空调工作原理及电路控制详解

空调工作原理与电路控制详解

近年来，我国空调器产业的发展十分迅猛，2000年我国空调行业的

生产规模便已经发展到1800万台左右，2003年度我国家用空调器

行业的总生产能力已超过4000万台，2004年度这一数据已经扩大

到了5500万台。目前，中国的空调器产量已占世界总产量的3/5左

右，中国已成为名副其实的空调器制造大国，也正在逐渐成为全球空

调器生产基地。在过去的五年中，中国空调器行业的工业总产值和销

售收入都经历了持续的增长，其中2001年度、2003年度和2004

年度的增长尤为显著。

此外，近年来，百户城市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高。

空调拥有量在各地区差异较大。随着国内市场的扩大，中国的空调器

出口也在连年迅速增长，空调器出口额占家电产品出口总额的份额也

在不断提高。2002年度、2003年度和2004年度我国空调产品的出

口保持了十分强劲的增长势头，其中2003年度国内空调企业的出口

额首次突破千万台大关，超过了140。台。2004年度国内空调器企

业的出口量更是超过了2300万台，与国内销量形成了齐头并进的格

局。这篇文章的主要口的是希望能够大力推动SPMC65系列芯片的

应用，井根据国家标准验证其性能，走进国内各家电生产厂家。

1空调工作原理

(1)制冷原理

至内室外

图1-1空调制冷原理

空调制冷原理如图1?1所示，空调工作时，制冷系统内的低压、低温

制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至冷

凝器；同时室外侧风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出

的热量，使高压、高温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过

节流毛细管降压降温流入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围

热量；同时室内侧风扇使室内空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交

换，并将放热后的变冷的气体送向室内。如此，室内外空气不断循环

流动，达到降低温度的目的。

(2)制热原理

空内

■双

图1-2空调制热原理

空调热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室内空气的，如图

1?2所示。低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压

制冷剂气体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀来改变制冷

剂的循环方向，使原来制冷工作时做为蒸发器的室内盘管变成制热时

的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。

2功能介绍

♦制冷

1）设定温度范围：16C〜30C,默认设定温度为249。

2）具有防霜冻保护功能。

♦除湿

在除湿运转模式下，设定温度由遥控器决定，温度设定范围：16C〜

30℃o控制器根据室内温度和设定温度的差值决定运转模式。

♦制热

1）设定温度范围：16C〜30C。

2）具有防冷风功能。

3）具有化霜功能。

4）具有高温保护功能。

♦送风模式

风速可在高、中、低档之间转换，不受设定温度所控制。

♦定时开/关机功能

定时开/关机时间以1。分钟为最小单位进行设置，定时时间到达，空

调启动和停止工作。

♦风门片工作情况

1）遥控器可设置风门片工作于连续方式或固定方式。

2）制冷、除湿、送风和自动摆风在150°与105°之间大约45°做

周期摆动。

3）制热摆风在90°与150°之间大约60°做周期摆动。

♦健康运行

可以在任何模式下，产生健康负离子，进行空气杀菌。

♦自动运行

遥控器设定为自动运转模式时，空调器根据室内温度与设定温度的差

值，自动判定运转模式。设定温度默认为24C。

♦睡眠

科学的温度一睡眠曲线，自动调节室内温度，保证用户有一个非常舒

适的睡眠。

♦应急开关

遥控器丢失或损坏时，可以使用应急开关进行开机、关机、制冷和制

热。

3系统总体方案介绍

硬件组成框图如图3?1所示。主要由CPU、信号检测和控制部

分组成。CPU首先接收遥控器发出的红外信号，获得命令参数，同时

检测环境变量（温度、过流、电网断电等），然后综合分析，下达命

令，控制空调各部件的正常工作。显示面板可以显示空调当前的工作

状态。

SPMC65P2408A*28P

四通阀控制,---------PD2PB2/PB3/

4/一显示面板

PA4/P用/

压缩机控制---------PCO

PB5<4--------------遥控器接收

蛭鸣器控制---------PC1

PB1;PB0/

步进电机控制

,/PC3/C2

PB4过零检测

健康运行控制<1--------------PD1

PA2.过流检测

室外、空内风机控制.--------------PA7;PB7

PA3低电压检测

应急开关P06PDO内风机速度检测

.2/■.2/

断电记忆PA6;PA5PAWAO■/盘管和室内温度检测

图3・1硬件组成框图

4系统硬件设计

4.1空调电路原理

硬件电路如图4?1所示。根据工作电压的不同，整个系统可以分为三

部分：微控系统、继电器控制和强电控制，分别工作于DC5V、DC12V

和AC220Vo

图4-1系统电路原理图

4.2芯片特性简介

SPMC65P2408A是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机，采用

凌阳SPMC65内核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰

富的外部中断源以与ADC、PWM、标准通讯接口等多种功能。适用

于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。SPMC65P2408A有28

管脚和32管脚两种封装，32管脚封装多了UART功能。本设计选用

28管脚封装，如图4-2所示。

28管脚封装芯片的具体特性如下：

1工作电压:3.0V〜5.5V

1工作速度：8MHz

1工作温度：-4CTC〜85℃

1超强抗干扰、抗静电ESD保护能力

18KbyteROM,256byteRAM

123个通用输入输出口

1强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有

Capture\Compare\PWM功能

11个1Hz〜62.5KHZ的时基

18通道1。位精度的ADC（带外部参考电压）

14个外部中断，11个内部中断

1SPI串行通讯接口

12种省电模式：Halt、Stop

1蜂鸣器输出功能

14.0V/2.5V可选低电压复位功能

1可编程看门狗功能

(AN7)PA7

(AN6)PA6

3

(AN5)PA5XJ/RC/ECLk

(AN4)PA4XD

S

(AN3)PA3PRESET

M

(AN2)PA2CPD0(INT2)

6

(AN1)PA15PD1(INT3)

P

(AN0)PA02PD2(PWM3/COMP3)

4

(AVf«f)PB70PCCKSRDB)

8

(BUZ)PB6APC1(SCKl

PC2(SDI)

(INTO/T口BP4PC3(SDO)

(PWM1/C0MP1)PB3PBO(TCO)

(COMPO)PB2PB1(TC1)

图4-2SPMC65P2408A*28P封装

4.3供电系统分析

整个主控板上有三种电压：AC220V、DC12V和DC5V。AC220V

直接给压缩机、室外风机、室内风机和负离子产生器供电；AC220V

经过降压，变为DC12V和DC5V,用于继电器和微控系统供电。供

电系统如图4-3所示，AC220V先经过变压器降压，然后从插座J1

输入，经过整流桥进行全波整流，通过电容C2滤波，得到DC12V,

再经过稳压片7805稳压，得至UDC5VO图中的采样点ZDS用于过零

点的检测，二极管D1防止滤波电容C2对采样点ZDS的影响。

图4-3供电系统

4.4过零检测电路

过零检测电路如图4-4所示，用于检测AC220V的过零点，在整流桥

路中采样全波整流信号，经过三极管与电阻电容组成整形电路，整形

成脉冲波，可以触发外部中断，进行过零检测。采样点和整形后的信

号如图4-5所示。

过零检测的作用是为了控制光耦可控硅的触发角，从而控制室内风机

风速的大小。

4过零检测电路

5采样点和整形后的信号

4.5室内风机的控制

图4-6为内风机控制电路，U1为光耦可控硅，用于控缶ijAC220V的

导通时间，从而实现内风机风速的调节。U3的3脚为触发脚，由三

极管驱动。AC220V从管脚11输入，管脚13输出，具体导通时间

受控于触发角的触发。

室内风机风速具体控制方法：首先过零检测电路检测到AC220V的过

零点，产生过零中断；然后，在中断处理子程序中，打开Timer的定

时功能，比如定时4ms,4ms后由CPU产生一个触发脉冲，经三极

管驱动，从U3的3脚输入，触发U3的内部电路，从而使U3的管

脚11和13的导通，AC220V给室内风机供电。这样，通过定时器

的定时长度的改变可以控制AC220V在每半个周期内的导通时间，从

而控制室内风机的功率和转速。

图4?6室内风机控制电路

4.6室内风机风速检测

当室内风机工作时，速度传感器将室内风机的转速以正弦波的形式反

馈回来，正弦波的频率与风机转速成特定的对应关系，见下表所示。

正弦波经过三极管整形为方波，CPU采用外部中断进行频率检测，从

而实现对风速的测量。

风速高中低

［风机705030

频率(Hz)

图4-7室内风机风速检测电路

4.7过流检测电路

采用电流互感器L1检测火线上电流的变化情况。图中L1为电流互

感器，输出。〜5mA的交流电。当电流突然增大时，电流互感器输出

电流也随之增大，经过全桥整流、电流一电压转换、低通滤波，从COD

端输出直流电压信号。CPU通过对COD端电压的AD采集来感知

AC220V电流的变化，当COD端的电压过高时，CPU可以对电路采

取保护措施。

LVD12V

图4-8过流检测电路

4.8低电压检测电路

采用电阻分压原理，CPU利用AD采集对7805前端的12V电压进

行检测。当电网掉电后，AD端会采集到7805前端的12V电压的降

低，由于7805输出端电容的存在，所以即使12V电压降低到6V,

7805仍能提供5V电压使CPU正常工作，此时，CPU立即将空调

当前的运行参数保存在AT24coi里面。

图4-9低电压检测电路

4.9压缩机、四通阀、外风机和负离子产生器（健康运行）的控制

压缩机、室外风机、四通阀和负离子产生器均由AC220V供电，所以

通过继电器控制AC220V的通断便可以控制各个部分的运行。

R1为压敏电阻，用于过压保护。SI1为保险管。

插座J2为AC220V输出端，外接变压器，将AC220V降压，降压后

接到电源模块，分别得到DC12V和DC5V。

2803—Drive

U4

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