【文章內(nèi)容簡介】 的顯示電路，在硬件電路設(shè)計和連線上比較復(fù)雜，而且占用的 I/O口太多，這對于單片機的設(shè)計是非常忌諱的，我們要盡量節(jié)省 I/O端口，為其他設(shè)備的接入和控制器 信號的輸出留有空間。這種設(shè)計方案的優(yōu)點就在于可以簡化程序設(shè)計的工作量。在本次設(shè)計中，充分利用 I/O進行多方面的練習(xí)和訓(xùn)練才是我們設(shè)計的最終目的，所以這種方案有待考慮。 方案二： 按照設(shè)計任務(wù)書的要求，采用 4位 LED顯示來完成室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度的顯示，我們注意到，設(shè)定溫度只是遙控器給控制器的命令，是有時間性和可預(yù)見性的，那我們可以在顯示輸出端口上，采用復(fù)用的方式，即在有遙控命令設(shè)定值的時候顯示 設(shè)定溫度，在其他時間，可以在保持顯示設(shè)定溫度的基礎(chǔ)上，顯示室內(nèi)的實際溫度。 我們可以利用 SPCE061A的 SDA串行數(shù)據(jù)傳輸口，作為顯示電路的輸出口，在移位瑣存上，我們用一塊 SN74LS164，采用 SPCE061A中的 IOB1口作為串行數(shù)據(jù)輸出的時鐘脈沖信號， 4片 LED用 B口的 IOB2— IOB5作為片選信號，這樣在同一時間就只有一個 LED接收數(shù)據(jù)傳輸進行顯示。顯示數(shù)據(jù)經(jīng) SDA輸出口到 SN74LS164，經(jīng)瑣存后，分別從 Q1— Q7輸出到 8段顯示 LED上，完成顯示功能。這樣的設(shè)計一是簡化了硬件基于 SPCE061A單片機的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計的論文（說明書） 13 設(shè)計電路，二是節(jié)省了大量的 I/O口，在程序設(shè)計上復(fù)雜度提高了，但是作為畢業(yè)設(shè)計訓(xùn)練，這對于大家完成設(shè)計的全部內(nèi)容還是有很大挑戰(zhàn)的 。 綜上所述，我們可以很顯然地看到，方案二不管從可行性上，還是可靠性上都要優(yōu)于方案，而且在實際應(yīng)用中可以減少硬件的成本，因此我們選取方案二作為我們的最終硬件設(shè)計方案。 通訊模塊的設(shè)計方案： 本設(shè)計中的通訊，是作為室內(nèi)機的上位機對整個系統(tǒng)以及下位機的控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計任務(wù)書要求中，要求用 RS485通訊方式進行上下位機之間的通訊。RS485是串行通訊接口之一，其特點是傳輸距離遠(yuǎn)，通訊協(xié)議和 RS232可以互用，其傳輸抗干擾性強，使用于遠(yuǎn)距離，強干擾的精密度要求高的場合。我們這次的設(shè)計用 RS485也可以，這對于微型控制器的控制性能會得到保證。 在上位機和下位機通訊過程中，要傳輸?shù)膬?nèi)容主要包括兩部分內(nèi)容，一部分是，上位機給下位機的控制命令，這就有開機、關(guān)機命令、壓縮機、電子膨脹閥的開啟命令、除霜命令，故障緊急停機命令等；另一方面是，下位機給上位機的反饋信息的命令，這就有設(shè)備檢測信息的傳輸、故障信號傳輸、對上位機的控制命令響應(yīng)后的反饋命令、 以及室外其他信息的傳輸?shù)取? 本次按照設(shè)計任務(wù)書的要求，我們就采用 RS485通訊方式進行信號命令的傳輸，在硬件外圍電路的設(shè)計上和軟件程序設(shè)計上，將采用 RS485通訊協(xié)議進行編輯，以滿足設(shè)計的要求。 紅外接收模塊的設(shè)計方案： 紅外接收單元是人機對話的窗口，紅外信號的接收的好壞，直接影響到人多設(shè)備的控制功能的體現(xiàn)。在紅外接收上，我們將采用穩(wěn)定的、可靠性高的設(shè)備器件來實現(xiàn) 。 在本次設(shè)計中，紅外通訊主要完成開機、關(guān)機命令、溫度的設(shè)定值的增減、風(fēng)扇速度的控制、導(dǎo)風(fēng)板電機的控制、除濕、除霜命令的發(fā)出。這些命令是空調(diào)器運行的基本命令，也是本次設(shè)計中要完成的設(shè)計要求。為了滿足以上的設(shè)計要求完成設(shè)計任務(wù)書的設(shè)計目的，我提出以下幾個方案： 方案一： 這個方案是從電子電路 的基本設(shè)計出發(fā)，利用最基本的元氣件來設(shè)計紅外接收電路。用光敏二極管作為遙控器信號的接受電路，利用光敏二極管的導(dǎo)通把該端口的電壓拉到高電平，這樣的一同一斷，在控制器的端口形成 0， 1， 0，1的高低電平信號的交叉，把控制命令傳輸給控制器。 此方案從原理和電路的設(shè)計上是完全可以采用的，但是要是考慮到紅外接收的距離，紅外接收的準(zhǔn)確性，紅外接收的抗干擾等方面的因素，我們就可以明顯感到，這個設(shè)計方案的可靠性是很差的，所以在本次設(shè)計中，我將不會采用此方案 。 方案二：采用集成的紅外接收模塊，也就是說利用已經(jīng)很成熟的設(shè) 計方案來基于 SPCE061A單片機的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計的論文（說明書） 14 為我們所用，這樣我們的設(shè)計中就不用考慮其他因素，只需考慮怎么去處理接收到的信號。采用集成模塊時候，我們要考慮模塊的接受范圍、接收的頻率、以及與我們的控制器 SPCE061A單片機固有頻率之間的關(guān)系。在滿足這些要求的基礎(chǔ)上，我們采用由日本 東芝公司生產(chǎn)的 AT8141S型紅外接收模塊，這個模塊的輸出信號頻率是 38KB，完全能夠滿足我們控制器單片機的要求。 這個方案的選擇，在硬件電路設(shè)計上，可以說是很簡單，只需要將規(guī)定好的端口接好就行，但是對于接收到的信號的處理是很復(fù)雜的，而且對接收到的信號的判斷和識別也 是我們的難點，這些將會在軟件設(shè)計中進一步得到闡述。 風(fēng)扇電機的控制設(shè)計方案： 室內(nèi)風(fēng)扇電機的作用，根據(jù)從理解設(shè)計任務(wù)書可以得知，室內(nèi)風(fēng)扇主要是進行盤管溫度的快速傳遞，室內(nèi)風(fēng)扇的風(fēng)速的控制也就是控制向室內(nèi)流動的調(diào)節(jié)后的風(fēng)量的多少。 從任務(wù)書可以理解到，風(fēng)扇的主要工作速度不是很高，主要是在中頻段。這就要對風(fēng)扇進行合理的控制使其能隨著溫度的變化進行必要的速度調(diào)節(jié)，以下將就在滿足設(shè)計要求的前提下，怎么調(diào)節(jié)風(fēng)扇的速度才能使室內(nèi)的空氣流量最合理，為此提出以下幾個方案： 方案一： 風(fēng)扇電機的調(diào)速我們可以運用最 基本的調(diào)壓調(diào)速，可以通過控制給風(fēng)扇電機的電壓來控制其轉(zhuǎn)速。將風(fēng)扇電機的控制口接到控制器 SPCE061A的任意端口，然后認(rèn)為地在程序中設(shè)置出幾個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等級，比如說高速、中高速、中速、中低速、低速等這么幾個等級，隨著人對室內(nèi)空氣的感受，由遙控器進行調(diào)用，需要什么溫度時就發(fā)什么樣的命令。這種調(diào)制方法，對于簡單的系統(tǒng)來說已經(jīng)可以滿足一切要求，但是要是進行高一等級的溫度方面的要求的話，這樣的調(diào)速就不能滿足我們的設(shè)計的要求。它不能實現(xiàn)無級調(diào)速，也不能達到能量的最大化的節(jié)省 。因此這個設(shè)計方案不是最佳方案。 方案二 ：在第一方案中我們意識到關(guān)鍵問題是，不能夠達到無級調(diào)速。由設(shè)計任務(wù)書的要求可以看出，我們可以使用壓縮機的那種無級調(diào)速的方法，就是利用 PWM調(diào)制來進行控制。在本次設(shè)計中，我們可以充分利用控制器 SPCE061A具有的PWM輸出口，來實現(xiàn)對風(fēng)扇電機的控制。這樣設(shè)計電路中就一個很關(guān)鍵的問題，就是 PWM信號的頻率與風(fēng)扇電機的驅(qū)動電源之間的頻率同頻的問題。在 SPCE061A中我們可以通過檢測電源同向輸入端的電壓過零信號，來觸發(fā) PWM的發(fā)出，去控制風(fēng)扇電機的控制電路。在程序中，我們可以將過零信號接到 INTEXT1上，用每 次的中斷來控制 PWM的輸出，達到最終對風(fēng)扇電機的控制。 此 方案，對軟件設(shè)計和控制器的頻率特性要求高，但是可以完全滿足無級調(diào)速的要求，屬于我們所選的方案。本設(shè)計將利用此方案。 風(fēng)擺步進電機的控制方案 ： 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，風(fēng)擺步進電機的作用是控制導(dǎo)風(fēng)板的開度，進而控基于 SPCE061A單片機的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計的論文（說明書） 15 制室內(nèi)風(fēng)向、風(fēng)的流速以及整個房間的舒適度。風(fēng)擺電機采用步進電機控制是考慮到風(fēng)葉的開度過程是一個步進試的，是一步一步來完成整個過程的，為了更好地完成這個過程，在各個方面做到做好，我們就采用步進電機進行控制。在控制方案上，經(jīng)過對設(shè)計任 務(wù)要求的理解和對設(shè)計的合理的安排，我提出以下兩種設(shè)計方案： 方案一： 在此方案中，我采用一種在理解和實施過程中都很簡單，而且比較實用的一種控制方式，即把步進電機在風(fēng)葉由閉合到最大開度時候的整個過程，分為這么幾個階段即：小風(fēng)、舒適、直吹等，這樣以來用戶可以根據(jù)自己的身體的感受來在這幾個檔上，自由地切換，以達到自己感覺最舒服的狀態(tài)。這種控制方法在硬件上比較簡單，在軟件程序設(shè)計上也比較簡單，只需要進行必要的幾種運行方式的設(shè)定就行。但是，這種控制方式它不能達到逐級調(diào)節(jié)開度，充分利用控制器 SPCE061A單片機的控 制功能的目的，在畢業(yè)設(shè)計練習(xí)上達不到最好的訓(xùn)練的目的。 方案二：由第一方案，我們可以看出，關(guān)鍵技術(shù)點在于，它不能實現(xiàn)逐級調(diào)速，也就是說調(diào)速的分檔太馬虎，在步進電機控制上，不能達到平滑的調(diào)速。 在本設(shè)計中，作為室內(nèi)機設(shè)計的上位機，硬件電路比較簡單，又加上我們前面所做的設(shè)計為我們節(jié)省出很多的 I/O口，那我們就可以利用四個 I/O輸出來控制步進電機的運行，采用四相八拍的運行方式。這樣的設(shè)計可以在滿足風(fēng)葉開度的要求之上，進一步提高我們調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。 第二方案與第一方案相比，其在滿足同樣的設(shè)計要求的前提下，還能夠 節(jié)省能源，提高風(fēng)葉以及步進電機的運行壽命，所以我們首選第二方案。 過流、過壓以及過零檢測的設(shè)計方案： 這一部分的設(shè)計，主要基于保護整個系統(tǒng)的安全運行。在設(shè)計方案方面可以說有很多這方面的成熟的例子和設(shè)計方案，我們要選擇最適合本設(shè)計的方案。根據(jù)多方面查資料和咨詢老師，我們選擇以下方案作為過流、過壓以及過零檢測電路的設(shè)計方案。 在過流、過壓以及過零檢測中，都是從電壓側(cè)取檢測信號，這些信號經(jīng)過 整流、降壓后，再經(jīng)過設(shè)計的比較電路進行比較，最后經(jīng)三極管限壓后，以高低電平的方式輸入到控制器 SPCE061A的端口。在端 口選擇，因為檢測到的，送到 I/O上的是高低電平信號，所以我們將它接到外部中斷 0和外部中斷 1上，這樣接有利于在軟件程序設(shè)計中，對過流、過壓以及過零信號進行處理，也可以充分體現(xiàn)出控制器 SPCE061A的靈活性。 在這個設(shè)計方案中，其電路布局和軟件處理都很簡單，但是在對從電源側(cè)檢測到的信號的處理上要做的很細(xì)致，主要表現(xiàn)在電阻的選擇上，電容容量的選擇上。電阻的合理搭配，是為了在分壓過程中，使三極管的導(dǎo)通電壓得到穩(wěn)定的控基于 SPCE061A單片機的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計的論文（說明書） 16 制，電容容量的選擇是為了不讓檢測到的沖擊波影響控制器的判斷能力，也為了保護其他電路不受到損害。一般 這部分我們都要進行詳細(xì)的計算和校驗。 以上就是我們對本次設(shè)計中的各個單元電路的設(shè)計方案的提出，在部分電路原理的設(shè)計上進行了必要的理論論證。本次設(shè)計方案的選擇，還是以目前實際應(yīng)用中最廣泛的實際例子為主要的設(shè)計依據(jù)，在一些關(guān)鍵性的設(shè)計環(huán)節(jié)了，我們進行了嘗試和探索。這也使得我們的設(shè)計最終目的更加的明確和清晰。 、 進行總體方案的集成 經(jīng)過在前一節(jié)中的設(shè)計方案的提出和論證，我們將在本節(jié)中，就整體的設(shè)計方案進行論證和確定。 總體方案的設(shè)計主要是進行各個分單元模塊之間的協(xié)調(diào)和各個單元模塊之間的融合。由前面第一節(jié) 的理論論證我們可以知道，控制器 SPCE061A單片機有 32個可編程的 I/O端口、有兩個復(fù)用的 PWM輸出口、有兩個外部中斷即外部中斷 0和外部中斷 有串行數(shù)據(jù)傳輸口 SDA和時鐘信號口 CLK等，各個口的最大承受電壓是 。這些硬件上的條件都是我們進行單元電路設(shè)計和總體方案集成的前提。 下面就列出我們的總體設(shè)計方案的框圖，然后進行必要的分析和敘述。 在這個 方案中，我們可以看出，首先它滿足我們設(shè)計任務(wù)的一切要求，在硬件電路上基本是這樣的，再有 在單元電路的布 局上合理，而且有利于制圖和進行硬件搭接。 此方案的合理性是建立在，分單元設(shè)計方案正確的基礎(chǔ)之上。在這個設(shè)計方案中，我們可以看出，有溫度采集、紅外接收、風(fēng)擺電機的控制、有風(fēng)扇電機的控制、室內(nèi)外機的通訊、還有顯示電路，這些都是設(shè)計任務(wù)書中的要求，這些單元電路的設(shè)計，充分滿足了，我們設(shè)計的要求。各塊之間協(xié)調(diào)工作，這不但會體現(xiàn)在硬件設(shè)計上，主要的內(nèi)部工作還要體現(xiàn)在程序的設(shè)計上。 SPCE061A 風(fēng)擺電機的控制 （采用四相八拍的的電機） 風(fēng)扇驅(qū)動控制電路 （采用光驅(qū)動的晶閘管） 室 內(nèi) 外 通訊 （采用 485 通訊） 顯示電路 （采用集成快電路） 溫度采集電路 紅外接收電路（采用芯片） 基于 SPCE061A單片機的變頻空調(diào)控制器的設(shè)計的論文（說明書） 17 在分塊單元電路中，我們除了運用我們設(shè)計的部分電路設(shè)計方案以外，還利用已經(jīng)很成熟的電路模塊，這些模塊的應(yīng)用使的整個設(shè)計具有了 更高的可靠性。 在總體方案的設(shè)計中，我們也突出了我們設(shè)計的核心技術(shù)和難點技術(shù)。對于紅外接收這一塊，是系統(tǒng)和用戶之間進行交流的平臺，所以對這塊的可靠性和 易操作性做出了很高的要求。如果想要實現(xiàn)這一塊的完美的控制，我們要從應(yīng)家和軟件兩方面來做。在硬件方面，我們采用 AT8142S集成塊，這為硬件的可靠性提供了保證。 在軟件設(shè)計方面，一來我們考慮到控制器的工作頻率和接收模塊最終輸出的脈沖的頻率之間的關(guān)系，看是否能完全接收到。這就需要在軟件設(shè)計中，對采用頻率做出規(guī)定。 在電機控制中，本設(shè)計包括兩臺電機的控 制，但是對于步進電機的控制可以采用給定運行步序的方式讓它工作，并且這樣也能達到很好的調(diào)節(jié)效果，再說風(fēng)擺電機的控制的要求也不是那么的精確和詳細(xì)；對于風(fēng)扇電機的控制來說，是本設(shè)計的一個難點，首先它的控制作用是促進室內(nèi)盤管上能量的交換的速度，以滿足室內(nèi)環(huán)境的要求。這樣以來盤管的溫度就成了風(fēng)扇電機的一個控制輸入量，再有就是室內(nèi)環(huán)境溫度的值，這也是風(fēng)扇電機運行的一個控制量輸入。再加上對風(fēng)扇交流電機要進行調(diào)壓調(diào)速，按照前面選擇的調(diào)速方法，我們必須對晶閘管的導(dǎo)通頻率與供給電機的電源電壓的頻率相同，因為如果不同頻率就會出現(xiàn) ，不是在交流電壓過零時對它進行觸發(fā)，這樣