朱天順 ，孟 浩 ，楊光明 ，董宇輝

（空軍預(yù)警學(xué)院雷達(dá)士官學(xué)校，湖北 武漢 430000）

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)已成為大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的標(biāo)配，其中定頻空調(diào)因價(jià)格便宜、制冷效果好、性價(jià)比高，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中大量使用?？照{(diào)已成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的必備裝置，與此同時(shí)，其故障率也相應(yīng)增多，空調(diào)修理學(xué)員迫切希望能夠掌握空調(diào)的工作原理，以便快速對(duì)空調(diào)電路系統(tǒng)進(jìn)行維修。本文以ATmega16單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一款農(nóng)業(yè)機(jī)械空調(diào)控制系統(tǒng)，全真模擬了空調(diào)器制冷、制熱運(yùn)行過(guò)程，該設(shè)計(jì)形象直觀、簡(jiǎn)單可靠，方便修理人員及開(kāi)發(fā)人員了解空調(diào)運(yùn)行過(guò)程，能夠較好地滿足教學(xué)和科研需要[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇以ATmega16單片機(jī)為核心的雙傳感器空調(diào)微電腦控制系統(tǒng)[2]?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、ATmega16控制器電路、溫度傳感器電路、紅外接收電路、驅(qū)動(dòng)電路和顯示部分等組成。ATmega16單片機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心，它能接收外部遙控器信號(hào)，并采集溫度傳感器的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、四通閥的運(yùn)行和停止，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的制冷、制熱效果[3]。

圖1 空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源電路

電源電路主要由交流電源和直流電源兩部分組成，其中交流電源為市電交流220 V，主要給變壓器、壓縮機(jī)、內(nèi)風(fēng)機(jī)、外風(fēng)機(jī)、四通閥等執(zhí)行元件提供電源。直流電源由交流降壓變壓器、橋式整流電路、濾波電容和集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成。直流電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后，最終會(huì)輸出+5 V、+12 V的直流電壓；其中+5 V電壓的要求較高，必須為穩(wěn)定電源，主要為單片機(jī)、溫度傳感器等供電；+12 V主要為反相器和繼電器供電[4]。

2.2 單片機(jī)主控電路

單片機(jī)主控電路以ATmega16為核心，該單片機(jī)是一款低功耗8位微控制器，價(jià)格便宜，編程簡(jiǎn)單[5]。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是該單片機(jī)內(nèi)置有8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器，無(wú)需外接A/D轉(zhuǎn)換芯片即可實(shí)現(xiàn)熱敏電阻分壓大小的采集。另外，帶有定時(shí)器及外部中斷，可實(shí)現(xiàn)紅外接收解碼；豐富的I/O資源，可靈活控制繼電器的吸合斷開(kāi)；片內(nèi)自帶512字節(jié)EEPROM，可存儲(chǔ)簡(jiǎn)單運(yùn)行數(shù)據(jù)。ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)僅需提供電源、晶振、復(fù)位電路即可正常工作。

2.3 溫度檢測(cè)電路

溫度檢測(cè)電路將溫度傳感器與固定電阻串聯(lián)，如圖2所示。溫度傳感器采用的是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度越高，阻值越小。ATmega16單片機(jī)的ADC輸入引腳采集固定電阻的分壓，傳感溫度過(guò)高，則ADC輸入端的電位高；傳感溫度過(guò)低，則ADC輸入端的電位低。單片機(jī)會(huì)將檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為當(dāng)前的室溫和管溫，作為輸出控制指令的依據(jù)[6]。

圖2 溫度檢測(cè)電路

2.4 紅外接收及應(yīng)急開(kāi)關(guān)電路

紅外接收電路主要通過(guò)紅外遙控接收器將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大濾波等處理后變成脈沖調(diào)制碼傳送給ATmega16單片機(jī)進(jìn)行處理分析，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)[7]。

應(yīng)急開(kāi)關(guān)電路主要由一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)和限流電阻構(gòu)成，當(dāng)按下應(yīng)急開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)觸發(fā)一個(gè)低電平信號(hào)，強(qiáng)制空調(diào)進(jìn)入自動(dòng)模式。此開(kāi)關(guān)一般在檢修時(shí)備用，不可長(zhǎng)期使用。紅外接收及應(yīng)急開(kāi)關(guān)電路圖，如圖3所示。

圖3 紅外接收及應(yīng)急開(kāi)關(guān)電路

2.5 驅(qū)動(dòng)電路

本空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路主要是由達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003反相器實(shí)現(xiàn)的。ULN2003輸入端接單片機(jī)引腳，輸出端接對(duì)應(yīng)的繼電器。這樣ATmega16單片機(jī)輸出的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器放大后，就可以驅(qū)動(dòng)控制內(nèi)外風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、四通閥的6個(gè)繼電器[8]。

2.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路

執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路如圖4所示，它主要根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的控制指令，通過(guò)繼電器的通斷來(lái)控制壓縮機(jī)、外風(fēng)機(jī)、四通閥工作并調(diào)節(jié)內(nèi)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。其中，壓縮機(jī)、內(nèi)外風(fēng)機(jī)的副繞組均需要串聯(lián)啟動(dòng)電容[9]。

圖4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件部分如圖5所示，主要包括程序初始化、紅外信號(hào)處理、應(yīng)急按鍵處理、溫度數(shù)據(jù)采集、主功能處理、數(shù)據(jù)顯示等模塊[10]。

圖5 主程序

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待外部遙控輸入或者應(yīng)急按鍵動(dòng)作，如有開(kāi)機(jī)信號(hào)，則進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，讀取熱敏電阻的分壓大小，轉(zhuǎn)換為當(dāng)前的室溫、管溫，再送至主功能處理子程序。主功能處理子程序流程如圖6所示，主要判斷空調(diào)的工作模式，分為自動(dòng)模式、制冷模式、制熱模式以及風(fēng)速調(diào)節(jié)模式。自動(dòng)模式下，當(dāng)室溫大于等于23 ℃時(shí)空調(diào)進(jìn)入制冷狀態(tài)，小于23 ℃時(shí)進(jìn)入制熱狀態(tài)[11]；制冷模式下，室溫高于設(shè)定溫度時(shí)，控制相應(yīng)繼電器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，內(nèi)外風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始制冷，室溫低于設(shè)定溫度后，停止制冷；制熱模式下，室溫低于設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)、內(nèi)外風(fēng)機(jī)、四通閥開(kāi)始制熱，室溫高于設(shè)定溫度后，停止制熱；風(fēng)速調(diào)節(jié)模式下，可以根據(jù)設(shè)置的風(fēng)速，控制抽頭風(fēng)機(jī)工作于高、中、低三種風(fēng)速狀態(tài)。

圖6 主功能處理子程序

4 結(jié)語(yǔ)

本文將廣泛使用的ATmega16單片機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械空調(diào)設(shè)備的控制核心，設(shè)計(jì)出的軟硬件簡(jiǎn)單可靠且性價(jià)比高，較好地實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備駕駛室的溫度采集，并能夠根據(jù)設(shè)定溫度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行和停止，調(diào)節(jié)駕駛室內(nèi)溫度并使其穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用性，對(duì)空調(diào)修理技術(shù)人員學(xué)習(xí)和掌握空調(diào)控制原理具有重要意義。但是，本控制系統(tǒng)還存在以下不足之處：一是內(nèi)風(fēng)機(jī)采用的是抽頭風(fēng)機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，噪聲有點(diǎn)大；二是未實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻壓縮機(jī)的控制，因此后續(xù)還可以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和完善。