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手头有台二手容声双开门冰箱，冷冻+冷藏工作稳定，可谓夏日必备。
偶然间想测试下其工况，和东北阳台比对一二，于是就搭建了这么套基于蓝牙的测温系统，今来分享之。
【原理】
连续测试一段时间内冰箱的温度变化（工况），可以了解其工作原理、状况，大致判定是否有问题。
测试冰箱温度自然不能开门来搞，拖个细长数据线也显得不专业。因而嵌入式测试有两个思路：
①现场存储+事后回放；②无线数传+电脑存储。
事后回放的方案之前做风筝高度计时就用过了，当时还和坛友讨论了不少数传的方案：
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=245770
这次冰箱温度测试距离不远，考虑到整个系统复杂度，选择蓝牙串口（SPP）模块 JDY-31 无线数传。
在 Win10 系统下，笔记本直接通过内置蓝牙头连接 JDY-31 虚拟出本地串口，用串口助手即可稳定接收。
附上 JDY-31 中文手册：
【框架】
直接拿跳线把 JDY-31 插在 Arduino 上并不是我的风格，一来连接不可靠容易断线，
二来费劲搞出的东西基本是一次性的，下次再做同类实验还得重新插接，浪费精力。
索性就做一套 JDY-31 的蓝牙扩展板，一劳永逸解决 Arduino 类似的无线数传。
Arduino 本身有两个串口角色：①PC端USB串口，②MCU端UART串口，
蓝牙串口需要作为第三个角色与上述两个互联，玩过 Arduino 的想必都经历过电平干扰的绝望。
因而需要增加一个 JDY31 到 Arduino 间的桥接中继，框架如下：
选择 STC 是因为懒，手头刚好有这个玩意，另一方面 51 的弱上拉兼容性非常好，
既可以兼容蓝牙串口的 3.3V 电平，又可以在 UNO 冲突时避免强上拉带来的干扰。
桥接器有三种工作模式：
a. 离线模式：用于在 USB-MCU 通信时断开蓝牙串口干扰，例如更新 Arduino 固件；
b. PC 主机模式：此时蓝牙串口与 USB 互通，可以通过 PC 调试 JDY-31；
c. MCU主机模式：此时蓝牙串口与 MCU 互通，用于嵌入式工作，例如此次测温。
【硬件】
STC15W104 有六个GPIO，正好全部分配：两组串口占4个，余下2个检测并指示UNO状态。连线原理图如下：
焊接前用 CAD 走一下线避免混乱：
完工效果如下，正面：
背面：
插上 STC，UNO 连接笔记本：
由于是嵌入式系统，必须考虑供电问题，这里使用一块 800mAh 锂电堆叠板进行供电：
【软件】
这次的软件需要分两个单元：STC 桥接器使用 KEIL 编写，UNO 端就是 Arduino IDE.
STC 桥接器主要功能就是识别 UNO 状态（下载/PC通信/UNO通信），然后模拟 GPIO 桥接。
编写环境是 KEIL 经典的“礦ision”版本：
UNO 端并没有什么特别之处，无非就是调用 DS18B20 驱动，然后串口发送测试结果。
串口数据（Serial）经过桥接器、蓝牙串口自动转发到 PC 端：
由于是电池供电，因而增加电池检测功能。串口除了温度，还同步发送电池电压供后期回溯。
附上各路固件及源码：
STC桥接器：
UNO采集器：
【实测#1：冷藏层】
第一把测试位于冰箱冷藏区，系统通电连上蓝牙后直接放在冷藏托盘上。
笔记本位于隔壁房间，因而蓝牙穿透了冰箱外壳 + 单层墙壁，实测信号稳定。
实验时间为下午 14:00 至第二天早晨 8:00，总计约 18 小时，平均电流 45mA.
采样间隔约为 2.5s，包含实时温度、电压，时间基准使用 PC 端计时，最终形成图线：
图像中蓝色为实时温度，可以看到开门取菜对温度影响明显，压缩机周期性通断工作。
在大约 15h 的工作周期当中，压缩机工作了约 10.5h，占空比大约 70%.
另一方面红色电压曲线，显示了最终蓝牙断线的原因：电池耗尽。
从最开始的 4.2v 一直工作到 2.8v 低压保护，电池续航了约 18h 并触发低压保护。
按照 800mAh 容量计算，平均电流大约 45mA，这与蓝牙单元基本吻合。
【实测#2：控温损坏】
第二把测试是用了一阵子后，冰箱因为冷凝水原因，温控器损坏了（无法断开）。
在新买的温控器到货之前，测试了一把 24h 满载工作的状态，相当于最大能力制冷。
这次测温系统先丢进冷冻室，一段时间后转移回冷藏室。冷冻室里即将接受低温考验的系统：
采集方式与前一次测试相同，2.5s间隔蓝牙发包，隔壁笔记本接收并存储。曲线如下：
低温时锂电池衰减的很快，为防止冻没电，冷冻室仅仅待了大约 1 小时。
从电压曲线（红）来看，随着温度上升，锂电池的确在一定程度上“回血”。
最后温度曲线（蓝）显示，冷藏室大约 -4℃，冷冻室大约 -24℃，在压缩机满载工作下此成绩不错。
整套系统（Arduino、STC、蓝牙JDY31、软包锂电、焊锡）全都承受住了 -24℃ 的低温考验，
低温环境、温度阶跃环境都未对硬件造成实质性伤害，质量可靠。
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以上，使用 JDY31 蓝牙串口连接 UNO，配合 18B20 测试了电冰箱动态温度工况。
蓝牙模块以单元板形式，由 STC15W104 完成串口桥接；系统由锂电池供电，可穿墙通信。
整机在温度测试区间（-24℃ ~ +26℃）工作正常，数传可靠。
最终确认冰箱恒温原理为温控器 PWM 开关控制，工作周期大约 15h.
最后祝大家折腾愉快！
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雷达卡
发表于 2021-5-25 21:03:44
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千斤顶
发表于 2021-5-25 21:18:59
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