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        掛壁式空調(diào)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2014-06-09 03:28:56
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)

        邰 勇

        (江蘇春蘭制冷設(shè)備股份有限公司,江蘇泰州225300)

        掛壁式空調(diào)是一種調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境空氣溫度、濕度、潔凈度和空氣流速的家用電器[1]。其主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、換向閥和室內(nèi)外風(fēng)扇構(gòu)成(如圖1所示)

        圖1 掛壁式空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

        由于家用空調(diào)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈,而大部分用戶對(duì)空調(diào)的要求是簡(jiǎn)單、可靠,能夠制冷、制熱即可。所以開發(fā)一款成本低、功能全、運(yùn)行可靠的控制器,將極大提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

        1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        本文基于ST單片機(jī)(STM8S005C6)設(shè)計(jì)了掛壁式空調(diào)的控制部分,該部分主要通過(guò)紅外遙控接收,設(shè)定機(jī)組的運(yùn)行模式,然后通過(guò)采樣室內(nèi)環(huán)境溫度,并與用戶設(shè)定溫度比較來(lái)決定壓縮機(jī)的開停,同時(shí)控制室內(nèi)外風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制冷、制熱運(yùn)行。

        1.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

        掛壁式空調(diào)主要完成LED屏顯示,紅外遙控的接收,室內(nèi)PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)、室內(nèi)環(huán)境溫度、蒸發(fā)器溫度及冷凝器溫度的A/D采樣以及壓縮機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、電加熱的驅(qū)動(dòng)(如圖2所示):

        1.2 LED顯示屏顯示

        圖2 掛壁式空調(diào)控制框圖

        為向用戶提供友好的人機(jī)界面,本文使用一LED顯示屏將用戶的設(shè)定模式、設(shè)定溫度及壓縮機(jī)運(yùn)行標(biāo)記、化霜標(biāo)記等顯示出來(lái),顯示屏采用3×8掃描的動(dòng)態(tài)顯示,因此需使用11路IO口,但出于成本控制的考慮,本文選擇了價(jià)格低廉,引腳資源有限的STM8S005C6單片機(jī),所以本文使用一74HC164芯片擴(kuò)充了IO口資源,如此只需使用5路單片機(jī)IO口資源,即可實(shí)現(xiàn)3×8掃描的動(dòng)態(tài)顯示[2](如圖3所示)。

        本文所用LED顯示屏為共陽(yáng)極顯示屏,共3段(COM1、COM2、COM3)。程序每隔1毫秒先將COM1、COM2、COM3引腳清零,然后通過(guò)控制74HC164的A、B和CLK引腳,將顯示的內(nèi)容串行傳送到LED顯示屏的D0~D7引腳,最后將顯示內(nèi)容對(duì)應(yīng)的COM引腳置+5V電平,如此循環(huán),顯示內(nèi)容即可動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)。3段顯示屏的掃描周期為3毫秒,不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

        圖3 顯示原理圖

        1.3 紅外遙控接收

        紅外遙控已在家電產(chǎn)品中得到廣泛使用,本文使用的紅外接收探頭為HS0038,該探頭接收到38KHz的紅外信號(hào)后,輸出低電平,否則輸出高電平。其輸出碼由單片機(jī)的輸入引腳PE2捕獲識(shí)別。外圍電路見圖4。

        圖4 遙控接收原理圖

        遙控器發(fā)射的紅外信號(hào)經(jīng)HS0038解碼后,輸出高低電平脈寬不同的串行碼。以高電平0.565ms、低電平0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”;以高電平0.565ms、低電平1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”;以高電平 9ms、低電平 4.5ms、周期為13.5ms的組合表示引導(dǎo)碼[3]。波形如圖5所示。

        圖5 HS0038解碼后的遙控碼

        1.4 PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)

        室內(nèi)風(fēng)速的變化通過(guò)驅(qū)動(dòng)PG電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)(PG電機(jī)是指電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制,而不是由繼電器來(lái)控制的電機(jī))。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)電源的過(guò)零點(diǎn),控制可控硅的導(dǎo)通角,從而控制PG電機(jī)的輸入電壓,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)風(fēng)速的調(diào)節(jié)。因成本控制的需要,此處省去了PG電機(jī)霍爾反饋部分,因此室內(nèi)每檔風(fēng)速均對(duì)應(yīng)固定的可控硅導(dǎo)通角。

        圖6給出了電源零點(diǎn)檢測(cè)及可控硅驅(qū)動(dòng)部分的原理圖。變壓器輸出電壓經(jīng)過(guò)全波整流、分壓后,通過(guò)三極管輸入給單片機(jī)的捕獲引腳PD5,經(jīng)過(guò)程序處理后,通過(guò)PD3引腳輸出觸發(fā)脈沖,再通過(guò)光耦控制晶閘管導(dǎo)通角,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)速的控制[4]。

        圖6 零點(diǎn)檢測(cè)及PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖

        2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        本文掛壁式空調(diào)控制部分的軟件采用C語(yǔ)言編寫,按模塊化實(shí)現(xiàn)機(jī)組的各項(xiàng)功能。實(shí)時(shí)根據(jù)用戶的遙控設(shè)定運(yùn)行制冷、制熱等功能。

        2.1 主程序框圖

        主程序框圖見圖7。

        2.2 顯示模塊

        顯示模塊每隔1ms調(diào)用一次,首先取得顯示字節(jié),然后清零74HC164的CLK引腳,再移位顯示字節(jié),將移位值賦值給74HC164的A、B引腳,最后將CLK引腳置高電平,如此反復(fù)8次,即可將顯示字節(jié)移位到74HC164的輸出引腳。具體流程見圖8。

        圖7 主程序框圖

        圖8 顯示模塊流程圖

        圖9 遙控接收中斷檢測(cè)流程圖

        2.3 遙控接收模塊

        遙控接收需配置PE2引腳為下降沿觸發(fā)中斷,在接收遙控信號(hào)時(shí),計(jì)算兩次下降沿中斷的時(shí)間差為脈寬,當(dāng)12ms<脈寬<15ms時(shí),接收的是引導(dǎo)碼,當(dāng)1.68ms<脈寬<2.8ms時(shí),接收的是數(shù)據(jù)1,當(dāng)脈寬為0.5ms<脈寬<1.68ms時(shí),接收的是數(shù)據(jù)0。具體中斷檢測(cè)流程見圖9。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本產(chǎn)品通過(guò)采用單片機(jī)實(shí)時(shí)控制,實(shí)現(xiàn)了按用戶遙控指令實(shí)時(shí)顯示并運(yùn)行制冷、制熱等功能,使空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定工作于最佳狀態(tài),極大提高了系統(tǒng)的可靠性、舒適性。提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。投放市場(chǎng)后,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

        [1]黃浴梅.家用空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù),2012,(8):67-71.

        [2]胡仁杰.LED數(shù)碼顯示器顯示閃爍的消除[J].電子測(cè)量技術(shù),1994,(4):1-4.

        [3]樊慶偉,許峰.紅外遙控接收與單片機(jī)識(shí)別技術(shù)[J].信息技術(shù),2000,(5):6,17.

        [4]閆愛軍,范海明,周鈞.基于Atmega16的PG電機(jī)調(diào)速[J].艦船防化,2010,(4):24-26.

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