基于SPMC75F2413A單片機(jī)在AC變頻空調(diào)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，空調(diào)器已廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各種場(chǎng)合，直流變頻空調(diào)器因具有節(jié)能、低噪、恒溫控制、全天候運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)低頻補(bǔ)償、快速達(dá)到設(shè)定溫度等性能，使空調(diào)的舒適性大大提高，將越來越受到人們的喜愛。單片機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，直流變頻技術(shù)及模糊控制技術(shù)在空調(diào)器嵌入式控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用，半導(dǎo)體功率器件的迅速發(fā)展為直流變頻控制的推廣提供了技術(shù)保障。

本設(shè)計(jì)方案的AC變頻空調(diào)控制器由室內(nèi)機(jī)控制器、室外機(jī)控制器兩部分組成?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/SPMC75F2413A">SPMC75F2413A 的優(yōu)越性能，用其設(shè)計(jì)室外機(jī)AC變頻控制器，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化、智能化特點(diǎn)，控制參數(shù)采用開放式結(jié)構(gòu)，便于與各種壓縮機(jī)聯(lián)結(jié)，從而能夠在最短的時(shí)間內(nèi)根據(jù)不 同廠家的要求進(jìn)行產(chǎn)品的升級(jí)換代。以這種方式，產(chǎn)品可以更快地推向市場(chǎng)，獲得時(shí)間上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。本控制器含有以下關(guān)鍵技術(shù)：

1、模糊控制技術(shù)：依據(jù)室內(nèi)環(huán)溫、管溫，室外環(huán)溫、管溫、壓縮機(jī)排氣溫度、壓縮機(jī)過載保護(hù)溫度、壓縮機(jī)電流等參數(shù)建立模糊邏輯關(guān)系，控制壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、室外風(fēng)機(jī)及其它負(fù)載運(yùn)行；

2、高效的三次諧波注入基于DDS的SPWM發(fā)生技術(shù)，充分利用電源電壓、精確的頻率調(diào)整、實(shí)時(shí)的電壓補(bǔ)嘗功能，使壓縮機(jī)更有效工作;

3、模塊控制保護(hù)電路：當(dāng)模塊有保護(hù)信號(hào)輸出時(shí)，通過硬件電路斷開PWM 模塊輸出控制信號(hào)，以達(dá)到保護(hù)模塊的效果，并且可靠的給單片機(jī)模塊保護(hù)信號(hào)；

4、EMC 及可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)：在掌握空調(diào)的干擾機(jī)理的前提下，硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：電源電路設(shè)計(jì)、濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)、印制板地線及信號(hào)線設(shè)計(jì)，并且軟件采用容錯(cuò)技術(shù)。

2 系統(tǒng)總體方案介紹

本AC變頻空調(diào)系統(tǒng)分室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)和室外機(jī)系統(tǒng)兩部分，其中室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)主要是系統(tǒng)一些邏輯狀態(tài)信息的處理，而室外機(jī)系統(tǒng)主要是壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)部分。在本系統(tǒng)方案中室內(nèi)機(jī)選用的是SPCE061A實(shí)現(xiàn)的，SPMC75F2413A主要是應(yīng)用在變頻驅(qū)動(dòng)部分。因此室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)在此不再詳述。室外機(jī)的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1。

圖 2.1室外機(jī)系統(tǒng)框圖

這個(gè)系統(tǒng)的基本工作流程：

室外機(jī)的主控MCU（SPMC75F2413A）隨時(shí)接收來自室內(nèi)機(jī)的控制和狀態(tài)信息，從而去控制室外的風(fēng)機(jī)、四通閥和壓縮機(jī)，完成相應(yīng)的控制功能。同時(shí)還會(huì)將室外機(jī)的一些狀態(tài)和室外的一些溫度信息傳回室內(nèi)機(jī)。以供室內(nèi)機(jī)做控制之用。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路原理圖如圖 3.1。其中PS21865A三相功率全橋電路模塊，用來實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的功率合成，從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。ULN2003A是集電極開路輸出的功率反向器，主要用來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的繼電器，從而控制風(fēng)機(jī)和電磁閥。SPMC75F2413A單片機(jī)的主要作用：1. 根據(jù)室內(nèi)機(jī)命令控制整個(gè)系統(tǒng)。2. 完成AC變頻壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生和控制功能。

圖 3.1中的Power_Line是一種半雙工的電流環(huán)變換電路，它主要是利用電源和一條專用的通信線，使室內(nèi)外構(gòu)成一個(gè)電流環(huán)，電流環(huán)由室內(nèi)機(jī)供電。這個(gè)電路為室內(nèi)外機(jī)提供一條通信回路。SPMC75F2413A合成的注入三次諧波的SPWM信號(hào)經(jīng)IOB0~5輸出，經(jīng)緩沖和光隔后輸入PS21865A，而后輸出控制電機(jī)。SPMC75F2413A的IOB6是錯(cuò)誤偵測(cè)輸入端，通過對(duì)其傳回信號(hào)的檢測(cè)，一旦PS21865A出現(xiàn)工作異常（如過壓、欠壓、過流、過熱），驅(qū)動(dòng)硬件會(huì)立即禁止PS21865A工作，同時(shí)申請(qǐng)中斷，請(qǐng)求CPU處理。IOA0~3為模擬輸入口，主要是溫度傳感器接口和直流高壓測(cè)量接口。IOC8~10為控制四通閥和外風(fēng)機(jī)的控制。