單片機在直流變頻洗衣機中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯單片機在直流變頻洗衣機中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用1引言洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？?，全自動式洗衣機因使用方便得到大家的青睞，全自動即進水、洗滌、漂洗、摔干等一系列過程自動完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對不同的衣物可供用戶選擇。變頻控制依其高性能、節(jié)能等優(yōu)點在洗衣機的控制中得到廣泛應(yīng)用，下面介紹采用凌陽科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A單片機來設(shè)計的直流變頻洗衣機的控制系統(tǒng)。2系統(tǒng)總體方案介紹整個系統(tǒng)主要由兩部分組成：由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板，兩者之間的連接系統(tǒng)方塊圖如圖2.1所示。點擊看原圖

nbsp;圖2.1變頻洗衣機系統(tǒng)組成框圖PANEL控制器采用16位SPCE061A控制器，主要完成的功能有：按鍵掃瞄、狀態(tài)顯示與通訊。洗衣機的控制通過按鍵輸入來選擇操作模式，并可設(shè)定選擇水量、預(yù)約時間，詳細設(shè)定洗衣、洗凈及脫水的參數(shù)；電源按鍵鈕為起始與驅(qū)動控制電路板的連接，起動或暫停鍵為運轉(zhuǎn)洗衣機或暫停。運轉(zhuǎn)過程中的剩余時間透過7段顯示器來顯示。DMC控制器采用16位SPMC75F2413A單芯片控制器，主要完成的功能有：偵測馬達轉(zhuǎn)子的位置訊號，以120度方波驅(qū)動PWM方式驅(qū)動直流無刷馬達。3系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)控制包括DMC控制板和PANEL控制板兩部分，下面主要介紹DMC控制板硬件設(shè)計。3.1電源電路圖3.1為EMI電源濾波器與單相全橋整流器電路，AC電源輸入接頭為CON1，電壓為220VAC，電源輸入端通過突波吸收器ZNR3以避免過大的電壓突波損壞器件，C8與C12的Y2電容串聯(lián)后連接至接地點，通常也可以連接至機殼。透過全橋整流器DB1整流、C13濾波后可得到輸出直流電壓。點擊看原圖

圖3.1EMI電源濾波器1引言洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？欤詣邮较匆聶C因使用方便得到大家的青睞，全自動即進水、洗滌、漂洗、摔干等一系列過程自動完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對不同的衣物可供用戶選擇。變頻控制依其高性能、節(jié)能等優(yōu)點在洗衣機的控制中得到廣泛應(yīng)用，下面介紹采用凌陽科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A單片機來設(shè)計的直流變頻洗衣機的控制系統(tǒng)。2系統(tǒng)總體方案介紹整個系統(tǒng)主要由兩部分組成：由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板，兩者之間的連接系統(tǒng)方塊圖如圖2.1所示。點擊看原圖

nbsp;圖2.1變頻洗衣機系統(tǒng)組成框圖PANEL控制器采用16位SPCE061A控制器，主要完成的功能有：按鍵掃瞄、狀態(tài)顯示與通訊。洗衣機的控制通過按鍵輸入來選擇操作模式，并可設(shè)定選擇水量、預(yù)約時間，詳細設(shè)定洗衣、洗凈及脫水的參數(shù)；電源按鍵鈕為起始與驅(qū)動控制電路板的連接，起動或暫停鍵為運轉(zhuǎn)洗衣機或暫停。運轉(zhuǎn)過程中的剩余時間透過7段顯示器來顯示。DMC控制器采用16位SPMC75F2413A單芯片控制器，主要完成的功能有：偵測馬達轉(zhuǎn)子的位置訊號，以120度方波驅(qū)動PWM方式驅(qū)動直流無刷馬達。3系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)控制包括DMC控制板和PANEL控制板兩部分，下面主要介紹DMC控制板硬件設(shè)計。3.1電源電路圖3.1為EMI電源濾波器與單相全橋整流器電路，AC電源輸入接頭為CON1，電壓為220VAC，電源輸入端通過突波吸收器ZNR3以避免過大的電壓突波損壞器件，C8與C12的Y2電容串聯(lián)后連接至接地點，通常也可以連接至機殼。透過全橋整流器DB1整流、C13濾波后可得到輸出直流電壓。點擊看原圖

圖3.1EMI電源濾波器3.4水位檢測電路圖3.5為洗衣機的水位檢測電路，CON4連接水位傳感器，水壓大小產(chǎn)生LC震蕩，壓力越小則頻率越大，反之亦然。當接近零水位時，輸出頻率約在27.8KHz。此頻率通過F/V轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸入至芯片內(nèi)ADC模塊來計算水位高低。F/V轉(zhuǎn)換電路由IC7所產(chǎn)生，電路組件R33與C36形成輸入端高通濾波器以濾除直流電壓，輸出電壓大小由R30、C33與輸入頻率決定，電壓計算式為:Vo=R30xC33xVccxFin；其中Vcc為+5V、Fin為輸入頻率。點擊看原圖

nbsp;圖3.5水位檢測電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計變頻洗衣機控制器主要以雙MCU設(shè)計，兩控制器通過串行通訊交換訊息與系統(tǒng)控制，設(shè)定SPCE061A面板控制器為主機，SPMC75F2413A馬達驅(qū)動控制器為從機。主機負責整個傳輸?shù)倪^程；從機端負責接收主機端傳送的命令并執(zhí)行，且需響應(yīng)相對應(yīng)的ACK訊號給主機，相對地。當使用者在面板控制器上下達對應(yīng)的運轉(zhuǎn)命令后，從機負責執(zhí)行，當有異常狀況發(fā)生時，從機實時回報或直接能夠由主機檢知，利用顯示電路通知使用者。因此本系統(tǒng)的軟件開發(fā)包括針對馬達驅(qū)動、通訊格式與通訊狀態(tài)機切換、洗衣機狀態(tài)機切換、按鍵掃瞄與狀態(tài)顯示等程序為主；以下將針對DMC控制器與PANEL控制器重要的程序給予說明。4.1直流無刷馬達驅(qū)動程序在DMC控制器主要負責直流變頻馬達驅(qū)動，可區(qū)分為兩大部分：內(nèi)回路的電壓控制與外回路的速度控制。內(nèi)回路電壓控制系針對偵測到的馬達轉(zhuǎn)子位置(由霍爾組件讀取得到)，由于馬達轉(zhuǎn)子為磁石結(jié)構(gòu)，因此由微控制器所輸出的電壓訊號需對應(yīng)于所讀取到的霍爾組件訊號，在實際的設(shè)計例中是以定時器Timer3產(chǎn)生4000Hz的固定周期的中斷時間，在每次中斷程序中會對霍爾組件輸入接口作讀取的動作，并輸出相應(yīng)的電壓H/L與PWM訊號，此程序以有限狀態(tài)機實現(xiàn)，共區(qū)分3個狀態(tài)為PHSIDLE、PHSHOLD與PHSRUN，在PHSIDLE主要工作在禁能DMC驅(qū)動器并對調(diào)控參數(shù)進行初始化，PHSHOLD狀態(tài)在保證產(chǎn)生自舉電壓，而PHSRUN則是真正產(chǎn)生120度方波訊號，詳細程序流程可參考如圖4.1所示。點擊看原圖

圖4.1狀態(tài)切換流程

4.2馬達轉(zhuǎn)速計算與控制程序洗衣機的直流無刷馬達為同步馬達，亦即馬達的機械轉(zhuǎn)速與磁場旋轉(zhuǎn)頻率為同步的。因此可根據(jù)馬達的霍爾位置訊號計算脈波寬度的時間即可計算出馬達的實際轉(zhuǎn)速，達到閉回路的速度控制。利用SPMC75F2413A的PDC0中斷做相位檢測，TPM2定時器中斷計時來完成位置檢測和速度計算。圖4.2為PDC0和TPM2中斷流程。

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nbsp;圖4.2PDC0和TPM2中斷流程其中PDC0_PDCINT_ISR()負責檢測霍爾組件的脈波寬度，TMR2_TPRINT_ISR()負責當馬達轉(zhuǎn)速變化時更新實際轉(zhuǎn)速值并作控制。4.3串行通訊程序DMC控制器和PANEL控制器通過UART交換訊息，采用CRC校驗方式，所有的通訊動作的起始、中止與異常檢出皆由PANEL控制器所主導(dǎo)。DMC控制器以環(huán)形隊列(circularqueue)存儲數(shù)據(jù)，串行字符是以中斷接收并儲存在的緩沖區(qū)中。DMC控制器檢查所收到的串行字符命令，若所收到的字符組正確無誤，則對相應(yīng)的命令回應(yīng)給PANEL控制器，若是接收為有效的命令，則執(zhí)行Decode_RxStream()程序以譯碼出控制命令與數(shù)據(jù)，并對PANEL控制器發(fā)出ACK訊號；反之，若接收為無效的命令，則對PANEL控制器發(fā)出NACK的訊息，以利PANEL控制器作訊息的控制與再傳送的動作。程序流程圖如圖4.3所示。

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圖4.3串行通訊程序流程4.4PANEL控制器韌體說明當按下『電源』按鍵時，PANEL控制器將會開始通訊動作，嘗試與DMC控制器握手特定的訊息內(nèi)容，當從回傳的字符組被PANEL控制器認可后，才可接受使用者對洗衣機的操作；否則，將判定為通訊異常情況發(fā)生。當使用者已經(jīng)選擇將洗衣模式與參數(shù)內(nèi)容后，按下『啟動/暫停』按鍵會使馬達開始運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)預(yù)設(shè)有4種運轉(zhuǎn)程序，對應(yīng)的洗衣參數(shù)見表4-1

表4-1洗衣程序內(nèi)容點擊看原圖

上表在P1程序可單獨調(diào)整個別參數(shù)，但P0、P2與P3程序則無法更改系統(tǒng)默認值。舉例說明，當使用者只需要對作衣物脫水的動作，只需要將洗衣時間、洗衣次數(shù)對應(yīng)的7段顯示器調(diào)整至不顯示，再調(diào)整所需的脫水時間，按下啟動按鍵，即進入脫水模式。『預(yù)約時間』的設(shè)定則由3小時至9小時，每次調(diào)整間隔1小時。上述功能在軟件設(shè)計上是以定時器中斷執(zhí)行，時間的設(shè)定利用TimerB定時器（IRQ2中斷），設(shè)定為8000Hz頻率中斷，在此程序中分為2個timeslice，分別為Tick1Func與Tick2Func，程序如圖4.4所示，因此Tick1Func與Tick2Func程序的執(zhí)行頻率為4000Hz。

圖4.4IRQ2中斷流程在Tick1Func程序中，除了對按鍵輸入作掃瞄的動作，另外依據(jù)按下的按鍵內(nèi)容更改SystemT與SystemF結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，其中SystemT主要儲存設(shè)定洗衣參數(shù)內(nèi)容并更新SA7Wash的結(jié)構(gòu)(用于狀態(tài)機切換)，ystemF為紀錄運轉(zhuǎn)的狀態(tài)標志。當洗衣參數(shù)被更改后，將會改變預(yù)估洗衣完成時間，并于7段顯示器中顯示。Tick2Func程序負責掃瞄電路上的顯示電路，采用高速的循序顯示，以節(jié)省IO接口的資源，此程序并包含依據(jù)水量的預(yù)估來提示使用者所需加入的洗劑量。5結(jié)語該系統(tǒng)采用凌陽科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A單片機來完成直流變頻洗衣機的控系統(tǒng)制，SPMC75F2413A為專用于變頻馬達控制的IC，其強大的PWM輸出功能使得程序開發(fā)非常方便。SPCE061A除了具有普通單片機的功能以外，還具有語音識別、語音錄放等功能，可以將洗衣機的一些使用狀態(tài)、常識播報出來。參考文獻[1]雷思孝、李伯成、