空調(diào)溫控電子膨脹閥驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

1 引言
電子膨脹閥是用電子電路控制的膨脹閥，它是變頻空調(diào)制冷設(shè)備中的關(guān)鍵部件。由于電子膨脹閥能夠根據(jù)CPU的指令迅速調(diào)節(jié)閥的開啟度，快速控制制冷劑的流量，減小房間內(nèi)的溫差，因而既能增強(qiáng)空調(diào)房間的舒適程度，又可最大限度地節(jié)能。電子膨脹閥的驅(qū)動(dòng)部件是一個(gè)4相8拍步進(jìn)電機(jī)。本文給出了一種電子膨脹閥的驅(qū)動(dòng)電路。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)、溫度傳感器、電池供電的RAM、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件、RS485等組成，其單片機(jī)硬件電路如圖1所示。

由于程序比較大和中間變量比較多，這里采用了Atmel公司的AT89C55型單片機(jī)。它具有20 KB的Flash程序存儲(chǔ)空間和256字節(jié)的RAM。圖1中：
P0.1和P0.2口模擬I2C總線SDA、SCL；
P0.3口實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)脈沖清零；
P0.4口實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)10個(gè)脈沖；
P0.5口實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)lO個(gè)脈沖；
PO.6口實(shí)現(xiàn)溫差增加l℃；
P0.7口實(shí)現(xiàn)溫差減少l℃；
P1.O口控制是否上拉T_IN；
P1.1口上單總線掛接4個(gè)DSl8B20；
P1.2口接收工作模式(“1”是制冷、“0”是制熱)；
P1.7口輸出底電平是使能接收，輸出高電平是使能發(fā)送；
P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口連接D、C、B、A控制步進(jìn)電機(jī)。
其中PCF8583與單片機(jī)通過I2C總線通信，其硬件電路連接如圖2所示。

與上位機(jī)的通信方式是RS485，其硬件電路連接如圖3所示。

步進(jìn)電機(jī)采用的是4相8拍制，通過AT89C55的I/O口驅(qū)動(dòng)，其硬件電路連接如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
在本程序設(shè)計(jì)中，采用置事件標(biāo)志和分時(shí)控制辦法對(duì)事件進(jìn)行處理。如在T0中斷子程序中，每隔2.5 ms驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)1個(gè)脈沖，同時(shí)在中斷服務(wù)程序中將計(jì)數(shù)脈沖保存在PCF8583中的RAM。P0.3口、P0.4口、P0.5口、P0.6口、P0.7口5個(gè)I/O對(duì)應(yīng)的5個(gè)按鍵與74LS08相連，執(zhí)行相與的關(guān)系觸發(fā)外部中斷方式0進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。因?yàn)闇囟葌鞲衅鞑糠钟脝慰偩€通信方式，且PCF8583與單片機(jī)通過I2C總線通信，二者對(duì)時(shí)序要求很嚴(yán)格，在此期間不可被中斷程序打斷，故在此期間關(guān)中斷。主程序流程如圖5所示。

整個(gè)軟件采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。程序分為三大模塊：主程序模塊、EXO中斷服務(wù)子程序模塊、T0中斷服務(wù)子程序模塊。
主程序模塊按照功能又分為：初始化子程序、I2C總線通信程序、溫度傳感器測(cè)溫程序、RS485通信程序和PID控制程序。在初始化子程序中，主要包括RS485通信和DSl8B20傳感器初始化。I2C總線通信部分則是讀出上次掉電保存的脈沖數(shù)。溫度傳感器測(cè)溫程序模塊測(cè)得二點(diǎn)溫度。將每個(gè)傳感器的序列號(hào)測(cè)出，以數(shù)組的形式和程序存放在一起，并且給每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)編號(hào)，做成標(biāo)簽粘貼在對(duì)應(yīng)的傳感器上。當(dāng)系統(tǒng)中的傳感器出故障時(shí)，必須測(cè)出備用傳感器序列號(hào)，貼上相應(yīng)的標(biāo)簽，并在程序中修改數(shù)組，再將程序固化到程序存儲(chǔ)器中。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要控制量的增量(例如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī))時(shí)，需要用PID的“增量算法”，這種算法在有關(guān)文獻(xiàn)中已有具體說明。

4 結(jié)束語(yǔ)
目前，該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路已成功用于某空調(diào)制冷電子膨脹閥測(cè)試系統(tǒng)中。經(jīng)過1個(gè)月的運(yùn)行，情況良好，達(dá)到了客戶的要求。