掛壁式空調(diào)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邰 勇

（江蘇春蘭制冷設(shè)備股份有限公司，江蘇泰州225300）

掛壁式空調(diào)是一種調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境空氣溫度、濕度、潔凈度和空氣流速的家用電器[1]。其主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、換向閥和室內(nèi)外風(fēng)扇構(gòu)成（如圖1所示）

圖1 掛壁式空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

由于家用空調(diào)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，而大部分用戶對(duì)空調(diào)的要求是簡(jiǎn)單、可靠，能夠制冷、制熱即可。所以開發(fā)一款成本低、功能全、運(yùn)行可靠的控制器，將極大提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文基于ST單片機(jī)（STM8S005C6）設(shè)計(jì)了掛壁式空調(diào)的控制部分，該部分主要通過紅外遙控接收，設(shè)定機(jī)組的運(yùn)行模式，然后通過采樣室內(nèi)環(huán)境溫度，并與用戶設(shè)定溫度比較來決定壓縮機(jī)的開停，同時(shí)控制室內(nèi)外風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制冷、制熱運(yùn)行。

1.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

掛壁式空調(diào)主要完成LED屏顯示，紅外遙控的接收，室內(nèi)PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)、室內(nèi)環(huán)境溫度、蒸發(fā)器溫度及冷凝器溫度的A/D采樣以及壓縮機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、電加熱的驅(qū)動(dòng)（如圖2所示）：

1.2 LED顯示屏顯示

圖2 掛壁式空調(diào)控制框圖

為向用戶提供友好的人機(jī)界面，本文使用一LED顯示屏將用戶的設(shè)定模式、設(shè)定溫度及壓縮機(jī)運(yùn)行標(biāo)記、化霜標(biāo)記等顯示出來，顯示屏采用3×8掃描的動(dòng)態(tài)顯示，因此需使用11路IO口，但出于成本控制的考慮，本文選擇了價(jià)格低廉，引腳資源有限的STM8S005C6單片機(jī)，所以本文使用一74HC164芯片擴(kuò)充了IO口資源，如此只需使用5路單片機(jī)IO口資源，即可實(shí)現(xiàn)3×8掃描的動(dòng)態(tài)顯示[2]（如圖3所示）。

本文所用LED顯示屏為共陽極顯示屏，共3段（COM1、COM2、COM3）。程序每隔1毫秒先將COM1、COM2、COM3引腳清零，然后通過控制74HC164的A、B和CLK引腳，將顯示的內(nèi)容串行傳送到LED顯示屏的D0～D7引腳，最后將顯示內(nèi)容對(duì)應(yīng)的COM引腳置+5V電平，如此循環(huán)，顯示內(nèi)容即可動(dòng)態(tài)地顯示出來。3段顯示屏的掃描周期為3毫秒，不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

圖3 顯示原理圖

1.3 紅外遙控接收

紅外遙控已在家電產(chǎn)品中得到廣泛使用，本文使用的紅外接收探頭為HS0038，該探頭接收到38KHz的紅外信號(hào)后，輸出低電平，否則輸出高電平。其輸出碼由單片機(jī)的輸入引腳PE2捕獲識(shí)別。外圍電路見圖4。

圖4 遙控接收原理圖

遙控器發(fā)射的紅外信號(hào)經(jīng)HS0038解碼后，輸出高低電平脈寬不同的串行碼。以高電平0.565ms、低電平0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以高電平0.565ms、低電平1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”；以高電平 9ms、低電平 4.5ms、周期為13.5ms的組合表示引導(dǎo)碼[3]。波形如圖5所示。

圖5 HS0038解碼后的遙控碼

1.4 PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)

室內(nèi)風(fēng)速的變化通過驅(qū)動(dòng)PG電機(jī)來實(shí)現(xiàn)（PG電機(jī)是指電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由可控硅的導(dǎo)通角來控制，而不是由繼電器來控制的電機(jī)）。單片機(jī)通過檢測(cè)電源的過零點(diǎn)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制PG電機(jī)的輸入電壓，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)風(fēng)速的調(diào)節(jié)。因成本控制的需要，此處省去了PG電機(jī)霍爾反饋部分，因此室內(nèi)每檔風(fēng)速均對(duì)應(yīng)固定的可控硅導(dǎo)通角。

圖6給出了電源零點(diǎn)檢測(cè)及可控硅驅(qū)動(dòng)部分的原理圖。變壓器輸出電壓經(jīng)過全波整流、分壓后，通過三極管輸入給單片機(jī)的捕獲引腳PD5，經(jīng)過程序處理后，通過PD3引腳輸出觸發(fā)脈沖，再通過光耦控制晶閘管導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)速的控制[4]。

圖6 零點(diǎn)檢測(cè)及PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文掛壁式空調(diào)控制部分的軟件采用C語言編寫，按模塊化實(shí)現(xiàn)機(jī)組的各項(xiàng)功能。實(shí)時(shí)根據(jù)用戶的遙控設(shè)定運(yùn)行制冷、制熱等功能。

2.1 主程序框圖

主程序框圖見圖7。

2.2 顯示模塊

顯示模塊每隔1ms調(diào)用一次，首先取得顯示字節(jié)，然后清零74HC164的CLK引腳，再移位顯示字節(jié)，將移位值賦值給74HC164的A、B引腳，最后將CLK引腳置高電平，如此反復(fù)8次，即可將顯示字節(jié)移位到74HC164的輸出引腳。具體流程見圖8。

圖7 主程序框圖

圖8 顯示模塊流程圖

圖9 遙控接收中斷檢測(cè)流程圖

2.3 遙控接收模塊

遙控接收需配置PE2引腳為下降沿觸發(fā)中斷，在接收遙控信號(hào)時(shí)，計(jì)算兩次下降沿中斷的時(shí)間差為脈寬，當(dāng)12ms<脈寬<15ms時(shí)，接收的是引導(dǎo)碼，當(dāng)1.68ms<脈寬<2.8ms時(shí)，接收的是數(shù)據(jù)1，當(dāng)脈寬為0.5ms<脈寬<1.68ms時(shí)，接收的是數(shù)據(jù)0。具體中斷檢測(cè)流程見圖9。

3 結(jié)語

本產(chǎn)品通過采用單片機(jī)實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)了按用戶遙控指令實(shí)時(shí)顯示并運(yùn)行制冷、制熱等功能，使空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定工作于最佳狀態(tài)，極大提高了系統(tǒng)的可靠性、舒適性。提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。投放市場(chǎng)后，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]黃浴梅.家用空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù),2012，（8）：67-71.

[2]胡仁杰.LED數(shù)碼顯示器顯示閃爍的消除[J].電子測(cè)量技術(shù),1994，（4）：1-4.

[3]樊慶偉,許峰.紅外遙控接收與單片機(jī)識(shí)別技術(shù)[J].信息技術(shù),2000，（5）：6，17.

[4]閆愛軍,范海明,周鈞.基于Atmega16的PG電機(jī)調(diào)速[J].艦船防化,2010，（4）：24-26.