาศาสตร์ (เช่น 'หากความชื้นสูงและอุณหภูมิสูงขึ้นเพิ่มความเร็วพัดลมในระดับปานกลาง ') PCB สามารถจัดการปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างตัวแปรโดยไม่ต้องมีการสอบเทียบที่กว้างขวาง ความยืดหยุ่นนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบหลายโซนซึ่งการไหลเวียนของอากาศข้ามช่องจะต้องมีความสมดุลเพื่อรักษาสภาพการเก็บรักษาที่แตกต่างกัน

3. วงจรไดรเวอร์แอคทูเอเตอร์เพื่อการปรับสิ่งแวดล้อมที่แม่นยำ
PCB จะต้องขับเคลื่อนแอคทูเอเตอร์ต่าง ๆ เพื่อดำเนินการตัดสินใจควบคุมเริ่มต้นด้วยไดรเวอร์คอมเพรสเซอร์สำหรับการระบายความร้อน คอมเพรสเซอร์ความเร็วตัวแปรซึ่งปรับเอาต์พุตตามโหลดความร้อนต้องใช้วงจรอินเวอร์เตอร์ด้วย IGBT หรือ MOSFET เพื่อแปลงพลังงาน DC จากแหล่งจ่ายไฟของตู้เย็นเป็น AC สำหรับมอเตอร์ วงจรไดรเวอร์จะต้องมีการป้องกันกระแสไฟฟ้ามากเกินไปการตรวจจับ desaturation และฟังก์ชั่นการเริ่มต้นอ่อนเพื่อป้องกันความเครียดเชิงกลในระหว่างการเริ่มต้น

การควบคุมพัดลมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการจัดการการไหลเวียนของอากาศด้วยความเร็วในการควบคุม PCB เพื่อกระจายอากาศเย็นอย่างสม่ำเสมอหรือแยกช่องระหว่างโหมดการเก็บรักษา ไดรเวอร์ PWM (การปรับความกว้างของพัลส์) มักใช้เพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าพัดลมด้วยรอบการทำงานที่แตกต่างกันของ MCU ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิหรือระดับความชื้น สำหรับพัดลมหลายสปีด PCB อาจรวมเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์เพื่อตรวจสอบตำแหน่งของโรเตอร์และตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนผ่านอย่างราบรื่นระหว่างการตั้งค่าความเร็วลดเสียงรบกวนและการใช้พลังงาน

การปรับความชื้นขึ้นอยู่กับแอคทูเอเตอร์เช่นเครื่องเพิ่มความชื้น (สำหรับลิ้นชักผลิต) หรือเครื่องลดความชื้น (สำหรับช่องเนื้อ) เครื่องเพิ่มความชื้นอัลตราโซนิกซึ่งสร้างหมอกผ่านตัวแปลงสัญญาณแบบ piezoelectric ต้องใช้วงจรไดรเวอร์ที่มีการสร้างพัลส์แรงดันสูง (โดยทั่วไปคือ 24–48 V) และการควบคุมความถี่เพื่อเพิ่มขนาดหยด เครื่องลดความชื้นโดยใช้องค์ประกอบของ Peltier (เทอร์โมอิเล็กทริกคูลเลอร์) ต้องการตัวต้านทานที่ จำกัด ในปัจจุบันและวงจรปิดความร้อนเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปในระหว่างการทำงานเป็นเวลานาน PCB จะต้องประสานงานแอคทูเอเตอร์เหล่านี้ด้วยการควบคุมวาล์วสำหรับน้ำประปา (ในเครื่องเพิ่มความชื้น) หรือการระบายน้ำ (ในเครื่องลดความชื้น) เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานที่เชื่อถือได้โดยไม่รั่วไหล

4. การจัดการพลังงานและการออกแบบความร้อนสำหรับการกระจายความน่าเชื่อถือของระบบ
อย่างมีประสิทธิภาพการกระจายพลังงานเป็นสิ่งสำคัญในการลดการสูญเสียพลังงานและการสร้างความร้อนภายใน PCB การสลับหน่วยงานกำกับดูแล (ตัวแปลงบั๊ก) เป็นที่ต้องการสำหรับการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าไปยังส่วนประกอบที่ไวต่อพลังงานเช่น MCU หรือเซ็นเซอร์เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงกว่าหน่วยงานกำกับดูแลเชิงเส้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่โหลดต่ำ เค้าโครง PCB จะต้องแยกเส้นทางกระแสไฟฟ้าสูง (เช่นไดรเวอร์คอมเพรสเซอร์) จากร่องรอยสัญญาณแรงดันต่ำเพื่อป้องกัน crosstalk โดยมีความร้อน vias ถ่ายโอนความร้อนจากส่วนประกอบร้อนไปยังระนาบทองแดงหรือฮีทซิงค์

การสำรองข้อมูลแบตเตอรี่หรือ supercapacitors ให้พลังงานชั่วคราวในระหว่างการหยุดทำงานเพื่อให้มั่นใจว่าระบบยังคงการตั้งค่าการเก็บรักษาและลำดับการปิดระบบที่ปลอดภัย สำหรับคอมเพรสเซอร์ที่ใช้อินเวอร์เตอร์ PCB จะต้องมีวงจร Snubber (เครือข่าย RC หรือ RCD) เพื่อยับยั้งแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการรับภาระการป้องกันการปกป้อง MOSFETS หรือ IGBTs จากความเสียหาย ส่วนประกอบการกรอง EMI เช่นลูกปัดเฟอร์ไรต์และตัวเก็บประจุ X/Y เป็นสิ่งจำเป็นในการลดเสียงรบกวนทางไฟฟ้าจากไดรเวอร์มอเตอร์ป้องกันการรบกวนด้วยโมดูลการสื่อสารไร้สายหรือการอ่านเซ็นเซอร์

การจัดการความร้อนขยายไปถึงตำแหน่งเซ็นเซอร์เนื่องจากการอ่านที่ไม่ถูกต้องจากส่วนประกอบที่ร้อนจัดสามารถลดประสิทธิภาพการควบคุม PCB อาจรวมเทอร์มิสเตอร์ NTC เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของตัวเองกระตุ้นการปรับความเร็วของพัดลมหรือเอาต์พุตแอคทูเอเตอร์ที่ลดลงหากเกินขีด จำกัด การเคลือบที่สอดคล้องกันหรือสารประกอบการปลูกป้องกันความชื้นและการควบแน่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องเย็นที่การปั่นจักรยานอุณหภูมิอาจทำให้เกิดการก่อตัวของน้ำค้างในขณะที่การป้องกัน EMI ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการเชื่อมต่อไร้สายยังคงมีความเสถียรแม้จะมีสัญญาณรบกวนจากมอเตอร์

5. การตรวจจับความผิดพลาดและกลไกการวินิจฉัยตนเองสำหรับ
ระบบควบคุมการบำรุงรักษาการบำรุงรักษาเชิงรุกจะต้องตรวจจับความผิดพลาดก่อนเพื่อป้องกันการเน่าเสียของอาหาร PCB สามารถตรวจสอบสุขภาพของเซ็นเซอร์ผ่านการวินิจฉัยในตัวเช่นการตรวจสอบความต้านทานต่อเทอร์มิสเตอร์ต่อช่วงที่คาดหวังหรือตรวจสอบความชื้นเซ็นเซอร์ความชื้นต่อสภาวะแวดล้อม สำหรับแอคทูเอเตอร์วงจรการตรวจจับปัจจุบันจะวัดคอมเพรสเซอร์หรือโหลดมอเตอร์พัดลมการแจ้งเตือนหากค่าเบี่ยงเบนจากช่วงการทำงานปกติ (เช่นพัดลมที่ติดอยู่ในกระแสมากเกินไป)

ความผิดพลาดในการสื่อสารระหว่าง PCB และอินเทอร์เฟซผู้ใช้ (เช่นแผงสัมผัสหรือแอพมือถือ) เป็นข้อกังวลอีกประการหนึ่ง การออกแบบควรรวมถึงสัญญาณการเต้นของหัวใจหรือการตรวจสอบการตรวจสอบสำหรับแพ็คเก็ตข้อมูลด้วยโมดูลการสื่อสาร MCU รีสตาร์ทหากไม่ตรวจพบการตอบสนองภายในการหมดเวลาที่กำหนด สำหรับตู้เย็นที่เชื่อมต่อกับคลาวด์ PCB จะต้องบันทึกรหัสข้อผิดพลาดและส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์ระยะไกลสำหรับการวิเคราะห์ช่วยให้การบำรุงรักษาทำนายก่อนเกิดความล้มเหลวที่สำคัญ

กลไกการรักษาด้วยตนเองสามารถลดปัญหาเล็กน้อยโดยไม่ต้องแทรกแซงผู้ใช้ ตัวอย่างเช่นหากเซ็นเซอร์ความชื้นล้มเหลว PCB อาจเปลี่ยนเป็นโปรไฟล์การเก็บรักษาเริ่มต้นตามประเภทของช่อง (เช่นความชื้นสูงสำหรับการผลิต) ในขณะที่แจ้งให้ผู้ใช้เปลี่ยนเซ็นเซอร์ ในทำนองเดียวกันหากแผงลอยพัดลมมอเตอร์ระบบสามารถกระจายการไหลเวียนของอากาศโดยใช้พัดลมที่เหลือหรือปรับรอบคอมเพรสเซอร์เพื่อชดเชยประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ลดลงรักษาความปลอดภัยของอาหารจนกว่าจะทำการซ่อมแซม

6. การปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยและกฎระเบียบสำหรับผู้บริโภค
ตู้เย็น Trust PCB ต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยระหว่างประเทศเช่น IEC 60335-1 (ความปลอดภัยของเครื่องใช้ในครัวเรือน) และ IEC 60730 (การควบคุมไฟฟ้าอัตโนมัติ) การออกแบบควรรวมถึงอุปสรรคการแยกระหว่างส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าสูง (เช่นไดรเวอร์คอมเพรสเซอร์) และวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าต่ำโดยมีระยะทางคืบและระยะห่างจากการกวาดล้างหรือเกินกว่ากฎระเบียบ

ความเข้ากันได้ของแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) เป็นข้อกำหนดที่สำคัญอีกประการหนึ่งเนื่องจากตู้เย็นทำงานในสภาพแวดล้อมกับอุปกรณ์อื่น ๆ และอุปกรณ์ไร้สาย PCB จะต้องรวมส่วนประกอบการกรองเพื่อระงับการดำเนินการและการปล่อยรังสีเพื่อให้มั่นใจว่าการปฏิบัติตามมาตรฐานเช่น CISPR 32 (EMC สำหรับอุปกรณ์) และ FCC ตอนที่ 15 (อุปกรณ์ความถี่วิทยุ) สำหรับโมเดลที่เปิดใช้งานแบบไร้สายโปรโตคอลการเข้ารหัสเช่น AES-128 หรือ TLS/SSL ปกป้องข้อมูลที่ส่งระหว่างตู้เย็นและเซิร์ฟเวอร์คลาวด์ป้องกันการเข้าถึงการตั้งค่าการเก็บรักษาหรือข้อมูลผู้ใช้โดยไม่ได้รับอนุญาต

กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมเช่น ROHS (ข้อ จำกัด ของสารอันตราย) และการเข้าถึง (การลงทะเบียนการประเมินผลการอนุมัติสารเคมี) จำกัด การใช้วัสดุเช่นตะกั่วปรอทและสารหน่วงไฟบางอย่างในการผลิต PCB นักออกแบบจะต้องเลือกส่วนประกอบที่สอดคล้องและกระบวนการบัดกรีด้วยเอกสารติดตามแหล่งกำเนิดของวัสดุแต่ละรายการเพื่ออำนวยความสะดวกในการรับรอง มาตรฐานประสิทธิภาพการใช้พลังงานเช่น Energy Star หรือ MEPS (มาตรฐานประสิทธิภาพการใช้พลังงานขั้นต่ำ) ยังมีผลต่อการเลือกการออกแบบกระตุ้นให้ใช้ MCU ที่ใช้พลังงานต่ำและวงจรการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพเพื่อลดการบริโภคตู้เย็นโดยรวม

บทสรุป
การออกแบบวงจรควบคุมการเก็บรักษาในชุดประกอบ PCB ตู้เย็นต้องใช้วิธีการแบบองค์รวมความแม่นยำของเซ็นเซอร์ที่สมดุลอัลกอริทึมแบบปรับตัวความน่าเชื่อถือของแอคทูเอเตอร์และการปฏิบัติตามความปลอดภัย ด้วยการบูรณาการเครือข่ายหลายเซ็นเซอร์ตรรกะการควบคุมอัจฉริยะและการจัดการพลังงานที่แข็งแกร่งผู้ผลิตสามารถสร้างระบบที่ยืดอายุการเก็บรักษาอายุการเก็บอาหารในขณะที่ลดการสูญเสียพลังงาน ในขณะที่เทคโนโลยี IoT และ AI ล่วงหน้าการออกแบบ PCB ในอนาคตมีแนวโน้มที่จะรวมการคำนวณแบบขอบสำหรับการทำนายการเน่าเสียแบบเรียลไทม์และการรวมเข้ากับระบบนิเวศของสมาร์ทโฮมสมาร์ทเพิ่มบทบาทของตู้เย็นในการจัดการอาหารอย่างยั่งยืน