(论文)空调器的智能实现.doc

空调器的智能控制 广州华南信息产业集团有限公司 刘晓燕空调器的智能化控制，是由压缩机将制冷剂加以压缩，送到冷凝器冷却，使其完全液化，液化后的制冷剂由干燥过滤器去微细污物和吸收水份，通过毛细管的节流作用，使液体压力急剧降到蒸发压力，实现绝热膨胀，液体流到蒸发器，则制冷剂迅速膨胀，大量吸收热量，使液体制冷剂完全汽化，这时实现了等温膨胀。不断重复执行这个过程就实现了制冷。当制冷剂的流向反向时，就为制热。功能的实现过程如下：1）温度调节在空调器的制冷系统运行正常时，它的电风扇电机也会同时通电旋转。室内机的风扇从室内抽取空气，使空气由过滤网进入空调器内，并且流过蒸发器。这样空气被蒸发就吸收热量，从而降温成冷风。在风扇的作用下，冷风由风到流到出风口，再吹入到室内，使室内的温度随之下降。这样，就实现了温度调节。1） 空气净化在风扇的吹动下，室内的空气被吸入空调器内，在这过程中，空气必定要经过过滤网才能被抽入到空调器的内部。空气过滤网一般以聚氨脂的网丝做成，能够隔筛空气中的尘埃物质，具有良好的去尘作用，使空气得到充分的滤清和净化。2） 湿度调节室内的空气的湿度较大时，它经过蒸发器，其中的水蒸气就会在蒸发器外表因急剧冷却而凝为水珠，并凝聚之后滴落在空气调节器下部的集水盘中，然后由室外的排水口排出。这样，由风扇吹入室内的空气就会清除去了大量的水蒸气成分，从而变得干燥清爽。因此，空气调节器可以有效的实现湿度调节。3） 风速气流调节风扇在旋转时，拨动冷空气产生一定冷风速，然后送到风栅处，在出风口设有摆风板栅，它可以使板栅自动左右两边反复摇摆，因而不断改变风速吹动的冷风的流向，从而使室内的温度下降较为均匀。可见，空气调节器可进行气流方向及速度的调节。因为当板栅方向与风向一样时，则风速最高，这时冷风直吹。当板栅方向与冷风的吹向有一定角度时，则吹到室内的冷风速度会下降，并且方向也会改变。其中板栅是由步进电机进行控制。空调器的控制对象包括：压缩机、外风机、室内风机（PG电机）、摆风电机、四通阀、电加热丝。为控制这些对象，需要有室内温度检测，室内盘管温度检测等检测内容。人机界面方面要检测遥控器信号和应急按键，同时要用多个LED发光二极管用来指示运行状态、定时状态、急冷指示和电源指示等，蜂鸣器用来进行程序运行提示及按键和遥控接收提示。1.控制器原理框图如下：外风机遥控信号检测四通阀电压过零检测压缩机室内温度传感电热丝室内盘管温度摆风(步进电机)驱动II蜂鸣内风机内风机反馈CPU（单片机）应急按键LED显示电 源图1-1图1-1中的虚线部分为室外机，其余部分为室内机部分。对外风机、压缩机、四通阀及电热丝控制采用继电器进行控制。摆风电机采用步进电机控制。内风机采用PG电机控制，通过移相触发可控制硅来达到调节室内风机转速的目的。2控制器部分电路设计2. 1控制器CPU选择室内机主控芯片采用HYNIX公司生产的GMS87C1404芯片（SKDIP封装）。1404是一款功能相当强的芯片，性能价格比高4K字节的片上可编程空间，192字节RAM。为28引脚，具有23个可编程I/O口，其中有相当的管脚具有多功能复用功能，如有8路八位ADC功能，一个SPI功能口。芯片具有一个8位基本内部定时器，四个八位定时/计数器，十二路中断源。内部定时器/计数器可实现输入捕捉，输出比较等功能。时钟采用8MHz晶振。其工作温度范围达到了工业级标准（-40 +85），单片机本身的可靠性即电磁兼容性极好。管脚排列如下图：2. 2复位电路设计复位电路采用的是较为成熟的复位电路。如图2-1图2-12. 4过零检测电路设计将变压器的次级电压经整流后，得到与220V交流电压同步的方波信号，送到CPU的外中断引脚INT3，可用于检测掉电和作为对继电器的开闭进行控制，以及对电源进行监视。并且为控制光耦可控硅调速进行电压的过零点检测。为实现调速奠定硬件基础。2. 5继电器驱动设计由CPU的I/O口输出到驱动芯片2003或三极管C9013驱动继电器，实现对压缩机、外风机、四通阀和辅助电加热的控制。继电器的电源采用+12V。继电器线圈并联上阻尼二极管。继电器触点端可并联上阻容电路灭弧，对于压缩机的控制要在线路中串接一个3A的保险丝，对压缩机进行过流保护。2. 6蜂鸣驱动和LED显示电路设计由CPU的I/O口输出电平信号，经过一级三极管放大，驱动蜂鸣器发声。蜂鸣器采用有源自激式蜂鸣器，蜂鸣器两端开联上一个电阻R2，起到消除纹波作用。LED显示可直接用口进行驱动。2. 7温度检测电路设计在各种运行模式下，压缩机、外风机和室内风机（风速）的启停与室内温度都有着密切的联系，CPU通过对室内温度的检测，掌握环境温度的变化情况，来控制压缩机和外风机的工作状态，调节空调机的制冷量，保持适当的环境温度。空调控制器里面最重要的是温度的检测。要求达到一定的精度，为保证不受外界干扰，在输入端要求加平滑滤波电容C1。原因也是因为温度不会发生有剧烈的波动。温度传感器选用负温度系数的电阻性温度传感器。温度传感器的反映的阻值与固定的电阻5.1k分压，所分电压经阻容滤波后送到CPU的A/D转换口进行模-数处理。当环境温度变化时热敏电阻的阻值随之变化，从而改变输入电压，输入电压再经R1、C2组成的阻容滤波后，送到CPU的A/D转换口进行模/数转换，再对所得的数字量进行处理。电路中1u/50V的电解电容C1是当传感器检测到温度剧变时，由电解电容的存储电荷特性让CPU检测的电压是平滑变化，而不是剧变，从而避免CPU的误判断。而RC滤波电路用于滤除高频干扰信号，确保芯片稳定工作。2. 8按键检测电路设计应急按键用CPU的普通I/O口来检测，通过将口设置成输入方式来实现，用检测电平高低来判断按键按下与否或门打开与否。见右图示。2. 9红外遥控检测电路设计红外接收头一般采用德律风根公司的HS0038A型的红外接收头，它的实际接收效果比较好。 2. 10电源电路设计控制器在交流220V/50Hz电源下工作，变压器采用一般线性变压器，输出电流按350mA来计算，经两级整流、滤波、稳压后输出+12V和+5V。是整个控制器的主要工作电源。2.11室内风机驱动电路设计室内风机采用PG电机驱动，通过对可控硅进行移相调节其两端施加的电压来达到调节其速度。在CPU与可控硅之间要由光耦进行隔离。在此选用TLP3526来实现。典型电路如图示。图中L1选用的72mH的电感，与C2组成一个LC电路，这是用来平抑可控硅产生的谐波。有的厂家也没有加这组电路。电感L1的另一个作用是增加室内风机转速（低速）的稳定性。室内内机的负载较小，即本身的电惯性较小，在低速时不易稳定。电容C3和电阻R3组成阻容吸收电路并联在TLP3526两端，对可控硅起到保护作用。压敏电阻RV1并联在电源输入端，起到吸收浪涌的作用。由CPU来的脉冲控制信号（此信号的控制由软件实现，实现方法在软件部分详述）经三极管9013放大后驱动TLP3536，对可控硅进行移相触发。R2的取值为330，以确保对可控硅的可靠触发。参数选择见TLP3526相关产品资料。C4为室内电机的起动电容，参数取值为1uF/450V左右，具体值由厂家而定，一般电机提供商为提定其值的大小。另外电机的参数一般为16W，4极，通过的电流为0.24A。2.12室内风机速度反馈电路设计室内风机采用PG电机来实现调速的目的。为达到稳定转速的目的，PG电机在每转发出3个脉冲，CPU通过测得的脉冲数来得知室内风机的实际转速，通过闭环控制达到稳定转速的目的。由PG电机反馈来的信号通过整形电路再进入CPU，确保对电机转速的精确测试，同时通过滤波电路，抑制住来自电机的高频干扰信号。2.13摆风电机的电路设计摆风电机采用四相步进电机，驱动电源为+12V。为达到一定的控制精度，采用四相八拍来进行控制。由CPU对每一相进行控制，在CPU与步进电机之间用ULN2003来驱动，ULN2803电源接+12V。本控制器采用四相八拍驱动的步进电机，步进电机有五根连接线，其中有一根电源线四根控制线。为方便控制，选择步进电机的四个控制口为同一输出口（RA口），并且输出顺序与电机相序相对应（RA3-A相RA2-B相RA1-C相RA0-D相）。步进电机的控制原理如图8中所示四相八拍控制顺序(AABBBCCCDDDA)。电机参数如下：l 额定电压：DC12Vl 相数：4相l 减速比：64l 步距角度：5.625/64l 驱动方式：四相八拍l 空载牵出频率：900Hzl 空载牵入频率：600Hzl 直流电阻：2007%l 转距：34.3mN.ml 绝缘电阻：50M（500V兆欧表）l 绝缘介电强度：600VAC/1S,1mAl 绝缘等级：E级l 温升：40Kl 噪声：3