【正文】 基于 SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 1 第 1 章 緒 論 空調是伴隨社會生產(chǎn)力的發(fā)展，在生產(chǎn)過程所要求的空氣狀態(tài)以及人類自身工作和居住所要求的空氣狀態(tài)不斷提高的條件下產(chǎn)生和發(fā)展的。 空調器又叫空氣調節(jié)器，它的功能是通過制冷或制熱調節(jié)室內溫度和濕度，并使之保持在一定的范圍內。夏季溫度較高，濕度較大，空調器可以降溫和減濕，使室內溫度維持在 2226℃，相對濕度維持在 55﹪ 66﹪。冬季氣溫較低而且干燥，空調器可以升溫和加濕，使室內溫度維持在 2022℃，相對濕度維持在 55﹪ 60﹪。空調器還可以用來調節(jié)室內空氣流動速度，因流動的空氣比靜止的空氣使人感 覺舒適（在制冷時，室內空氣的流速以不超過 0． 5m/s 的速度吹出 1517℃的冷空氣為宜）。此外，污濁空氣中的塵埃附有很多細菌，經(jīng)空調器可以凈化，并可將新空氣的物理和化學狀態(tài)的十大因素：溫度、濕度、流速、空氣的分布狀態(tài)、壓力、灰塵量、細菌量、氣味、有毒氣體以及有害離子的含量。 空調以其服務對象不同可分為舒適性空調和工藝性空調兩類。前者以滿足使用者和居住者的熱舒適為主要目的；后者則以滿足工藝生產(chǎn)過程對空氣環(huán)境的要求為主要目的。 一個既定空間內的空氣環(huán)境，一般要經(jīng)受來自空間內部產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物的干擾及來自 空間外部氣候變化、太陽輻射和外氣中有害物的干擾。消除上述干擾的技術手段是通過空氣和水等介質，經(jīng)熱、質交換將多余的熱、濕和有害物轉移、置換或沖淡。 隨著近年來我國人民生活水平的提高，空調越來越多的進入到普通家庭。我國已成為世界上的空調生產(chǎn)和消費大國。與變頻空調相比，定速空調存在高能耗，低效，溫度波動大，舒適感較差等缺點，因此，變頻空調一經(jīng)推出，就引起了政府、廠家和用戶的關注。目前我國的空調市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些變頻空調，為減小房間溫度的波動，使人感覺到舒適，同時又能節(jié)點，提高用電效率，而且使空調的控制功能強，控 制設計人性化，這就為空調器的設計提出了更高的要求，本設計就是在此背景下提出的?；?SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 2 第 2 章 設計任務概述及設計要求 、設計的內容、功能及技術指標 ： 設計的主要內容 ： 采用 SPCE061A 單片機，設計一套變頻空調的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成。 主要設計參數(shù)為： 電源： AC220V/50HZ，壓縮機的功率為 2KW，風扇電機為 AC220V/20W，換向閥為 AC220V/20W。 做為上位機要承擔的主要設計內容是： ⑴、 與同組同學完成系統(tǒng)的整體設計和集成； ⑵、采用 SPCE061A 單 片機，獨自完成上為機的設計，包括硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括控制單元、室內溫度的檢測電路、室內風扇電機的控制電路、導風板電機的控制電路、 LED/LCD 顯示電路、遙控接收電路、 RS485 通訊電路等，軟件包括控制算法的計算、流程圖、程序編寫與調試等； ⑶、完成相關的設計圖紙和設計說明書的撰寫，并且通過畢業(yè)設計答辯。 設計實現(xiàn)的主要功能 ： ⑴、控制系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成。室內機作為上位機，室外機作為下位機。上位機實現(xiàn)對室內溫度的采集、室內機的控制、紅外遙控信號的接收和處理、 LED/LCD 顯示室 內溫度、設定值溫度、運行狀態(tài)等、導風板電機的控制、室內風扇電機的控制、以及與下位機的通信等，對下位機，上位機要實現(xiàn)對下位機的控制、保護、以及硬件的管理等作用。下位機要實現(xiàn)室外溫度信號的采集（包括冷凝器溫度和壓縮機的溫度）、壓縮機的運行控制、換向閥的運行控制，室外風扇電機的控制、以及與上位機的通訊等功能； ⑵、逆變電路的主要電路采用智能功率模塊 IPM，也可以采用自行設計的合理的電路； ⑶、上位機與下位機的通訊要采用 RS485 的總線通訊方式； ⑷、壓縮機的驅動脈沖采用 PWM 控制方式。 主要技術指標 電壓波動范圍為： 160V— 260V，室內溫度控制精度為：177。 1℃，壓縮機的運轉頻率范圍為： 30— 100HZ，啟動頻率為： 20HZ，空調使用溫度條件為： 15℃ —+45℃。 基于 SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 3 第 3 章 硬件設計 由設計任務要求知，硬件設計是本設計控制器設計的基礎設計部分，也是從原理上去理解設計內容，給出基本設計方案和思路的設計。硬件設計主要由設計理論知識的理解與分析，設計方案的提出、論證以及確定，具體單元電路的設計、計算、實驗數(shù)據(jù)的處理，還有具體設計和元器件的選擇等。硬件設計這 部分我將從設計方案的確定和具體硬件電路的設計兩章來敘述。 方案的提出和選擇 隨著近年來我國人民生活水平的提高，空調越來越多的進入到普通家庭。我國已成為世界上的空調生產(chǎn)和消費大國。與變頻空調相比，定速空調存在高能耗，低效，溫度波動大，舒適感較差等缺點，因此，變頻空調一經(jīng)推出，就引起了政府、廠家和用戶的關注。目前我國的空調市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些變頻空調，為減小房間溫度的波動，使人感覺到舒適，同時又能節(jié)點，提高用電效率，而且使空調的控制功能強，控制設計人性化，這就為空調器的設計提出了更高的要求，本設計就是在此 背景下提出的。我們將從空調的基本原理入手，逐步了解和深入，在此基礎上提出我們合理的設計方案。 、 設計 原理 設計原理就是設計的理論依據(jù)和科學校驗。本設計中控制的核心部分是單片機即 SPCE061A 單片機，控制的對象就是空調機。首先我們就單片機為什么能作為主控制器芯片來進行控制給以闡述，再次將對空調器的原理加以描述，結合單片機的控制，變頻空調又是怎么工作的加以理解。 、 SPCE061A 應用于空調控制的原理 SPCE061A 型單片機是由陵陽科技公司最新推出的一款 16 位的微處理器。具有體積小、 集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結構簡單、中斷能力強等特點，內嵌 32K 字閃存 FLASH、處理速度快、能夠很方便地完成普通單片機的功能。是進行畢業(yè)生設計的理想產(chǎn)品。 SPCE061A 具有的這些功能完全滿足我們設計空調控制器的要求，而且其簡單的結構、操作性強的編程語言、以及其便宜的價格都是我們做畢業(yè)設計并進行實踐的首選產(chǎn)品。在這次設計中，我們要用到普通的 I/O 口、具有串行通信功能的串行數(shù)據(jù)輸出口、還要有外部中斷和外部時鐘控制等端口。 SPCE061A 內核采用 16 位的微處理器，工作電壓在 — 之間， I/O 端口基于 SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 4 的高電平是 ，具有驅動一般設備的電壓等級，其內部內置 2KB 的 SRAM 和32KB 的內存 FLASH，兩個 16 位的可編程定時器 /計數(shù)器提供了方便的計時和計數(shù)功能，兩路 10 位數(shù) /模轉換（ DAC）輸出通道， 32 位的通用可編程 I/O 端口 A口 B 口， 14 個中斷源和 7 通道的 10 位電壓模 /數(shù)轉換（ ADC）和單通道的聲音模/數(shù)轉換，這些都為我們的設計提供了良好的接入口，完全滿足我們設計的要求，也能實現(xiàn)我們實際的功能和目的。 SPCE061A 是繼 u’nSP 系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一個 16位結構的 微控制器。目前有兩種封裝形式： 84 引腳的 PLCC84 封裝和 80 引腳的LQFP80 貼片封裝。主要性能如下 ： ■16位 u’nSP 微處理器； ■工作電壓： VDD 為 ~(CPU), VDDH 為 ~(I/O)； ■CPU時鐘： 32768Hz~ ； ■內置 2K 字 SRAM、內置 32K FLASH； ■可編程音頻處理； ■32位通用可編程輸入 /輸出端口； ■32768Hz 實時時鐘，鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； ■16位可編程定時器 /計數(shù)器 (可自動預置初始計數(shù)值 )； ■2個 10 位 DAC(數(shù) 模轉換 )輸出通道； ■7通道 10 位電壓模 數(shù)轉換器 (ADC)和單通道語音模 數(shù)轉換器； ■聲音模 數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器自動增益控制 (AGC)功能； ■系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時鐘處于停止狀態(tài) )耗電小于 ； ■具備觸鍵喚醒的功能； ■14個中斷源：定時器 A / B， 2 個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等； ■使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； ■具備異步、同步串行設備接口； ■具有 WatchDog 功能 ■具有保密能力； SPCE061A 具有的我們設計中能用到的參數(shù)特性： 特性參數(shù) SPCE061A SRAM 容量 2K 字 ROM 容量 (字 ) 32K 閃存 ROM 并行 I/O 端口 A IOA15~0 并行 I/O 端口 B IOB15~0 音頻輸出方式 DAC179。 2 基于 SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 5 再有SPCE061A 的時鐘最高可達 49M， 具有 32 個 I/O 口，而且具有一定的語音處理功能等，這些都為我們實現(xiàn)電路提供了非常便利的條件。同時也因為開發(fā)環(huán)境友好，易用，方便 同時配有語音播放 函數(shù)，這些大大加快系統(tǒng)開發(fā)設計。本系統(tǒng)核心是控制算法的設計和實現(xiàn)，各方面指標基本達到題目要求。 、變頻空調機的原理和基本組成： (一 )、空調器的基本組成和制冷制熱原理： 空調器的基本組成 空調是伴隨社會生產(chǎn)力的發(fā)展，在生產(chǎn)過程所要求的空氣狀態(tài)以及人類自身工作和居住所要求的空氣狀態(tài)不斷提高的條件下產(chǎn)生和發(fā)展的。 一個既定空間內的空氣環(huán)境，一般要經(jīng)受來自空間內部產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物的干擾及來自空間外部氣候變化、太陽輻射和外氣中有害物的干擾。消除上述干擾的技術手段是通過空氣和水等介質，經(jīng)熱、 質交換將多余的熱、濕和有害物轉移、置換或沖淡。一個空調系統(tǒng)一般由圖 11 所示的各部分組成，其中空氣處理裝置是實現(xiàn)熱、濕交換的核心部分。 中斷源 TimerA/B、時基信號發(fā)生器、外部中斷、觸鍵喚醒 喚醒源 IOA7~0 其它中斷源 定時 /計數(shù)器 雙 16 位加計數(shù)定時器 /計數(shù)器 雙通道 PWM 輸出 UART 具備 ADC 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉換器 (ADC)和 單通道聲音模數(shù)轉換器 (ADC) 串行 SRAM 接口 具備 (凌陽格式 ) 晶振 具備 低電壓復位 具備 低電壓監(jiān)測 具備 內置 ICE 接口 具備 上電復位 具備 定時器 具備 麥克風放大器和 自動增益控制 單通道 節(jié)電功能 具備 中斷控制功能 具備 基于 SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 6 圖 空調器的基本組成 空調機工作的能量轉換依據(jù) ： 空調之所以能夠制冷制熱，它主要是遵循熱力學原理，即： 熱力學第一定律：即熱傳導 中的能量守恒定律 熱力學第二定律 : (1)機械功可以全部變成熱，但熱卻不能無條件地全部轉換成機械功，即不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌淖兓＃?2）不可能把熱從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。 這就是說：只要借助于外界的力量（即“人工補償”），就能完成將熱量從低溫物體（被冷卻介質）傳向高溫物體（環(huán)境介質）的過程，從而實現(xiàn)制取冷量的目的。對制冷劑而言，壓力越低，其汽化的溫度點越高。這樣，我們就可以通過控制壓縮機輸出的壓力，來使制冷裝置輸出我們想要的溫度值。 空調器的制冷原理： 制冷實質 就是能量的轉移。制冷就是把房間內的熱量，通過制冷系統(tǒng)的壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器的工作置換到房間外面。制熱的過程（熱泵型）與制冷是相反的。在制冷的過程中，壓縮機是能量的搬運者，制冷劑 THR03b 為運送能量的媒介。 空調器的制熱原理 ： 空調器的制熱可分為電熱制熱和熱泵制熱兩種方式。 ⑴ 、電熱制熱 電熱制熱方式的加熱元件有電熱管和 PTC 兩種。電熱制熱的原理是：空調器接通電源，發(fā)熱元件表面溫度升高。當達到設定溫度值時，分機運轉。室內空氣被分機吸入到發(fā)熱元件表面，流經(jīng)發(fā)熱元件后溫度升高。升溫后的空氣又被吹入室 內，如此不斷的循環(huán)，使室內空氣空氣溫度逐漸升高，從而達到取暖的目的。 ⑵ 、 熱泵制熱 熱泵型空調器與單冷型空調器的不同之處是在室外機增置了一個四通換向閥，在制熱時它能使室外、室內熱交換器（也稱蒸發(fā)冷凝器和冷凝蒸發(fā)器）的制基于 SPCE061A單片機的變頻空調控制器的設計的論文（說明書） 7 冷劑流向“轉換”，將壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑氣體轉換流向室內，從而達到室內制熱的目的 。 除濕原理： ⑴、環(huán)境決定 夏天濕度較大霉菌易于生長，產(chǎn)生異味，且給人以悶熱的感覺。除濕可以給人們提供健康的生存環(huán)境，使皮膚感覺干爽舒適，使人們的生活品位有所提高。 ⑵、除濕原理 空調器制冷時，室 內熱交換器表面溫度低于室內空氣露淀，室內熱空氣經(jīng)過熱交換器時，空氣中的部分水蒸氣