交流變頻空調(diào)器的設(shè)計(jì)

1、.PAGE . 摘要變頻空調(diào)由于性能優(yōu)異、節(jié)省能源等特點(diǎn)，逐漸成為各大空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)的開展方向，變頻技術(shù)也日漸得到各個(gè)廠家的重視。變頻空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)在于高效節(jié)能，起動(dòng)電流小，工作噪音低，溫度控制精度高，能夠創(chuàng)造更舒適的房間溫控環(huán)境。同時(shí)，采用無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)，能效比高，使用壽命大大延長(zhǎng)。本文從硬件軟件兩方面著手進(jìn)展直流變頻空調(diào)室、室外系統(tǒng)的綜合研究設(shè)計(jì)，提出了性能指標(biāo)和功率指標(biāo)，規(guī)劃了空調(diào)系統(tǒng)的整體框架?？照{(diào)室外控制系統(tǒng)室外機(jī)控制器選用智能功率模塊和單片機(jī)組成整個(gè)系統(tǒng)，用智能功率模塊IPM替換分立元件搭成的逆變橋，由CPU獨(dú)立控制壓縮機(jī)運(yùn)行、溫度采樣、電子膨脹閥驅(qū)動(dòng)、室外機(jī)風(fēng)機(jī)調(diào)速、四通閥驅(qū)動(dòng)

2、、電壓電流采樣以及各種保護(hù)電路。針對(duì)無刷直流壓縮機(jī)空調(diào)選用MOTOROLA公司的M68HC908MR4，帶有獨(dú)立PWM模塊，能輸出三組互補(bǔ)PWM信號(hào)，并有4路中斷捕獲口，用于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)捕獲，使空調(diào)室外控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)潔、高效、可靠性高。 室機(jī)系統(tǒng)以Microchip公司的高檔8位單片機(jī)PIC18F4550為核心，結(jié)合硬件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)而成。使用PIC18F4550單片機(jī)的CCP模塊功能，實(shí)現(xiàn)了遙控器信號(hào)的接收以及基于三端雙向可控硅TLP3526的PG電機(jī)調(diào)速；利用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊功能，實(shí)現(xiàn)了室溫度和盤管溫度的采集。室機(jī)與室外機(jī)采用半雙工異步通訊，使用了PIC18F4550單片機(jī)集成的增強(qiáng)型通

3、用同步/異步收發(fā)器EUSART模塊。保證了室、外機(jī)通訊的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：變頻空調(diào)，PIC18F4550，M68HC908MR24，通訊ABSTRACTBecause of the e*cellent performance and the energy saving，the inverter air- condition bees the main leading product of most air-condition manufacturer. The inverter technology is more and more valuable for each factory. The

4、advantage of inverter air-condition lies on the high efficiency, high precision of temperature control, low startup current and low noise. Furthermore, using brushless DC motor as the pressor can get high efficiency and long life span.The paper takes hardware design and software design into account

5、to make the control system of the outdoor unit and indoor unit of the inverter air-condition. In this Paper works out its own feature inde* and efficiency inde*, and also design the whole scheme of the air-condition system.The controller of the outdoor control system is made up of IPM and microputer

6、. In the system ,IPM works as the inverter. CPU of the outdoor unit independently controls the work of the pressor, the temperature sampling circuit , the driver of A and B throttle, the timing of outdoor fan, driver of 4-way valve, the voltage and current sampling circuit, the munication between th

7、e indoor unit and the outdoor unit ,and so on. According to the brushless DC pressor ,the paper chooses the Motorola CPU, M68HC908MR24, which has PWM module, can also insert the dead-time automatically, and has four capture interrupts which can be used to capture the signal of position of the rotor.

8、 During the e*periments, the pressor works smoothly, and has a wide speed span.In the design of indoor-system, we use PIC18F4550 which is produced by Microchip pany as its core. It is developed in terms of the characters of both the hardware and the software involved. We realize the receiving of rem

9、ote devices signals and the speed-adjustment of PG motor which is based on TRIAC with the MCUs CCP module. We also carry out the collection of temperature with the MCUs A/D conversion module. Using the MCUs EUSART module, we realize the semi-duple* asynchronous munication.The indoor unit and the out

10、door unit use half-duple* asynchronous munication, use the PIC18F4550 microcontroller integrated enhanced universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter (EUSART) module. Ensure that the Interior, the accuracy of e*ternal munication.Key Words: inverter air-condition, PIC18F4550, M68HC908MR24

11、, munication. 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2639704081緒論 PAGEREF _Toc263970408 h 1HYPERLINK l _Toc2639704091.1課題的背景 PAGEREF _Toc263970409 h 1HYPERLINK l _Toc2639704101.2變頻空調(diào)國(guó)外現(xiàn)狀及開展趨勢(shì) PAGEREF _Toc263970410 h 2HYPERLINK l _Toc2639704111.2.1變頻技術(shù) PAGEREF _Toc263970411 h 2HYPERLINK l _Toc2639704121.

12、2.2變頻空調(diào)技術(shù)的起源及其特點(diǎn) PAGEREF _Toc263970412 h 5HYPERLINK l _Toc2639704131.2.3變頻空調(diào)技術(shù)的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc263970413 h 5HYPERLINK l _Toc2639704141.2.4變頻空調(diào)技術(shù)的缺乏和開展趨勢(shì) PAGEREF _Toc263970414 h 7HYPERLINK l _Toc2639704151.3變頻空調(diào)根本原理和構(gòu)造 PAGEREF _Toc263970415 h 8HYPERLINK l _Toc2639704162變頻空調(diào)室機(jī)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc263970416

13、 h 11HYPERLINK l _Toc2639704172.1變頻空調(diào)室機(jī)概述 PAGEREF _Toc263970417 h 11HYPERLINK l _Toc2639704182.2控制器單元PIC18F4550 PAGEREF _Toc263970418 h 13HYPERLINK l _Toc2639704192.3室機(jī)系統(tǒng)各單元的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc263970419 h 15HYPERLINK l _Toc2639704202.3.1室機(jī)供電單元 PAGEREF _Toc263970420 h 15HYPERLINK l _Toc2639704212.3.2紅外通訊

14、單元 PAGEREF _Toc263970421 h 16HYPERLINK l _Toc2639704222.3.3室風(fēng)機(jī)控制單元 PAGEREF _Toc263970422 h 18HYPERLINK l _Toc2639704232.3.4風(fēng)門電機(jī)控制單元 PAGEREF _Toc263970423 h 23HYPERLINK l _Toc2639704242.3.5溫度采集單元 PAGEREF _Toc263970424 h 26HYPERLINK l _Toc2639704252.3.6液晶屏顯示單元 PAGEREF _Toc263970425 h 30HYPERLINK l _To

15、c2639704263變頻空調(diào)室外機(jī)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc263970426 h 35HYPERLINK l _Toc2639704273.1空調(diào)室外機(jī)系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc263970427 h 35HYPERLINK l _Toc2639704283.2變頻控制專用微處理器及功率模塊 PAGEREF _Toc263970428 h 37HYPERLINK l _Toc2639704293.2.1變頻控制專用微處理器 PAGEREF _Toc263970429 h 37HYPERLINK l _Toc2639704303.2.2智能功率模塊 PAGEREF _Toc2

16、63970430 h 38HYPERLINK l _Toc2639704313.3室外機(jī)各控制單元的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc263970431 h 40HYPERLINK l _Toc2639704323.3.1設(shè)計(jì)外電源板硬件方案 PAGEREF _Toc263970432 h 40HYPERLINK l _Toc2639704333.3.2設(shè)計(jì)外控制板硬件方案 PAGEREF _Toc263970433 h 41HYPERLINK l _Toc2639704344室外機(jī)通信單元 PAGEREF _Toc263970434 h 47HYPERLINK l _Toc2639704354.

17、1硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263970435 h 47HYPERLINK l _Toc2639704364.2軟件實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc263970436 h 48HYPERLINK l _Toc2639704375總結(jié) PAGEREF _Toc263970437 h 53HYPERLINK l _Toc263970438參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc263970438 h 54HYPERLINK l _Toc263970439致 PAGEREF _Toc263970439 h 56HYPERLINK l _Toc263970440附錄 PAGEREF _Toc26397

18、0440 h 57. 1緒論1.1課題的背景近幾年，隨著人民生活水平的逐步提高，居住條件也越來越寬闊；另一方面，環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)的蓬勃開展，也要求進(jìn)一步提高制冷和空調(diào)系統(tǒng)的利用率。制冷空調(diào)設(shè)備的低效率用電是增加大氣溫室效應(yīng)的間接因素；此外，人們對(duì)舒適的生活品質(zhì)與環(huán)境越來越重視，要求也越來越高，不僅對(duì)室溫、濕度提出了較高的要求，也希望室環(huán)境趨于自然環(huán)境。并且，節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前極為緊迫的一項(xiàng)任務(wù)。為了順應(yīng)國(guó)家政策的號(hào)召，推動(dòng)社會(huì)開展節(jié)能降耗，緩解能源瓶頸制約，建立節(jié)能型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)開展，需大力推廣變頻節(jié)能技術(shù)。作為變頻技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品，變頻空調(diào)也逐步走入人

19、們的視線。我國(guó)變頻空調(diào)器起步于1994年左右，到現(xiàn)在有十多年的歷史，但開展速度仍比擬緩慢。2004年4月17日中國(guó)國(guó)務(wù)院開展研究中心在京召開了題為“變頻中國(guó)空調(diào)行業(yè)的新動(dòng)力的新聞發(fā)布會(huì)，強(qiáng)調(diào)變頻空調(diào)是當(dāng)前的開展方向。國(guó)空調(diào)業(yè)正處在一個(gè)從開展到成熟的轉(zhuǎn)變時(shí)期。變頻空調(diào)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適這兩個(gè)要求，因此變頻技術(shù)是在家用電器中實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新的重要途徑，在未來的開展中將扮演越累越重要的角色。中國(guó)變頻空調(diào)器正朝著有交流變頻向直流變頻轉(zhuǎn)變的時(shí)期，隨著能效標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，直流變頻空調(diào)將會(huì)有更大的開展1。變頻空調(diào)按運(yùn)行頻率可分為四代:第一代指運(yùn)行頻率從50赫茲到100赫茲；第二代指運(yùn)行頻率從30赫茲到100赫茲；第

20、三代指運(yùn)行頻率從15赫茲到120赫茲；第四代指運(yùn)行頻率從10赫茲到130赫茲。在這四代變頻空調(diào)技術(shù)中,業(yè)界將第一代稱為“假變頻,與普通的定頻空調(diào)沒有實(shí)質(zhì)性差異；第二代根本上是采用國(guó)外企業(yè)賣給中國(guó)的過時(shí)變頻技術(shù),低速性能差,運(yùn)行頻率最低才能到達(dá)30赫茲,低于30赫茲運(yùn)行就會(huì)停機(jī),室溫度波動(dòng)大,節(jié)能效果也并不顯著；第三代為目前行業(yè)最先進(jìn)的變頻技術(shù),運(yùn)行穩(wěn)定,控溫精準(zhǔn),舒適性高,節(jié)能效果強(qiáng),為少數(shù)日系企業(yè)掌握。第四代變頻技術(shù)在全球都仍處于研發(fā)階段。據(jù)全國(guó)冷凍空調(diào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、清華大學(xué)教授石文星介紹,當(dāng)前國(guó)市場(chǎng)流通的直流變頻空調(diào)大多為第二代變頻,其運(yùn)行頻率根本只能維持在30赫茲到100赫茲

21、。國(guó)唯一掌握第三代變頻核心技術(shù)的企業(yè)是格力,它的“GMatrik變頻技術(shù)能夠保證15赫茲穩(wěn)定運(yùn)行,大大提高了變頻空調(diào)的節(jié)能性、舒適性和可靠性,到達(dá)了國(guó)際先進(jìn)水平。2009年2月,“變頻之父美譽(yù)的日本大金與格力電器簽約合作,共同研發(fā)第四代變頻技術(shù),使空調(diào)壓縮機(jī)可以在10赫茲甚至更低的頻率下成功運(yùn)轉(zhuǎn)。而這兩家世界上最大的空調(diào)專業(yè)化企業(yè)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,有望推進(jìn)變頻技術(shù)在全球空調(diào)行業(yè)的普及和開展。1.2變頻空調(diào)國(guó)外現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)變頻技術(shù)通過改變交流電頻率的方式實(shí)現(xiàn)交流電控制的技術(shù)就叫變頻技術(shù)。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代后半期開場(chǎng)，電力電子器件從SCR(晶閘管)、GTO(門

22、極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)開展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶閘管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)，器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷開展。20世紀(jì)70年代開場(chǎng)，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWMVVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最正確。20世紀(jì)80年代后半期開場(chǎng)，美、日、德、英等興旺國(guó)家的VVVF變頻器已

23、投入市場(chǎng)并廣泛應(yīng)用。VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比擬顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流、，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流、(相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后

24、模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以到達(dá)理想分析的結(jié)果。1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的缺乏，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)構(gòu)造、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速開展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)

25、機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反響回電網(wǎng)，即不能進(jìn)展四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。2

26、0世紀(jì)70年代，家用電器開場(chǎng)逐步變頻化，出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)器、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等。20世紀(jì)90年代后半期，家用電器則依托變頻技術(shù)，主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。比方，要求具有高速高出力、控制性能好、小型輕量、大容量、高舒適感、長(zhǎng)壽命、平安可靠、靜音、省電等優(yōu)點(diǎn)。首先是電冰箱，由于它處于全天工作，采用變頻制冷后，壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài)，可以徹底消除因壓縮機(jī)起動(dòng)引起的噪聲，節(jié)能效果更加明顯。其次，空調(diào)器使用變頻后，擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作圍，不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制，到達(dá)降低電力消耗，消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來，

27、新式的空調(diào)器已采用無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，其節(jié)能效果較交流異步電動(dòng)機(jī)變頻又提高約1015。為了進(jìn)一步提高裝置的效能，近年來，日本的空調(diào)器又逐步從單純的PWM控制改為PWM+PAM混合控制方式。即較低速時(shí)采用PWM控制，保持Uf為一定；當(dāng)轉(zhuǎn)速大于一定值時(shí)，將調(diào)制度固定在最大值附近，通過改變直流斬波器的導(dǎo)通占空比，提高逆變器輸入直流電壓值，從而保持變頻器輸出電壓和轉(zhuǎn)速成比例，這一區(qū)域稱為PAM區(qū)。采用混合控制方式后，變頻器的輸入功率因數(shù)、電機(jī)效率、裝置綜合效率都比單獨(dú)PWM控制時(shí)有較大幅度的提高。近年來，新式的變頻冷藏庫(kù)不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化，而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)大幅度時(shí)快速冷凍；在洗衣

28、機(jī)方面，過去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制，提高洗凈性能，新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外，還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制容；電磁烹飪器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱，沒有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟峋植?，因此不但平安，還大幅度提高加熱效率，其工作頻率高于聽覺之上，從而消除了飯鍋振動(dòng)引起的噪聲；電飯堡得到的火力比電加熱器更強(qiáng)，而且利用變頻可以進(jìn)展火力微調(diào)，只要合理設(shè)計(jì)加熱感應(yīng)線圈，可得到任意的加熱布局，炊飯性能上了一個(gè)檔次；變頻微波爐利用高頻電能給磁控管必要的升壓驅(qū)動(dòng)，電源構(gòu)造小，爐空間更寬闊，新式微波爐能任意調(diào)節(jié)電力，并根據(jù)不同食品選擇最正確加熱方式，縮短時(shí)間，降低電耗；照明方面，熒光燈使用高頻照明，

29、可提高發(fā)光效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，無閃爍，易調(diào)光，頻率任意可調(diào)，鎮(zhèn)流器小型輕量。變頻技術(shù)正在給形形色色的家電帶來新的革命，并將給用戶帶來更大的福音。今后變頻技術(shù)還將隨著電力電子器件、新型電力變換拓?fù)潆娐?、濾涉及屏蔽技術(shù)的進(jìn)步而開展。變頻空調(diào)技術(shù)的起源及其特點(diǎn)1變頻空調(diào)器作為節(jié)能產(chǎn)品以其高技術(shù)、高性能而逐漸得到空調(diào)行業(yè)及用戶的關(guān)注。到2007年，變頻空調(diào)器以占日本市場(chǎng)的99%以上。在歐美等興旺國(guó)家，變頻空調(diào)的普及率也在70%以上。2“變頻空調(diào)是與傳統(tǒng)的“定頻空調(diào)相比擬而產(chǎn)生的概念。“變頻空調(diào)是可根據(jù)環(huán)境溫度，通過變頻器改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，依靠壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢調(diào)節(jié)制冷量，從而到達(dá)控制室溫的

30、目的。變頻空調(diào)器還有直流和交流之分。交流變頻是通過改變壓縮機(jī)輸入電流的頻率以到達(dá)改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)制冷劑流量，從而改變空調(diào)的制冷熱量，相應(yīng)地，電能消耗也隨之改變。而直流變頻其實(shí)不是變頻，而是通過改變壓縮機(jī)的直流無刷電機(jī)的輸入電壓來到達(dá)改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，器頻率并不改變，但習(xí)慣上稱之為變頻機(jī)。3“變頻空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)相比，具有快速制冷熱、節(jié)能、溫度控制準(zhǔn)確、電壓適應(yīng)圍寬等優(yōu)點(diǎn)。4自1997年中國(guó)第一臺(tái)變頻空調(diào)問世，盡管變頻技術(shù)帶動(dòng)了國(guó)產(chǎn)空調(diào)的升級(jí)換代，然而，目前國(guó)變頻空調(diào)的市場(chǎng)占有率也僅有10%左右。就變頻技術(shù)而言，交流變頻已經(jīng)逐漸淡出市場(chǎng)，先進(jìn)的正弦波直流變頻技術(shù)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器變頻控

31、溫技術(shù)與AVPWM空間矢量脈沖寬度調(diào)節(jié)控制技術(shù)等技術(shù)逐漸成為主流。變頻空調(diào)技術(shù)的現(xiàn)狀1變頻空調(diào)技術(shù)的開展階段 1按變頻壓縮機(jī)采用的控制方式來劃分，變頻空調(diào)經(jīng)過了交流變頻空調(diào)和直流變頻空調(diào)到全直流數(shù)字變頻空調(diào)再到數(shù)碼渦旋變頻空調(diào)等四個(gè)過程。2變頻空調(diào)的開展按壓縮機(jī)的自身構(gòu)造演變來劃分，經(jīng)歷了“單轉(zhuǎn)子變頻、“雙轉(zhuǎn)子變頻、“全直流數(shù)字變頻以及“數(shù)碼渦旋變頻等四個(gè)階段。3在電氣控制技術(shù)方面，主要分為如下三個(gè)階段eq oac(,1)傳統(tǒng)的交流變頻空調(diào)的變頻模塊采用PWM脈沖寬度控制調(diào)制方法。PWM技術(shù)是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。通過三極管的通斷，給壓縮機(jī)三相線圈

32、同時(shí)通電。采用的等寬度PWM變頻器，雖然具有扭矩大、靈敏度高的特點(diǎn)，但輸出電壓能力缺乏，制約了壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。eq oac(,2)PAM調(diào)制方式在空調(diào)器上的應(yīng)用。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation脈沖幅度調(diào)制縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的調(diào)制方式。直流變頻壓縮機(jī)為保持電機(jī)轉(zhuǎn)矩不變，必須使/為常數(shù)，轉(zhuǎn)速提高時(shí)，壓縮機(jī)輸入電壓應(yīng)按比例上升。PAM調(diào)制方式能在一樣電網(wǎng)輸入電壓的情況下，獲得較高的逆變器輸出電壓，因此在壓縮機(jī)低速圍沿用等寬度PWM調(diào)制方式，而在高速圍采用PAM高效、低噪的混合調(diào)制方式。目前家用直流變頻空調(diào)主要采用單PAM、單

33、PWM以及PAM加PWM這三種變頻方式。eq oac(,3)現(xiàn)在，越來越多直流變頻空調(diào)采用用于電機(jī)調(diào)速的DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。諸多全直流數(shù)字變頻空調(diào)就是采用了DSP變頻控溫技術(shù)與先進(jìn)的AVPWM控制技術(shù)，在全面提升整機(jī)控制反響速度與功率因素的根底上，準(zhǔn)確控制溫度波動(dòng)的大小，另外室外機(jī)采用了電壓補(bǔ)償，使系統(tǒng)能在150250V的超寬電壓和-15至60的超寬溫度圍正常運(yùn)行，適應(yīng)能力強(qiáng)。2最新的變頻空調(diào)技術(shù)綜上所述，目前最新的變頻空調(diào)技術(shù)為數(shù)字直流變頻空調(diào)技術(shù)，它采用直流無刷電機(jī)壓縮機(jī)，具有顯著的節(jié)能、低噪音和優(yōu)良的調(diào)速性能的特點(diǎn)。它采用的是數(shù)字處理的傳感器。傳感器是環(huán)境溫度與空調(diào)溫控系統(tǒng)對(duì)話的窗口

34、，將代表真實(shí)環(huán)境的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)展處理，準(zhǔn)確地控制壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可使溫控準(zhǔn)確到0.5圍，使室溫度始終處于一種近似恒溫狀態(tài)。它的室外風(fēng)扇電機(jī)也是直流數(shù)字電機(jī)，即采用數(shù)字脈沖控制的、轉(zhuǎn)速非常準(zhǔn)確的電機(jī)，在轉(zhuǎn)動(dòng)和改變轉(zhuǎn)速期間能夠?qū)崿F(xiàn)減速加速，可以保證風(fēng)機(jī)以最正確方式平穩(wěn)安靜地運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)防止了交流電機(jī)引起的交流噪音，大大降低了它的噪聲級(jí)。它采用的節(jié)流裝置用電子膨脹閥節(jié)流技術(shù)代替毛細(xì)管。在制冷劑方面，變頻空調(diào)由傳統(tǒng)的氟利昂制冷劑R22向環(huán)保制冷劑R410a轉(zhuǎn)換。變頻空調(diào)技術(shù)的缺乏和開展趨勢(shì)隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的開展，以及對(duì)節(jié)能和環(huán)保要求的不斷提高，變頻空調(diào)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的定頻空調(diào)是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)

35、。變頻空調(diào)技術(shù)的開展趨勢(shì)可以從以下幾個(gè)方面表達(dá)出來：1控制技術(shù)隨著技術(shù)的進(jìn)步變頻空調(diào)的控制將向智能化、集成化、可靠化的方向開展，而其控制的核心芯片也將越來越先進(jìn)。目前，變頻空調(diào)均采用DSP控制技術(shù)，大大提高了整機(jī)的控制性能。盡管直流變頻空調(diào)具有許多優(yōu)越性，但需要高品質(zhì)的速度檢測(cè)器和復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)，使其開展受到了一定限制?；诖?，可采用無速度傳感器矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)可以得到更好的性價(jià)比。如果將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制結(jié)合起來的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制來實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制可能意義更大。用DSP或CPU實(shí)現(xiàn)DTC系統(tǒng)的全數(shù)字化也是一個(gè)重要的開展方向。2制冷劑現(xiàn)在家用變頻空調(diào)普遍采用R22作

36、為制冷劑，技術(shù)力量比擬強(qiáng)的企業(yè)逐步采用R407C或R410A來代替R22。R410A與HCFC-22的各性能差異較大，壓力和制冷量均比HCFC-22大。因此，用R410A替代R22時(shí)，必須對(duì)壓縮機(jī)構(gòu)造進(jìn)展重新設(shè)計(jì)、材料應(yīng)選擇強(qiáng)度較高的耐磨材料，空調(diào)系統(tǒng)也有較大改動(dòng)，才能滿足R410a的制冷劑特性。由于R410A等HFC制冷劑分子中不含有親油性基氟原子的氫氟化碳構(gòu)成的物質(zhì)，因此，它不能與以往使用的礦物質(zhì)油親和，容易產(chǎn)生沉淀堵塞毛細(xì)管。所以，要保證冷凍機(jī)油與制冷劑良好的相容性，人們大多采用PEO油或AB油。這些都意味著再用R410A制冷系統(tǒng)來替代R22制冷系統(tǒng)還有很長(zhǎng)的路要走。3標(biāo)準(zhǔn)的制定制定全國(guó)

37、通用的規(guī)的變頻標(biāo)準(zhǔn)將是大勢(shì)所趨。4網(wǎng)絡(luò)化變頻空調(diào)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)主要是利用Internet的接口，通過線或光纜來傳輸控制信號(hào)，同時(shí)在變頻空調(diào)器上安裝信號(hào)接收器、信號(hào)傳輸器，將傳輸?shù)目刂菩盘?hào)接收，轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮餍盘?hào)來指導(dǎo)變頻空調(diào)的操作，同時(shí)變頻空調(diào)控制器信號(hào)又通過Internet顯示控制信號(hào)，從而到達(dá)對(duì)其進(jìn)展遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障診斷和控制軟件升級(jí)等功能。一些新型變頻空調(diào)產(chǎn)品開場(chǎng)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開放。通過選配的網(wǎng)絡(luò)控制器可實(shí)現(xiàn)千里之外的網(wǎng)絡(luò)遙控。1.3變頻空調(diào)根本原理和構(gòu)造空調(diào)器可以分為室機(jī)和室外機(jī)兩個(gè)局部。室機(jī)由蒸發(fā)器、室控制器、室風(fēng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等組成；室外機(jī)由壓縮機(jī)、冷凝器、四通閥、除霜電磁閥、毛

38、細(xì)管組、過濾器和室外控制器等組成。變頻空調(diào)的根本構(gòu)造如圖1.1所示。電源M二通閥四通閥電阻M控制器遙控?cái)?shù)字控制微機(jī)平波電容二極管濾波器顯示器傳感器壓縮機(jī)變頻器圖1.1變頻空調(diào)根本構(gòu)造其運(yùn)行模式為：房間空調(diào)的室局部裝備有室溫傳感器，并把設(shè)定溫度及運(yùn)行狀況等信息送給室外局部，室外局部通過分析此信息，了解溫差及室溫變化的時(shí)間等容然后運(yùn)算并指定壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的頻率。如果初始運(yùn)行時(shí)室溫與設(shè)定溫度溫差較大，則采取高頻率運(yùn)行模式；當(dāng)溫差變小時(shí)，則轉(zhuǎn)向低頻模式。如果室溫急劇變化，則控制頻率使其大幅變化，反之，使頻率小圍變化，控制壓縮機(jī)輸出平衡冷暖氣負(fù)載，以最短時(shí)間使室溫到達(dá)希望值?？照{(diào)器的制冷原理框圖如圖1.2

39、所示。室機(jī)和室外機(jī)通過制冷機(jī)連接收物流和供電通訊電纜信號(hào)流連接?？照{(diào)器通電后，制冷系統(tǒng)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。同時(shí)軸流風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽結(jié)為高壓液體。高壓液體經(jīng)過過濾器、節(jié)流毛細(xì)管降壓降溫后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量。同時(shí)貫流風(fēng)扇使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)展熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室。如此，室空氣不斷循環(huán)流動(dòng)，到達(dá)降低溫度的目的。壓縮機(jī)蒸發(fā)器 低溫低壓制冷劑氣體 熱 低溫 室高溫低壓 室外 高壓制冷劑 制冷劑液體 熱 氣體冷凝器節(jié)流機(jī)構(gòu) 高溫高壓制冷劑液體圖1.2制冷原理框圖空

40、調(diào)制熱的機(jī)理是令制冷機(jī)的流向發(fā)生改變，使其在室冷凝放熱，在室外蒸發(fā)吸熱。室機(jī)和室外機(jī)通過制冷機(jī)連接收物流和供電通訊電纜信號(hào)流連接，四通閥的導(dǎo)通方向決定了制冷劑的流動(dòng)方向?？照{(diào)室機(jī)的微處理器承受遙控器的信息，判定運(yùn)行的狀態(tài)，并且調(diào)整室風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)門葉片的角度，同時(shí)根據(jù)室的溫度和設(shè)定的溫度計(jì)算出壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息，通過室外機(jī)間的通訊線，傳送給室外機(jī)。室外機(jī)的微處理器根據(jù)室機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，室外風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，并且把當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息回傳給室機(jī)，從而完成系統(tǒng)的設(shè)定功能。眾所周知，我國(guó)的電網(wǎng)電壓為220V、50Hz，在這種條件下工作的空調(diào)稱之為“定頻空調(diào)。由于供電頻率不能改變，傳統(tǒng)的

41、“定頻空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速根本不變，依靠不斷地“開、停壓縮機(jī)來調(diào)整室溫度，其一開一停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。而與之相比，“變頻空調(diào)的變頻器可以改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。依靠壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢到達(dá)控制室溫的目的，室溫波動(dòng)小、電能消耗少，其舒適度大大提高。 變頻空調(diào)與定轉(zhuǎn)速空調(diào)器的主要區(qū)別是前者增加了變頻器。變頻空調(diào)的微處理器隨時(shí)收集室環(huán)境的有關(guān)信息與部的設(shè)定值比擬，經(jīng)運(yùn)算處理輸出控制信號(hào)。交流變頻空調(diào)的工作原理是把工頻電流轉(zhuǎn)換為直流電源，并把它送到功率模塊;同時(shí)功率模塊受微處理器送來的控制信號(hào)控制，輸出頻率可調(diào)的交變電源，使壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化作相應(yīng)的變化，從而

42、控制壓縮機(jī)的排量，調(diào)節(jié)制冷量或制熱量。直流變頻空調(diào)同樣把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并送至功率模塊，模塊同樣受微處理器送來的控制信號(hào)控制，所不同的是模塊輸出所受控的直流電源無逆變環(huán)節(jié)送至壓縮機(jī)的直流電機(jī)，控制壓縮機(jī)的排量，因此直流變頻空調(diào)更省電，噪聲更小。變頻空調(diào)的壓縮機(jī)由變頻電機(jī)拖動(dòng)，電源變頻器輸出頻率變化的交流電給電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)室制冷量的需要而連續(xù)變化，最終壓縮機(jī)的制冷量到達(dá)連續(xù)變化的自動(dòng)控制。為了配合制冷量的連續(xù)變化，制冷系統(tǒng)中采用了電子膨脹閥，由脈沖電機(jī)控制閥芯，快速控制進(jìn)入正發(fā)起的制冷劑流量。2變頻空調(diào)室機(jī)控制系統(tǒng)2.1變頻空調(diào)室機(jī)概述空調(diào)室機(jī)是空調(diào)器的核心局部，它負(fù)責(zé)

43、接收遙控器信號(hào)，采集溫度信息，控制室風(fēng)機(jī)和風(fēng)門電機(jī)，液晶屏顯示，與室外機(jī)進(jìn)展通信等功能。因此，我們可以將空調(diào)室機(jī)分為幾個(gè)功能模塊進(jìn)展介紹，室機(jī)的功能框圖如圖2.1所示6。室內(nèi)機(jī)供電單元空調(diào)室內(nèi)機(jī)微處理器 遙控器 通信單元 液晶屏室內(nèi)溫度傳感器 步進(jìn)電機(jī)蒸發(fā)器溫度傳感器 PG電機(jī) 圖2.1 室機(jī)功能框圖遙控器用于控制開關(guān)機(jī)工作、運(yùn)行模式的設(shè)定、溫度的設(shè)定、風(fēng)速風(fēng)向的設(shè)定等功能。室機(jī)系統(tǒng)通過紅外接收頭承受遙控器信息，從而控制各個(gè)執(zhí)行部件的運(yùn)行。通訊單元是室外機(jī)聯(lián)系的唯一通道，室機(jī)微處理器要通過該單元對(duì)室外機(jī)的執(zhí)行部件進(jìn)展控制，并把室機(jī)的相關(guān)信息通過該單元傳遞給室外機(jī)。室外機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作后，還要通

44、過該單元把相關(guān)信息反響給室機(jī)。室溫度傳感器和蒸發(fā)器溫度傳感器用來采集室和蒸發(fā)器的溫度，通過微處理器單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)展模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)溫度的采集。采集來的溫度與遙控器設(shè)定的溫度進(jìn)展比擬，對(duì)風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、壓縮機(jī)等做出相應(yīng)控制。液晶屏用來顯示各種信息，包括溫度、室風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)、壓縮機(jī)狀態(tài)、故障信息等。室風(fēng)機(jī)是室機(jī)的重要組成部件，通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)展熱交換，并將熱交換后變冷的空氣送向室。此室機(jī)系統(tǒng)中，室風(fēng)機(jī)使用的是PG電機(jī)，它可以根據(jù)遙控器的設(shè)置按照高、中、低三種不同風(fēng)速運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)是空調(diào)室機(jī)的風(fēng)門電機(jī)，它根據(jù)遙控器的設(shè)定控制風(fēng)門葉片的轉(zhuǎn)角，從而控

45、制風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)向。此室機(jī)系統(tǒng)使用的步進(jìn)電機(jī)是三相反響式步進(jìn)電機(jī)。此外，室機(jī)的供電單元為系統(tǒng)各器件的正常運(yùn)行提供了穩(wěn)定的工作電壓。供電單元的設(shè)計(jì)為整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了可靠保障。根據(jù)室機(jī)的構(gòu)造功能，室控制子程序主要分為室風(fēng)機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制、通訊控制、遙控器接收和其它輔助功能局部，只要空調(diào)系統(tǒng)上電，即使室機(jī)處于非工作狀態(tài)，整個(gè)程序也在正常運(yùn)行。室機(jī)控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖2.2所示，室機(jī)系統(tǒng)初始化后，首先進(jìn)入遙控器接收子程序，檢測(cè)是否接收到用戶開機(jī)信號(hào)，假設(shè)沒有開機(jī)信號(hào)，整機(jī)系統(tǒng)都處于靜止?fàn)顟B(tài)，繼續(xù)等待接收開機(jī)信號(hào)。當(dāng)接收開機(jī)信號(hào)后，室機(jī)首先根據(jù)目前遙控器設(shè)定的狀態(tài)開場(chǎng)啟開工作，并同時(shí)與

46、室外機(jī)進(jìn)展通訊。將接收的用戶要求和室A/D采樣溫度值、溫度變化率等參數(shù)傳給室外機(jī)，室外機(jī)通過控制策略程序處理輸入?yún)?shù)后，輸出系統(tǒng)目標(biāo)參量，并根據(jù)通訊協(xié)議將相應(yīng)參數(shù)再傳給室機(jī)，室機(jī)綜合接收到的室外機(jī)參數(shù)和遙控器接收參數(shù)對(duì)室風(fēng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)板和百葉窗的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)展調(diào)節(jié)，同時(shí)控制一些輔助功能的實(shí)現(xiàn)，并將系統(tǒng)工作狀態(tài)通過室直觀顯示。開場(chǎng)遙控器接收子程序室外風(fēng)機(jī)通信子程序風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)子程序驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)子程序室內(nèi)面板顯示子程序A/D檢測(cè)子程序輔助功能控制局部圖2.2 室機(jī)系統(tǒng)控制流程圖2.2控制器單元PIC18F4550本室機(jī)系統(tǒng)采用的微處理器單元為PIC18F4550單片機(jī)6。PC18F4550是一款采用

47、納瓦技術(shù)的高性能、增強(qiáng)型閃存單片機(jī)。該單片機(jī)具有優(yōu)惠的價(jià)格和出色的計(jì)算性能，同時(shí)還具有高耐久性和增強(qiáng)型閃存程序存儲(chǔ)器。納瓦技術(shù)：PIC18F4550單片機(jī)具有一系列能在工作時(shí)顯著降低功耗的功能。主要包括：eq oac(,1) 備用運(yùn)行模式：通過將Timer1或部振蕩電路作為單片機(jī)時(shí)鐘源，可使代碼執(zhí)行時(shí)的功耗大約降低90%。eq oac(,2) 多種空閑模式：?jiǎn)纹瑱C(jī)還可在其CPU核制止而外設(shè)仍然運(yùn)行的情況下工作。處于這些狀態(tài)時(shí)，功耗能降得更低，只有正常工作時(shí)的4%。eq oac(,3) 動(dòng)態(tài)模式切換：在器件工作期間可由用戶代碼調(diào)用功耗管理模式。多個(gè)振蕩器選項(xiàng)和特點(diǎn)：PIC18F4550單片機(jī)提供

48、12種不同的振蕩器選項(xiàng)，這些選項(xiàng)包括：eq oac(,1) 4種晶振模式，使用晶振或瓷諧振器。eq oac(,2) 4種外部時(shí)鐘模式，提供使用兩個(gè)引腳或一個(gè)引腳的選項(xiàng)。eq oac(,3) 1個(gè)部振蕩器模塊，提供一個(gè)8MHz時(shí)鐘和1個(gè)INTRC時(shí)鐘源以及6種用戶可選的時(shí)鐘頻率圍，共有8種時(shí)鐘頻率可供選擇。eq oac(,4) 一個(gè)鎖相環(huán)倍頻器，可用于高速晶振和外部振蕩模式，使時(shí)鐘速度到達(dá)4 MHz到8MHz。其他特性：eq oac(,1) 存儲(chǔ)器耐擦寫能力：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)EEPROM的增強(qiáng)型閃存單元經(jīng)測(cè)試，能經(jīng)受數(shù)千次擦、寫，程序存儲(chǔ)器最高可達(dá)100000次，EEPROM 最 高可達(dá)1000

49、000次。如果不刷新，數(shù)據(jù)保存期保守的估計(jì)在40年以上。eq oac(,2) 自編程性：這些器件能在嵌軟件控制下對(duì)各自的程序存儲(chǔ)空間進(jìn)展寫操作。通過使用位于受保護(hù)的引導(dǎo)模塊程序存儲(chǔ)器頂端中的引導(dǎo)加載子程序，應(yīng)用程序可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)自我更新。eq oac(,3) 擴(kuò)展的指令集：PIC18F4550單片機(jī)在PIC18指令集的根底上進(jìn)展了擴(kuò)展，添加了8條新指令和變址尋址模式。eq oac(,4) 增強(qiáng)型CCP模塊：在PWM模式下，該模塊提供1、2或4路調(diào)制輸出來控制半橋和全橋驅(qū)動(dòng)器。其他功能包括自動(dòng)斷電和自動(dòng)重啟。eq oac(,5) 增強(qiáng)型可尋址USART：次串行通信模塊可進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通信并支

50、持LIN總線協(xié)議。其他增強(qiáng)的功能包括自動(dòng)波特率檢測(cè)和分辨率更高的16位波特率發(fā)生器。當(dāng)單片機(jī)使用部振蕩器電路時(shí)，EUSART為與外界通信的應(yīng)用程序提供穩(wěn)定的通信方式，而不需要使用外部晶振也無需額外的功耗。eq oac(,6) 10位A/D轉(zhuǎn)換器：此模塊具備可編程采集時(shí)間，從而不必在選擇通道和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換之間等待一個(gè)采樣周期，因而減少了代碼開銷。eq oac(,7) 專用ICD/ICSP端口：這些器件包含一些不與其它單片機(jī)功能復(fù)用的編程引腳和調(diào)試引腳。選擇特定的封裝類型可以使用這些引。從上述的功能特點(diǎn)可以看出，該款單片機(jī)具有強(qiáng)大的功能和極低的功耗，完全滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。2.3室機(jī)系統(tǒng)各單元的實(shí)現(xiàn)

51、室機(jī)供電單元整個(gè)系統(tǒng)在工作時(shí)需要DC5V、DC12V、AC220V三種電壓，用于室風(fēng)機(jī)、主控板上的微控系統(tǒng)等的用電。室機(jī)主供電系統(tǒng)如圖2.3所示。圖2.3 主供電單元硬件原理圖 上述的主供電單元的設(shè)計(jì)，為整個(gè)空調(diào)室機(jī)系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的工作電源，保障了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。紅外通訊單元遙控器是我們對(duì)室機(jī)系統(tǒng)經(jīng)行控制的工具，對(duì)室機(jī)所有的控制命令都要通過遙控器發(fā)送，遙控器與室機(jī)之間的通訊使用紅外通訊實(shí)現(xiàn)。紅外數(shù)據(jù)一般采用紅外波段的近紅外線，波長(zhǎng)在0.75至25之間。紅外信號(hào)是通過遙控器上的紅外發(fā)射管發(fā)送出去的，為提高紅外編碼的穩(wěn)定性，采取調(diào)制編碼的方式，將編碼與一定頻率的信號(hào)調(diào)制，形成輸出波形，通過紅外發(fā)射

52、管發(fā)射。本系統(tǒng)中，遙控器信號(hào)的輸出是用編碼后的串行數(shù)據(jù)對(duì)38KHz的方波進(jìn)展脈沖幅度調(diào)整而產(chǎn)生的。如果直接對(duì)已調(diào)波進(jìn)展測(cè)量，由于單片機(jī)的指令周期是微秒量級(jí)，而已調(diào)波的脈寬只有20左右，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，因此先要對(duì)已調(diào)波進(jìn)展解調(diào)，對(duì)解調(diào)后的波形進(jìn)展測(cè)量。解調(diào)的過程是通過紅外接收管實(shí)現(xiàn)的，其根本工作過程為：當(dāng)接收到調(diào)制信號(hào)時(shí)，輸出高電平，否則輸出為低電平。圖2.4是室機(jī)系統(tǒng)紅外接收單元硬件原理圖，該單元使用紅外接收芯片RPM-638對(duì)遙控器發(fā)送的紅外信號(hào)進(jìn)展接收，接收頻率為38KHz它直接將38KHz調(diào)制信號(hào)解調(diào)為基帶信號(hào)，提供應(yīng)單片機(jī)CCP1引腳，單片機(jī)對(duì)其解碼后執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖2.4紅外接收

53、單元硬件原理圖PIC18F4550單片機(jī)根據(jù)遙控器發(fā)送的信號(hào)波形和信號(hào)數(shù)據(jù)構(gòu)造接收數(shù)據(jù)包，并把其中的數(shù)據(jù)命令局部解析出來，從而執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。PIC18F4550單片機(jī)具有兩個(gè)捕捉/比擬/PWMCCP模塊，使用它的CCP1引腳的輸入捕捉中斷功能來接收遙控器信號(hào)。通過配置CCP1CON存放器，使CCP1引腳上有事件發(fā)生時(shí)，CCPR1H：CCPR1L存放器對(duì)將捕捉TMR1或TMR3存放器的16位值。遙控器信號(hào)的接收使用CCP1引腳的輸入捕捉中斷，在輸入捕捉中斷里完成數(shù)據(jù)的解碼。數(shù)據(jù)解碼的流程如圖2.5所示。紅外通訊單元實(shí)現(xiàn)了遙控器信號(hào)的接收，通過該單元實(shí)現(xiàn)了人們對(duì)空調(diào)的控制。該單元軟硬件電路簡(jiǎn)單、

54、本錢低，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。標(biāo)志置位準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)接收到起始位標(biāo)志置位重新接收起始位 返回 依據(jù)捕獲值解碼允許接收 起始位已經(jīng)受到17個(gè)字節(jié) 數(shù)據(jù)校驗(yàn) 數(shù)據(jù)接收完畢設(shè)置標(biāo)志位 檢驗(yàn)錯(cuò)誤？ 讀出捕獲值 輸入捕獲中斷Y N N N Y YY N圖2.5數(shù)據(jù)解碼流程圖室風(fēng)機(jī)控制單元空調(diào)器的室風(fēng)機(jī)是整個(gè)室機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成單元，通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)展熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室，以實(shí)現(xiàn)空調(diào)的快速制冷或制熱，本系統(tǒng)的室風(fēng)機(jī)使用的是PG電機(jī)。PG電機(jī)是帶脈沖輸出的電機(jī)，是單相交流電動(dòng)機(jī)和速度傳感器相結(jié)合的電動(dòng)機(jī)，它可以分為電容感應(yīng)式和罩極式，在空調(diào)上通常使

55、用電磁感應(yīng)式的PG電機(jī)作為室風(fēng)機(jī)。電容感應(yīng)式電機(jī)有兩個(gè)繞組，即啟動(dòng)繞組和運(yùn)行繞組，兩個(gè)繞組在空間上相差90。在啟動(dòng)繞組上串聯(lián)了一個(gè)容量較大的電容器，當(dāng)運(yùn)行繞組和啟動(dòng)繞組通過單相交流電時(shí)，由于電容器的作用使啟動(dòng)繞組中的電流在時(shí)間上比運(yùn)行繞組的電流超前90角，先到達(dá)最大值。在時(shí)間和空間上形成兩個(gè)一樣的脈沖磁場(chǎng)，使定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)下生電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。PG電機(jī)是一種帶有霍爾元件的電機(jī)?；魻栐话惭b裝載電機(jī)的部，正常時(shí)，風(fēng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周，霍爾元件輸出一個(gè)或幾個(gè)脈沖信號(hào)。當(dāng)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，其輸出脈沖信

56、號(hào)頻率高；當(dāng)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，其脈沖輸出信號(hào)頻率低。輸出的脈沖信號(hào)被單片機(jī)采集，然后通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角從而調(diào)整PG電機(jī)的工作電壓，進(jìn)展風(fēng)速的自動(dòng)控制。PG電機(jī)的控制由過零檢測(cè)電路、脈沖反響檢測(cè)電路、可控硅控制電路三局部組成，圖2.6為室風(fēng)機(jī)控制電路硬件原理圖。交流電的過零點(diǎn)檢測(cè)輸入接到PIC18F4550的外部中斷INT2引腳，利用RB4口的電平變化中斷來檢測(cè)PG電機(jī)的轉(zhuǎn)速反響脈沖，利用CCP1引腳的脈寬調(diào)制PWM的輸出對(duì)可控硅進(jìn)展控制。過零檢測(cè)電路的作用是檢測(cè)交流電壓的過零點(diǎn)，為CPU提供一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)，以過零脈沖為時(shí)間零點(diǎn)計(jì)算可控硅的導(dǎo)通時(shí)間來控制加在PG電機(jī)上的平均電壓，從而控制PG電

57、機(jī)的轉(zhuǎn)速。在圖2.6所示的過零檢測(cè)電路中，AC220V經(jīng)過變壓器降壓后，在經(jīng)整流橋進(jìn)展全波整流，形成脈動(dòng)直流波形，經(jīng)電阻分壓后，在經(jīng)過電容濾波，濾去高頻局部。當(dāng)V1的電壓高于0.7V時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，V2電壓被拉低；當(dāng)V1的電壓低于0.7V時(shí)，三極管Q1截止，V2電壓被拉高。由于三極管在大局部時(shí)間是導(dǎo)通的只有極短的時(shí)間是截止的，因此就在PIC18F4550的INT2引腳上形成一個(gè)個(gè)脈沖信號(hào)V2，它的周期是交流電周期的兩倍100Hz。PG電機(jī)部置了三個(gè)位置傳感器，在時(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期返回三個(gè)等寬的方波。本系統(tǒng)中，把反響的脈沖信號(hào)接到PIC18F4550單片機(jī)的4個(gè)PORTB引腳RB7

58、：RB4具有電平變化中斷功能，當(dāng)前RB7：RB4引腳的上的電平與PORTB上次讀入的鎖存值進(jìn)展比擬。RB7:RB4引腳的“不匹配輸出值一起作邏輯“或運(yùn)算，將標(biāo)志位RBIFINTCON置1，產(chǎn)生PORTB端口電平變化中斷。在單位時(shí)間采集RB4引腳電平變化的中斷次數(shù)，就可以計(jì)算出PG電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速值。根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速值與設(shè)定轉(zhuǎn)速值比擬，作為調(diào)速的參考。在可控硅的有效調(diào)速圍，當(dāng)PG電機(jī)反響值大于設(shè)定轉(zhuǎn)速值時(shí)，就可以適當(dāng)調(diào)整減小可控硅的導(dǎo)通角，使PG電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，反響值變小，使其與設(shè)定值匹配，反之，調(diào)整增大可控硅的導(dǎo)通角，起到自動(dòng)控制穩(wěn)定PG電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖2.6PG電機(jī)控制硬件原理圖可控硅的控制電

59、路是控制PG電機(jī)轉(zhuǎn)速的最主要電路，它通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制加在PG電機(jī)兩端的平均電壓，從而控制PG電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)使用三端雙向可控硅TRIACTLP3526來控制PG電機(jī)。由原理圖2.6可知，TLP3526的9和13引腳接變壓器初級(jí)的火線，11引腳串接PG電機(jī)后接零線。TLP3526的3引腳由PIC18F4550的CCP2引腳控制，作為可控硅的控制極。在交流電的半個(gè)周期，當(dāng)PIC18F4550的CCP2引腳輸出高電平時(shí)，可控硅截止，PG電機(jī)形成開路，電機(jī)上沒有電壓；當(dāng)CCP2引腳的輸出為低電平時(shí)，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，即把AC220V加于PG電機(jī)兩端，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)?？煽毓璞挥|發(fā)之后，觸發(fā)電平失

60、去作用，只有當(dāng)交流電再次過零點(diǎn)時(shí)，可控硅才會(huì)截止，以后重復(fù)此過程。因此，通過控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，就可以控制加在PG電機(jī)兩端的平均電壓，從而控制PG電機(jī)的轉(zhuǎn)速。CCP2引腳作為可控硅的觸發(fā)控制引腳，使用的是PIC18F4550的捕捉/比擬/脈寬調(diào)制CCP模塊的比擬輸出功能。在比擬模式下，16位的CCPR2存放器的值將不斷與TMR3存放器的值相比擬，當(dāng)兩者的值匹配時(shí)，CCP2引腳就可能出現(xiàn)以下幾種情況：eq oac(,1)輸出高電平eq oac(,2)輸出低電平eq oac(,3)電平翻轉(zhuǎn)eq oac(,4)保持不變反映I/O存放器的狀態(tài)引腳動(dòng)作取決于CCP2CON存放器的模式選擇位CCP2M3