【正文】 在熱交換器表面上凝成露珠，起結(jié)果是空氣既被冷卻又被減濕，溫度下降了、濕度也下降了。為避免因除濕導(dǎo)致室溫波動(dòng)太大，空調(diào)器壓縮機(jī)以間歇工作方式來達(dá)到除濕的目的。 除霜原理： ⑴、室外環(huán)境溫度決定 冷暖型空調(diào)器在制熱運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，當(dāng)室外環(huán)境溫度低于 0℃以下時(shí)，室外熱交換器的蒸發(fā)器溫度就會(huì)在 8℃以下，導(dǎo)致熱交換器換熱能力下降，室內(nèi)溫度緩慢下降。因此，必須及時(shí)除去熱交換器上的霜層。 ⑵、制熱運(yùn)轉(zhuǎn)除霜 采用制熱運(yùn)轉(zhuǎn)除霜 ,由室外壓縮機(jī)出來 的高溫、高壓制冷劑氣體 ,一部分流向室外熱交換器 ,使熱交換器溫度上的霜層融化 ,另一部分繼續(xù)流向室內(nèi)熱交換器。 (二 )、變頻空調(diào)器的組成及工作原理： ⑴ 、變頻空調(diào)設(shè)計(jì)的背景及依據(jù) 由于空調(diào)在保證工藝生產(chǎn)工程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量，科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的精確性及保證人體在生產(chǎn)過程中的工作效率和人民生活中的環(huán)境質(zhì)量等方面具有不可忽視的作用，因此，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)也以普通式發(fā)展為當(dāng)今世界空調(diào)器行業(yè)中技術(shù)最先進(jìn)的變頻式空調(diào)器。 ⑵ 、本次變頻空調(diào)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及變頻空調(diào)的特點(diǎn) 本 次設(shè)計(jì) 所用的典型變頻空調(diào)的 制冷系統(tǒng)由變頻壓縮機(jī)、室內(nèi)換熱器、室外換熱器、電磁四通閥、電子膨脹閥等組成?？刂葡到y(tǒng)包括室內(nèi)機(jī)控制電路、遙控器、室內(nèi)機(jī)顯示面板、室外機(jī)控制板電路和電源控制板電路。圖 次設(shè)計(jì)的交流變頻空調(diào)系統(tǒng)的 原理 結(jié)構(gòu)圖，包括一臺(tái)室內(nèi)熱交換器、一個(gè)電子膨脹閥、一個(gè)四通閥、一臺(tái)室外熱交換器，其中壓縮機(jī)為三相感應(yīng)電機(jī)，并具有化霜回路。 變頻空調(diào)是與傳統(tǒng)的定頻空調(diào)相比較而產(chǎn)生的概念。眾所周如，我國的電源電壓是 220 伏、 50 赫茲，在這種條件下工作的空調(diào)稱之為定頻空調(diào)。由于供電頻率不能改變，定頻空調(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，所以 它不能大幅度地調(diào)節(jié)制冷（熱）量，而是通過頻繁開啟和關(guān)閉壓縮機(jī)的方式來調(diào)節(jié)房間溫度的高低。而與基于 SPCE061A單片機(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說明書） 8 之相比，變頻空調(diào)能改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)供電頻率高時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速就快，空調(diào)器制冷（熱）量也就大；當(dāng)供電頻率較低時(shí)，空調(diào)器制冷（熱）量就小。這就是變頻的原理。 變頻空調(diào)在工作時(shí)，空調(diào)根據(jù)房間的溫度，自動(dòng)控制變頻器輸出頻率較大的交流電，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速加快，壓縮機(jī)的制冷量加大，達(dá)到快速制冷或制熱的目的。相反，當(dāng)房間的制冷或制熱量較小時(shí)，壓縮機(jī)以正常速度或較低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，變頻空調(diào)具有連續(xù)的制冷量的調(diào)節(jié)，使 得房間的溫度波動(dòng)較小。在壓縮機(jī)工作過程中，微電腦系統(tǒng)控制變頻壓縮機(jī)的同時(shí)，也控制電子膨脹閥的開啟度，保持適當(dāng)?shù)闹评鋭┑牧髁浚瑥亩苯痈淖冋舭l(fā)器中制冷劑的流量使其狀態(tài)發(fā)生變化，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與膨脹閥的開啟度相對(duì)應(yīng)，壓縮機(jī)的排氣量與膨脹閥的供液量相對(duì)應(yīng)，使過熱度不至于太大，使蒸發(fā)器的能力達(dá)到最大限度的發(fā)揮，從而使制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最高效率的控制。 以下是變頻空調(diào)的基本構(gòu)成圖： 圖 變頻空調(diào)的原理結(jié)構(gòu)圖 ⑶ 、 我們將從這張圖上來解釋和詮釋，變頻空調(diào)制冷、制熱以及各工作的原理 。 變頻 空調(diào)器與普通空調(diào)器或稱定轉(zhuǎn)速空調(diào)器的主要區(qū)別是前者增加了變頻器。變頻空調(diào)器的微電腦隨時(shí)收集室內(nèi)環(huán)境的有關(guān)信息與內(nèi)部的設(shè)定值比較，經(jīng)運(yùn)算處理輸出控制信號(hào)。交流變頻空調(diào)器的工作原理是把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并把它送到功率模塊 (大功率晶體管開關(guān)組合 )；同時(shí)模塊受微電腦送來的控制信號(hào)控制，輸出頻率可調(diào)的交變電源 (合成波形近似正弦波 )，使壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化作相應(yīng)的變化，從而控制壓縮機(jī)的排量，調(diào)節(jié)制冷量或制熱量。直流變頻空調(diào)器同樣把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并送至功率模塊，模塊同樣受微電腦送來的控制信 號(hào)控制，所不同的是模塊輸出受控的直流電源 (無逆變環(huán)節(jié) )送至壓縮機(jī)的直流電機(jī)，控制壓縮機(jī)的排量，因此直流變頻空調(diào)器更省基于 SPCE061A單片機(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說明書） 9 電，噪聲更小。 其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 、 舒適性 以及其特點(diǎn) 如下 ： 變頻器能使壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無級(jí)連續(xù)可調(diào)，其轉(zhuǎn)速是根據(jù)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷而成比例變化的，當(dāng)室內(nèi)需要急速降溫 (或急速升溫 )，空調(diào)負(fù)荷加大時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速就加快，制冷量 (或制熱量 )就按比例增加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，隨即處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)維持室溫基本不變。 變頻空調(diào)器的節(jié)流是運(yùn)用電子膨脹閥控制流量，它的室外微處理器可以根據(jù)設(shè)在膨脹閥進(jìn)出口、壓縮機(jī)中 氣管處的溫度傳感器收集的信息來控制閥門的開啟度，隨時(shí)改變制冷劑的流量。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與膨脹閥的開啟度相對(duì)應(yīng)，使蒸發(fā)器的能力得到最大限度的發(fā)揮。同時(shí)，由于采用了電子膨脹閥作為節(jié)流元件，化霜時(shí)不停機(jī)，利用壓縮機(jī)排氣的熱量先向室內(nèi)供熱，余下熱量送到室外，將換熱器翅片上的霜融化。 常規(guī)定速熱泵型空調(diào)器的制熱量、制熱系數(shù)受室外環(huán)境的影響較大。天氣越冷，房間需要的供熱量就越大，然而此時(shí)由于室外溫度低，蒸發(fā)溫度也就越低，室外機(jī)從環(huán)境中所能提取的熱量就少，因此往往不能達(dá)到供熱需求，也就是說常規(guī)定速熱泵運(yùn)行的熱舒適性 較差。而變頻熱泵空調(diào)器就能克服這一缺陷。在室外溫度較低時(shí)，它能以較高的頻率運(yùn)行，因此變頻熱泵在供熱需求量高的寒冷天氣里依舊能提供足夠的供熱量，運(yùn)行的熱舒適性較好，制冷亦然 。 、 設(shè)計(jì)方案的提出、論證和確定 設(shè)計(jì)方案是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在滿足設(shè)計(jì)要求和目的的前提條件下，利用最有價(jià)值的電路和控制方法完成設(shè)計(jì)的要求。本次設(shè)計(jì)的變頻空調(diào)由任務(wù)書可以知由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，各完成自己的控制功能和控制算法。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)之前我們除了，前面了解設(shè)計(jì)的原理等外，還要很明確地知道設(shè)計(jì)的要求、目的和設(shè)計(jì) 的 設(shè)備要實(shí)現(xiàn)的功能。 、 首先明確 變頻空調(diào) 設(shè)計(jì)的 主要 內(nèi)容 是 ： 作為 室內(nèi)單元（ 上位機(jī) ） 的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求我們可以看出，需要設(shè)計(jì) 的模塊 有 ： (1) 檢測室內(nèi)溫度和室內(nèi)盤管溫度，計(jì)算出室內(nèi)溫度變化率 。 (2) 檢測電壓電流是否正常 。 (3) 接受遙控器傳來的信號(hào)，并判斷用戶要求是否合理 。 (4) 將室內(nèi)各溫度參數(shù)以及用戶要求傳遞給室外控制單元，并接受反饋的 目標(biāo)信號(hào) ， 確定工作狀態(tài)的變化 。 (5) 控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式，即進(jìn)行風(fēng)速調(diào)節(jié) 。 (6) 控制導(dǎo)風(fēng)板的工作狀態(tài)，即調(diào)節(jié)它的開度大小來 控制風(fēng)向 。 基于 SPCE061A單片機(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說明書） 10 (7) 控制百葉窗的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)室內(nèi)吹風(fēng)是否擺風(fēng) 。 (8) 負(fù)離子空氣凈化功能 。 (9) 具有自檢功能，并顯示空調(diào)現(xiàn)行工作狀態(tài) 。 (10)五種運(yùn)轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn) :自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式、制熱運(yùn)轉(zhuǎn)方式、制冷運(yùn)轉(zhuǎn)方式、除濕運(yùn)轉(zhuǎn)方式、送風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式 。 (11)24小時(shí)定時(shí)開機(jī)、關(guān)機(jī) 。 (12)時(shí)間延遲安全控制 。 (13)睡眠運(yùn)轉(zhuǎn)控制 。 (14)工作指示燈顯示 (上電，睡眠，定時(shí) )。 (15)室內(nèi)換熱器盤管過熱保護(hù) 。室內(nèi)風(fēng)機(jī)工作異常保護(hù)。 根據(jù)以上介紹的變頻空調(diào)室內(nèi)機(jī)的控制功能，可以看出室內(nèi)機(jī)器在整個(gè)系統(tǒng)中處于主要地位， 負(fù)責(zé)傳遞數(shù)據(jù)，并按照室外控制單元的要求進(jìn)行工作，它是空調(diào)系統(tǒng)中與用戶最為密切相關(guān)的部分，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)性能是否優(yōu)越、用戶滿意度如何起著決定性的作用，不容忽視 。 按照任務(wù)書和以上的分析，可以看出，變頻空調(diào)的設(shè)計(jì)是一個(gè)集電子電路設(shè)計(jì) 、控制理論設(shè)計(jì)、熱力學(xué)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用、以及程序設(shè)計(jì)為一體的大型系統(tǒng) 。 空調(diào)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長時(shí)間，各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到成熟的標(biāo)準(zhǔn)，所以本次設(shè)計(jì)中，將在個(gè)別技術(shù)難點(diǎn)了進(jìn)行詳細(xì)的說明和設(shè)計(jì)，在一些已經(jīng)很成熟和完美的單元模塊，我們將采用比較成熟和性價(jià)比高的單元器件，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求 ，滿足設(shè)計(jì)的內(nèi)容的目的。 在電源模塊、溫度采集 AD轉(zhuǎn)換模塊、以及風(fēng)扇電機(jī)的控制模塊不做詳細(xì)的敘述，主要是在紅外信號(hào)的接收、 PID控制的算法、步進(jìn)電機(jī)的控制、以及 SPCE061A單片機(jī)本身存在的不適合本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行詳盡的敘述。下面將從各個(gè)單元入手逐個(gè)詳盡地介紹單元模塊的設(shè)計(jì)方案，并做出舍取。 、具體單元電路設(shè)計(jì)方案的提出和論證 電源模塊的設(shè)計(jì)： 本次設(shè)計(jì)中的電源供電模塊，主要 要求要滿足提供給系統(tǒng)所需要的所有 電源，包括： +5V 主控板用電， +12V 導(dǎo)風(fēng)板用電及繼電器 、室外電子膨脹閥 、報(bào)警電路用電 ， 220V 風(fēng)扇電機(jī)、室外壓縮機(jī)用電 等。 對(duì)滿足這樣的供電要求的設(shè)備，我提出以下兩個(gè)方案： ⑴、方案一，主電源取市電 220v，進(jìn)線經(jīng)過電容濾波、壓敏電阻保護(hù)，經(jīng) 1級(jí)變壓器變成 的交流電，經(jīng)過整流電路整成 +12v 左右的直流點(diǎn)，經(jīng) 7812穩(wěn)壓器穩(wěn)成 +12v 的控制電壓供控制單元使用。這個(gè) +12vDC 電源經(jīng) 7805 穩(wěn)壓器穩(wěn)成 +5v 的控制器 SPCE061A 用電。風(fēng)扇電機(jī)和室外用點(diǎn)可以直接經(jīng)過電源側(cè)接到室基于 SPCE061A單片機(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說明書） 11 外接口上，供室外設(shè)備用。經(jīng)過這些單元器件完成簡單的電源電路的設(shè)計(jì)。 ⑵、方案二，主電源取市電 220v，進(jìn)線經(jīng)過電容濾波、壓敏電阻保護(hù)，經(jīng)過三 繞組變壓器變成 和 兩個(gè)電壓等級(jí)的分列式電源， 經(jīng)過 7812穩(wěn)壓器穩(wěn)成 +12DC 電源，滿足驅(qū)動(dòng)電源的要求。 經(jīng)過 7805 穩(wěn)壓器穩(wěn)成 +5v 電源供控制器 SPCE061A 使用。 在上述方案中， 方案一，在電路設(shè)計(jì)上，追求電源的同頻和電源的設(shè)計(jì)電路的簡單，可以節(jié)省變壓器的成本，但是在抗干擾上， +12v 和 +5v 接在一起，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行不利。方案二，采用三繞組變壓器設(shè)計(jì)，這樣 +12v和 +5v 電源就分開來，這對(duì)于單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn) 行和系統(tǒng)的安全是有很大好處的。所以在電源設(shè)計(jì)中，我們采用三繞組變壓器設(shè)計(jì)方案，完成電源單元電路的設(shè)計(jì)。 溫度采集模塊的設(shè)計(jì) 方案 ： 本設(shè)計(jì)中的要求是，室內(nèi)機(jī)（上位機(jī)）的溫度采集主要有兩部分的溫度，一個(gè)是室內(nèi)環(huán)境溫度的采集，這部分的溫度采集主要是用于反饋室內(nèi)的溫度信息給控制器再由控制器經(jīng)過運(yùn)算后做出合理的調(diào)節(jié)；另外還有室內(nèi)蒸發(fā)器的盤管的溫度的采集，這部分溫度的采集主要是用于反饋給下位機(jī)的壓縮機(jī)和電子膨脹閥控制所用，根據(jù)盤管的溫度值經(jīng)過一系列算法來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和電子膨脹閥的開度。 在溫 度采集電路的設(shè)計(jì)中，要考慮到滿足設(shè)計(jì)溫度采集的精度的要求，還要符合控制器即 SPCE061A單片機(jī)的端口承受的電壓或電流值 ，在本設(shè)計(jì)中控制器SPCE061A的端口承受的最大電壓是 ，所以在設(shè)計(jì)上要合理地選擇溫度傳感器和溫度電路的設(shè)計(jì)。對(duì)此 有以下幾種方案： 方案一：采用電阻分壓，電容隔離干擾的，阻容溫度采集電路，在這種電路中我們采用熱敏電阻作為溫度傳感器，接 +5v電壓，當(dāng)溫度傳感器即熱敏電阻受到溫度的變化而阻值發(fā)生變化的時(shí)候，反在分壓電阻上的電壓值就發(fā)生了變化，這樣一來，在控制器的端口即 SPCE061A的 A口就能根據(jù)不同的電壓值，進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換后送到控制器中進(jìn)行處理。 方案二：采用電阻和電容并聯(lián)，然后再串聯(lián)，組成比較電路，將測到的熱敏電阻上電壓變化，與給 定 的電壓值進(jìn)行比較， 采用隔離干擾的措施，使檢測到的電壓值更加準(zhǔn)確。在溫度傳感器的選擇上我們可以選擇熱敏電阻或者金屬電阻，這就有象銅電阻、鉑熱電阻等。 在傳感器的選擇上，我們這次設(shè)計(jì)的精度是177。 1℃，對(duì)于鉑熱電阻，精度高而且電流小，用于控制器非常合適，但是鉑熱電阻對(duì)在其輔助電路上的電阻的匹配要求很嚴(yán)格，這點(diǎn)在我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)中不易做到，所以現(xiàn)在暫且不能選用。 采用專門的溫度傳感器模塊，可以大大節(jié)省控制器的端口的占用也可以減少程序的編輯，在精度上和設(shè)備的可靠性上也是很好的，但是這會(huì)無形中提高設(shè)計(jì)成本，對(duì)基于 SPCE061A單片機(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說明書） 12 于產(chǎn)品的推廣很不利。采用金屬電阻，金屬電阻原理簡單，設(shè)備也簡單，但是精度不高，容易受到外界的干擾，這就在外圍的輔助電路設(shè)計(jì)上加大了工作量 ，不利于整個(gè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度的安排。 再看了以上幾種傳感器的基礎(chǔ)上，我們考慮到設(shè)計(jì)中的，精度的要求，性價(jià)比的要求，設(shè)計(jì)電路成本和規(guī)模的要求，準(zhǔn)備采用熱敏電阻來做。熱敏電阻具有的部分特性，比如在 50℃ — +100℃之間其近似線性的特性， 這對(duì)于我們的計(jì)算和程序的設(shè)計(jì)都非常有利，而且熱敏電阻的設(shè)計(jì)外圍電路也簡單，成本低，對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)中的 PCB的制作和原理的熟悉都非常有利。 顯示模塊 的設(shè)計(jì) 方案： 在本次設(shè)計(jì)中，顯示電路主要是顯示室內(nèi)環(huán)境的溫度值、認(rèn)為設(shè)定的溫度值、運(yùn)行顯示、故障顯示、 除濕顯示、除霜顯示等。這些顯示有的是表示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有的顯示控制的過程及結(jié)果。顯示部分是控制器和設(shè)備與人之間交流的一種方式，這部分可以采用 LED和 LCD兩種顯示方式，本設(shè)計(jì)中考慮到程序編輯和成本，我們選用 LED顯示，用 4個(gè) LED8段顯示室內(nèi)溫度和設(shè)定 溫度值，用 4個(gè) LED顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在顯示設(shè)定方案中，我們將提出以下幾種方進(jìn)行比較和論證，最后選擇最適合我們的，如下： 方案一：這里主要將室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度的顯示塊進(jìn)行詳細(xì)分析。溫度的十進(jìn)制顯示，在顯示中我們采用 1塊 MC14495為譯碼、驅(qū)動(dòng)電路 ，利用控制器 8個(gè)端口輸出 8位數(shù)據(jù)，分別經(jīng)鎖存器后送入 LED顯示，時(shí)鐘信號(hào)用普通 I/O的中斷方式來實(shí)現(xiàn)。 這樣