耿建平，周凡力

（桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林 541004）

空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)器，是為空間區(qū)域（一般為密閉）提供處理空氣的機(jī)組。它的功能是對(duì)該房間（或封閉空間、區(qū)域）內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足人體舒適或工藝過(guò)程的要求。

空調(diào)基本上已經(jīng)是人們生活中的必須品，其更新?lián)Q代也很快。因此在開發(fā)系統(tǒng)的時(shí)候需要有一套完整的方案，且開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品要有很強(qiáng)的拓展性，方便功能模塊的添加和系統(tǒng)移植。

1 空調(diào)功能分析

大部分民用空調(diào)分為掛機(jī)和柜機(jī)兩種機(jī)型，無(wú)論是哪一種機(jī)型都有室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩個(gè)機(jī)體。空調(diào)有兩種基本系統(tǒng)：?jiǎn)卫湎到y(tǒng)和冷熱兩用系統(tǒng)。詳細(xì)區(qū)分又有如下一些基本功能：

（1）制冷、制熱（單冷機(jī)不具備）、除濕、風(fēng)速和風(fēng)向控制功能。這是系統(tǒng)的最基本功能，是構(gòu)成空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

（2）空氣清理功能。此功能是空調(diào)發(fā)展的產(chǎn)物，將空氣清理器的功能集中到了空調(diào)中，主要作用是凈化室內(nèi)環(huán)境，排除空氣中的有害物質(zhì)。

（3）數(shù)據(jù)采集功能。作為空氣調(diào)節(jié)器，必須有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)才能夠準(zhǔn)確地把握調(diào)節(jié)的力度，此功能是系統(tǒng)完成各種運(yùn)作的根本。

（4）信號(hào)接收與顯示功能。該功能是用戶控制系統(tǒng)的途徑。

2 空調(diào)系統(tǒng)工藝要求

空調(diào)系統(tǒng)要求要有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種運(yùn)行模式?！白詣?dòng)”模式下系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)空氣的情況判斷運(yùn)行方式，整個(gè)過(guò)程不需要用戶的命令，系統(tǒng)將自動(dòng)把室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)到最佳；如果用戶對(duì)“自動(dòng)”模式下調(diào)節(jié)的結(jié)果并不滿意，希望系統(tǒng)按照自己的意愿運(yùn)行，則可以運(yùn)用“手動(dòng)”模式來(lái)操作系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)除電機(jī)保護(hù)運(yùn)行方式外的所有運(yùn)行都按照用戶的命令進(jìn)行。在任一時(shí)刻，系統(tǒng)只能工作在一種模式下。系統(tǒng)中的電機(jī)都是相互配合的，不能孤立出來(lái)運(yùn)行在另一種模式下，當(dāng)系統(tǒng)中的基本電機(jī)設(shè)備（例如：壓縮機(jī)、四通閥、溫度傳感器等）出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)要停止運(yùn)行；如果是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的基本功能運(yùn)行無(wú)阻礙的輔助設(shè)備出現(xiàn)故障（例如：顯示器，蜂鳴器等），系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。

3 分析方案

要完成一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要有一套完善、可行、細(xì)致的設(shè)計(jì)方案，方案中要明確系統(tǒng)功能、服務(wù)對(duì)象，充分考慮到用戶要求和產(chǎn)品的針對(duì)性。根據(jù)產(chǎn)品需要規(guī)劃出一套適合的硬件與軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，方案描述要明確、簡(jiǎn)潔、易懂[1]。

面向?qū)ο蠓治龇椒ㄊ乾F(xiàn)在工程中使用最為廣泛的分析方法，無(wú)論是從認(rèn)識(shí)論的角度還是與傳統(tǒng)的分析方法相比較，都有它顯著的優(yōu)點(diǎn)，因此選用面向?qū)ο蠓治龇椒o(wú)疑是最適合的[2]。

一個(gè)完整的空調(diào)系統(tǒng)，首先要有能夠?qū)崿F(xiàn)功能的基本設(shè)備（例如：壓縮機(jī)、四通閥、風(fēng)機(jī)等），雖然種類比較多，但是在控制上的基本邏輯大多大同小異，因此運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒◤倪@一系列的設(shè)備中抽象出一個(gè)類，并將其定義為“電機(jī)類”。電機(jī)類都有統(tǒng)一的屬性，在操作上可以采用統(tǒng)一的命令來(lái)控制不同的電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電機(jī)控制方式一致化。其次，要使電機(jī)配合運(yùn)轉(zhuǎn)需要一個(gè)完整的控制體系和保護(hù)體系，而控制體系和保護(hù)體系同樣有著對(duì)象的特點(diǎn)，例如壓縮機(jī)被選中后，經(jīng)過(guò)保護(hù)時(shí)間然后啟動(dòng)、運(yùn)行、關(guān)閉，以及壓縮機(jī)啟動(dòng)后某個(gè)電機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)運(yùn)作等。同樣運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒ǔ橄蟪鲱悾嚎刂祁惡捅Ｗo(hù)類。將與控制系統(tǒng)運(yùn)作相關(guān)的控制都集中在控制類中，而與系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)相關(guān)的控制都集中在保護(hù)類中。在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，控制類與保護(hù)類并不會(huì)直接作用在電機(jī)設(shè)備上，而是通過(guò)系統(tǒng)向設(shè)備對(duì)象發(fā)送指令來(lái)間接控制。如此與電機(jī)類一樣，控制類與保護(hù)類都由統(tǒng)一的命令來(lái)控制[3]。

根據(jù)以上分析可以得出一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)之前先要建立一個(gè)系統(tǒng)用例圖，用例建模是從用戶的角度描述系統(tǒng)功能，指出各個(gè)功能的操作者，實(shí)際上也就是規(guī)范了系統(tǒng)的功能模塊。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期進(jìn)行用例建模是十分必要的，因?yàn)樗転槌绦蜓邪l(fā)提供約束和準(zhǔn)繩[4]，可以確定系統(tǒng)的功能之間的關(guān)系空調(diào)系統(tǒng)用例圖如圖2所示。

圖2 空調(diào)系統(tǒng)用例圖

在圖2中可以看到當(dāng)用戶下達(dá)命令后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)命令進(jìn)行分析然后判斷得到運(yùn)行方案，這個(gè)過(guò)程屬于控制類；然后啟動(dòng)電機(jī)保護(hù)，其控制過(guò)程屬于保護(hù)類；最后電機(jī)運(yùn)作完成功能，此過(guò)程則屬于電機(jī)類，這個(gè)過(guò)程描述的是“手動(dòng)”模式，但“自動(dòng)”模式也只是少了用戶命令這一步，依然包括了功能判斷、保護(hù)措施和功能實(shí)現(xiàn)。

4 空調(diào)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以電機(jī)為基礎(chǔ)，由功能實(shí)現(xiàn)控制和電機(jī)保護(hù)兩種邏輯控制，也就是說(shuō)系統(tǒng)可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)是專門控制電機(jī)的基本部分，一個(gè)是用于判斷電機(jī)運(yùn)行方式和保護(hù)措施的邏輯判斷部分，因此在硬件上可以采用雙MCU的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件功能[5]，如圖3所示。

圖3 空調(diào)系統(tǒng)組件圖

這兩個(gè)MCU分別負(fù)責(zé)系統(tǒng)的兩個(gè)部分：操作面板和電源板。操作面板指用于判斷電機(jī)運(yùn)行方式和保護(hù)措施的邏輯判斷部分；電源板指專門控制電機(jī)的基本部分。兩個(gè)MCU通過(guò)相互之間通信來(lái)交換信息，如此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。然后在硬件的基礎(chǔ)上來(lái)完成軟件設(shè)計(jì)。

在軟件設(shè)計(jì)中要具體考慮到空調(diào)的功能，根據(jù)一款空調(diào)的開發(fā)說(shuō)明，本空調(diào)的主要功能有：制冷、制熱、除濕、空氣清理，此外還有很多的附加功能，例如定時(shí)、童鎖、調(diào)節(jié)風(fēng)速等。系統(tǒng)運(yùn)行接收到命令后如何反應(yīng)，這就需要功能判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后根據(jù)運(yùn)行模式來(lái)開啟電機(jī)保護(hù)功能，之后運(yùn)行電機(jī)。系統(tǒng)序列圖如圖4所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)明朗、易懂[6]。

圖4 系統(tǒng)序列圖

在 “自動(dòng)”模式下操作面板和電源板的工作序列不變。

以上設(shè)計(jì)方案已成功運(yùn)用于企業(yè)空調(diào)開發(fā)設(shè)計(jì)。面向?qū)ο蠓治龇椒ǖ氖褂檬拐麄€(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單，程序也不會(huì)出現(xiàn)雜亂的情況，分工清晰，工作量少效率高，而且易讀且維護(hù)起來(lái)更加簡(jiǎn)單。在同一系列的空調(diào)中往往是在某一個(gè)功能上有差別，采用面向?qū)ο蠓治龇椒ㄔO(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)有很強(qiáng)的移植性、再組合性且修改起來(lái)也非常方便，因此適合企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品時(shí)使用，可以大大節(jié)約開發(fā)的時(shí)間，提高效益，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有很廣闊的應(yīng)用前景。

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