【正文】 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(shuō)明書(shū)） 1 第 1 章 緒 論 空調(diào)是伴隨社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，在生產(chǎn)過(guò)程所要求的空氣狀態(tài)以及人類(lèi)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(diào)器又叫空氣調(diào)節(jié)器，它的功能是通過(guò)制冷或制熱調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度，并使之保持在一定的范圍內(nèi)。夏季溫度較高，濕度較大，空調(diào)器可以降溫和減濕，使室內(nèi)溫度維持在 2226℃，相對(duì)濕度維持在 55﹪ 66﹪。冬季氣溫較低而且干燥，空調(diào)器可以升溫和加濕，使室內(nèi)溫度維持在 2022℃，相對(duì)濕度維持在 55﹪ 60﹪?？照{(diào)器還可以用來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣流動(dòng)速度，因流動(dòng)的空氣比靜止的空氣使人感 覺(jué)舒適（在制冷時(shí)，室內(nèi)空氣的流速以不超過(guò) 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(xì)菌，經(jīng)空調(diào)器可以?xún)艋?，并可將新空氣的物理和化學(xué)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(xì)菌量、氣味、有毒氣體以及有害離子的含量。 空調(diào)以其服務(wù)對(duì)象不同可分為舒適性空調(diào)和工藝性空調(diào)兩類(lèi)。前者以滿(mǎn)足使用者和居住者的熱舒適為主要目的；后者則以滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)過(guò)程對(duì)空氣環(huán)境的要求為主要目的。 一個(gè)既定空間內(nèi)的空氣環(huán)境，一般要經(jīng)受來(lái)自空間內(nèi)部產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物的干擾及來(lái)自 空間外部氣候變化、太陽(yáng)輻射和外氣中有害物的干擾。消除上述干擾的技術(shù)手段是通過(guò)空氣和水等介質(zhì)，經(jīng)熱、質(zhì)交換將多余的熱、濕和有害物轉(zhuǎn)移、置換或沖淡。 隨著近年來(lái)我國(guó)人民生活水平的提高，空調(diào)越來(lái)越多的進(jìn)入到普通家庭。我國(guó)已成為世界上的空調(diào)生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。與變頻空調(diào)相比，定速空調(diào)存在高能耗，低效，溫度波動(dòng)大，舒適感較差等缺點(diǎn)，因此，變頻空調(diào)一經(jīng)推出，就引起了政府、廠(chǎng)家和用戶(hù)的關(guān)注。目前我國(guó)的空調(diào)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些變頻空調(diào)，為減小房間溫度的波動(dòng)，使人感覺(jué)到舒適，同時(shí)又能節(jié)點(diǎn)，提高用電效率，而且使空調(diào)的控制功能強(qiáng)，控 制設(shè)計(jì)人性化，這就為空調(diào)器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，本設(shè)計(jì)就是在此背景下提出的。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(shuō)明書(shū)） 2 第 2 章 設(shè)計(jì)任務(wù)概述及設(shè)計(jì)要求 、設(shè)計(jì)的內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo) ： 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ： 采用 SPCE061A 單片機(jī)，設(shè)計(jì)一套變頻空調(diào)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)為： 電源： AC220V/50HZ，壓縮機(jī)的功率為 2KW，風(fēng)扇電機(jī)為 AC220V/20W，換向閥為 AC220V/20W。 做為上位機(jī)要承擔(dān)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是： ⑴、 與同組同學(xué)完成系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和集成； ⑵、采用 SPCE061A 單 片機(jī)，獨(dú)自完成上為機(jī)的設(shè)計(jì)，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(nèi)溫度的檢測(cè)電路、室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)的控制電路、導(dǎo)風(fēng)板電機(jī)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(jì)算、流程圖、程序編寫(xiě)與調(diào)試等； ⑶、完成相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)，并且通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能 ： ⑴、控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。室內(nèi)機(jī)作為上位機(jī)，室外機(jī)作為下位機(jī)。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的采集、室內(nèi)機(jī)的控制、紅外遙控信號(hào)的接收和處理、 LED/LCD 顯示室 內(nèi)溫度、設(shè)定值溫度、運(yùn)行狀態(tài)等、導(dǎo)風(fēng)板電機(jī)的控制、室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)的控制、以及與下位機(jī)的通信等，對(duì)下位機(jī)，上位機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的控制、保護(hù)、以及硬件的管理等作用。下位機(jī)要實(shí)現(xiàn)室外溫度信號(hào)的采集（包括冷凝器溫度和壓縮機(jī)的溫度）、壓縮機(jī)的運(yùn)行控制、換向閥的運(yùn)行控制，室外風(fēng)扇電機(jī)的控制、以及與上位機(jī)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(shè)計(jì)的合理的電路； ⑶、上位機(jī)與下位機(jī)的通訊要采用 RS485 的總線(xiàn)通訊方式； ⑷、壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖采用 PWM 控制方式。 主要技術(shù)指標(biāo) 電壓波動(dòng)范圍為： 160V— 260V，室內(nèi)溫度控制精度為：177。 1℃，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率范圍為： 30— 100HZ，啟動(dòng)頻率為： 20HZ，空調(diào)使用溫度條件為： 15℃ —+45℃。 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(shuō)明書(shū)） 3 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)任務(wù)要求知，硬件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)部分，也是從原理上去理解設(shè)計(jì)內(nèi)容，給出基本設(shè)計(jì)方案和思路的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要由設(shè)計(jì)理論知識(shí)的理解與分析，設(shè)計(jì)方案的提出、論證以及確定，具體單元電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，還有具體設(shè)計(jì)和元器件的選擇等。硬件設(shè)計(jì)這 部分我將從設(shè)計(jì)方案的確定和具體硬件電路的設(shè)計(jì)兩章來(lái)敘述。 方案的提出和選擇 隨著近年來(lái)我國(guó)人民生活水平的提高，空調(diào)越來(lái)越多的進(jìn)入到普通家庭。我國(guó)已成為世界上的空調(diào)生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。與變頻空調(diào)相比，定速空調(diào)存在高能耗，低效，溫度波動(dòng)大，舒適感較差等缺點(diǎn)，因此，變頻空調(diào)一經(jīng)推出，就引起了政府、廠(chǎng)家和用戶(hù)的關(guān)注。目前我國(guó)的空調(diào)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些變頻空調(diào)，為減小房間溫度的波動(dòng)，使人感覺(jué)到舒適，同時(shí)又能節(jié)點(diǎn)，提高用電效率，而且使空調(diào)的控制功能強(qiáng)，控制設(shè)計(jì)人性化，這就為空調(diào)器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，本設(shè)計(jì)就是在此 背景下提出的。我們將從空調(diào)的基本原理入手，逐步了解和深入，在此基礎(chǔ)上提出我們合理的設(shè)計(jì)方案。 、 設(shè)計(jì) 原理 設(shè)計(jì)原理就是設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和科學(xué)校驗(yàn)。本設(shè)計(jì)中控制的核心部分是單片機(jī)即 SPCE061A 單片機(jī)，控制的對(duì)象就是空調(diào)機(jī)。首先我們就單片機(jī)為什么能作為主控制器芯片來(lái)進(jìn)行控制給以闡述，再次將對(duì)空調(diào)器的原理加以描述，結(jié)合單片機(jī)的控制，變頻空調(diào)又是怎么工作的加以理解。 、 SPCE061A 應(yīng)用于空調(diào)控制的原理 SPCE061A 型單片機(jī)是由陵陽(yáng)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(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，內(nèi)嵌 32K 字閃存 FLASH、處理速度快、能夠很方便地完成普通單片機(jī)的功能。是進(jìn)行畢業(yè)生設(shè)計(jì)的理想產(chǎn)品。 SPCE061A 具有的這些功能完全滿(mǎn)足我們?cè)O(shè)計(jì)空調(diào)控制器的要求，而且其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、操作性強(qiáng)的編程語(yǔ)言、以及其便宜的價(jià)格都是我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)踐的首選產(chǎn)品。在這次設(shè)計(jì)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(shí)鐘控制等端口。 SPCE061A 內(nèi)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(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說(shuō)明書(shū)） 4 的高電平是 ，具有驅(qū)動(dòng)一般設(shè)備的電壓等級(jí)，其內(nèi)部?jī)?nèi)置 2KB 的 SRAM 和32KB 的內(nèi)存 FLASH，兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器提供了方便的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能，兩路 10 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換（ DAC）輸出通道， 32 位的通用可編程 I/O 端口 A口 B 口， 14 個(gè)中斷源和 7 通道的 10 位電壓模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ ADC）和單通道的聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換，這些都為我們的設(shè)計(jì)提供了良好的接入口，完全滿(mǎn)足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求，也能實(shí)現(xiàn)我們實(shí)際的功能和目的。 SPCE061A 是繼 u’nSP 系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽(yáng)科技推出的又一個(gè) 16位結(jié)構(gòu)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(shí)鐘： 32768Hz~ ； ■內(nèi)置 2K 字 SRAM、內(nèi)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(shí)時(shí)時(shí)鐘，鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； ■16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值 )； ■2個(gè) 10 位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； ■7通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道語(yǔ)音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器； ■聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器自動(dòng)增益控制 (AGC)功能； ■系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )耗電小于 ； ■具備觸鍵喚醒的功能； ■14個(gè)中斷源：定時(shí)器 A / B， 2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，時(shí)基，鍵喚醒等； ■使用凌陽(yáng)音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； ■具備異步、同步串行設(shè)備接口； ■具有 WatchDog 功能 ■具有保密能力； SPCE061A 具有的我們?cè)O(shè)計(jì)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(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說(shuō)明書(shū)） 5 再有SPCE061A 的時(shí)鐘最高可達(dá) 49M， 具有 32 個(gè) I/O 口，而且具有一定的語(yǔ)音處理功能等，這些都為我們實(shí)現(xiàn)電路提供了非常便利的條件。同時(shí)也因?yàn)殚_(kāi)發(fā)環(huán)境友好，易用，方便 同時(shí)配有語(yǔ)音播放 函數(shù)，這些大大加快系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)核心是控制算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，各方面指標(biāo)基本達(dá)到題目要求。 、變頻空調(diào)機(jī)的原理和基本組成： (一 )、空調(diào)器的基本組成和制冷制熱原理： 空調(diào)器的基本組成 空調(diào)是伴隨社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，在生產(chǎn)過(guò)程所要求的空氣狀態(tài)以及人類(lèi)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(gè)既定空間內(nèi)的空氣環(huán)境，一般要經(jīng)受來(lái)自空間內(nèi)部產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物的干擾及來(lái)自空間外部氣候變化、太陽(yáng)輻射和外氣中有害物的干擾。消除上述干擾的技術(shù)手段是通過(guò)空氣和水等介質(zhì)，經(jīng)熱、 質(zhì)交換將多余的熱、濕和有害物轉(zhuǎn)移、置換或沖淡。一個(gè)空調(diào)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(shí)現(xiàn)熱、濕交換的核心部分。 中斷源 TimerA/B、時(shí)基信號(hào)發(fā)生器、外部中斷、觸鍵喚醒 喚醒源 IOA7~0 其它中斷源 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 雙 16 位加計(jì)數(shù)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 雙通道 PWM 輸出 UART 具備 ADC 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和 單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 串行 SRAM 接口 具備 (凌陽(yáng)格式 ) 晶振 具備 低電壓復(fù)位 具備 低電壓監(jiān)測(cè) 具備 內(nèi)置 ICE 接口 具備 上電復(fù)位 具備 定時(shí)器 具備 麥克風(fēng)放大器和 自動(dòng)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(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說(shuō)明書(shū)） 6 圖 空調(diào)器的基本組成 空調(diào)機(jī)工作的能量轉(zhuǎn)換依據(jù) ： 空調(diào)之所以能夠制冷制熱，它主要是遵循熱力學(xué)原理，即： 熱力學(xué)第一定律：即熱傳導(dǎo) 中的能量守恒定律 熱力學(xué)第二定律 : (1)機(jī)械功可以全部變成熱，但熱卻不能無(wú)條件地全部轉(zhuǎn)換成機(jī)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(shuō)：只要借助于外界的力量（即“人工補(bǔ)償”），就能完成將熱量從低溫物體（被冷卻介質(zhì)）傳向高溫物體（環(huán)境介質(zhì)）的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)制取冷量的目的。對(duì)制冷劑而言，壓力越低，其汽化的溫度點(diǎn)越高。這樣，我們就可以通過(guò)控制壓縮機(jī)輸出的壓力，來(lái)使制冷裝置輸出我們想要的溫度值。 空調(diào)器的制冷原理： 制冷實(shí)質(zhì) 就是能量的轉(zhuǎn)移。制冷就是把房間內(nèi)的熱量，通過(guò)制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)、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(guò)程（熱泵型）與制冷是相反的。在制冷的過(guò)程中，壓縮機(jī)是能量的搬運(yùn)者，制冷劑 THR03b 為運(yùn)送能量的媒介。 空調(diào)器的制熱原理 ： 空調(diào)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(diào)器接通電源，發(fā)熱元件表面溫度升高。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)，分機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。室內(nèi)空氣被分機(jī)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(nèi)，如此不斷的循環(huán)，使室內(nèi)空氣空氣溫度逐漸升高，從而達(dá)到取暖的目的。 ⑵ 、 熱泵制熱 熱泵型空調(diào)器與單冷型空調(diào)器的不同之處是在室外機(jī)增置了一個(gè)四通換向閥，在制熱時(shí)它能使室外、室內(nèi)熱交換器（也稱(chēng)蒸發(fā)冷凝器和冷凝蒸發(fā)器）的制基于 SPCE061A單片機(jī)的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)的論文（說(shuō)明書(shū)） 7 冷劑流向“轉(zhuǎn)換”，將壓縮機(jī)排出的高溫高壓的制冷劑氣體轉(zhuǎn)換流向室內(nèi)，從而達(dá)到室內(nèi)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(zhǎng)，產(chǎn)生異味，且給人以悶熱的感覺(jué)。除濕可以給人們提供健康的生存環(huán)境，使皮膚感覺(jué)干爽舒適，使人們的生活品位有所提高。 ⑵、除濕原理 空調(diào)器制冷時(shí)，室 內(nèi)熱交換器表面溫度低于室內(nèi)空氣露淀，室內(nèi)熱空氣經(jīng)過(guò)熱交換器時(shí)，空氣中的部分水蒸氣