【正文】 低時，空調(diào)器制冷（熱）量就小。 變頻空調(diào)在工作時，空調(diào)根據(jù)房間的溫度，自動控制變頻器輸出頻率較大的交流電，使電動機的轉(zhuǎn)速加快，壓縮機的制冷量加大，達到快速制冷或制熱的目的。在壓縮機工作過程中，微電腦系統(tǒng)控制變頻壓縮機的同時，也控制電子膨脹閥的開啟度，保持適當?shù)闹评鋭┑牧髁?，從而直接改變蒸發(fā)器中制冷劑的流量使其狀態(tài)發(fā)生變化，壓縮機的轉(zhuǎn)速與膨脹閥的開啟度相對應(yīng)，壓縮機的排氣量與膨脹閥的供液量相對應(yīng)，使過熱度不至于太大，使蒸發(fā)器的能力達到最大限度的發(fā)揮，從而使制冷系統(tǒng)實現(xiàn)最高效率的控制。 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。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 )；同時模塊受微電腦送來的控制信號控制，輸出頻率可調(diào)的交變電源 (合成波形近似正弦波 )，使壓縮機電機的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化作相應(yīng)的變化，從而控制壓縮機的排量，調(diào)節(jié)制冷量或制熱量。 其運行經(jīng)濟性 、 舒適性 以及其特點 如下 ： 變頻器能使壓縮機電動機的轉(zhuǎn)速無級連續(xù)可調(diào)，其轉(zhuǎn)速是根據(jù)室內(nèi)空調(diào)負荷而成比例變化的，當室內(nèi)需要急速降溫 (或急速升溫 )，空調(diào)負荷加大時，壓縮機轉(zhuǎn)速就加快，制冷量 (或制熱量 )就按比例增加，當達到設(shè)定溫度時，隨即處于低速運轉(zhuǎn)維持室溫基本不變。壓縮機的轉(zhuǎn)速與膨脹閥的開啟度相對應(yīng)，使蒸發(fā)器的能力得到最大限度的發(fā)揮。 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。而變頻熱泵空調(diào)器就能克服這一缺陷。 、 設(shè)計方案的提出、論證和確定 設(shè)計方案是根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，在滿足設(shè)計要求和目的的前提條件下，利用最有價值的電路和控制方法完成設(shè)計的要求。 在進行設(shè)計方案的設(shè)計之前我們除了，前面了解設(shè)計的原理等外，還要很明確地知道設(shè)計的要求、目的和設(shè)計 的 設(shè)備要實現(xiàn)的功能。 (2) 檢測電壓電流是否正常 。 (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 目標信號 ， 確定工作狀態(tài)的變化 。 (6) 控制導(dǎo)風板的工作狀態(tài)，即調(diào)節(jié)它的開度大小來 控制風向 。 (8) 負離子空氣凈化功能 。 (10)五種運轉(zhuǎn)方式實現(xiàn) :自動運轉(zhuǎn)方式、制熱運轉(zhuǎn)方式、制冷運轉(zhuǎn)方式、除濕運轉(zhuǎn)方式、送風運轉(zhuǎn)方式 。 (12)時間延遲安全控制 。 (14)工作指示燈顯示 (上電，睡眠，定時 )。室內(nèi)風機工作異常保護。 按照任務(wù)書和以上的分析，可以看出，變頻空調(diào)的設(shè)計是一個集電子電路設(shè)計 、控制理論設(shè)計、熱力學應(yīng)用、計算機控制技術(shù)應(yīng)用、以及程序設(shè)計為一體的大型系統(tǒng) 。 在電源模塊、溫度采集 AD轉(zhuǎn)換模塊、以及風扇電機的控制模塊不做詳細的敘述，主要是在紅外信號的接收、 PID控制的算法、步進電機的控制、以及 SPCE061A單片機本身存在的不適合本次設(shè)計的內(nèi)容進行詳盡的敘述。 、具體單元電路設(shè)計方案的提出和論證 電源模塊的設(shè)計： 本次設(shè)計中的電源供電模塊，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)風板用電及繼電器 、室外電子膨脹閥 、報警電路用電 ， 220V 風扇電機、室外壓縮機用電 等。這個 +12vDC 電源經(jīng) 7805 穩(wěn)壓器穩(wěn)成 +5v 的控制器 SPCE061A 用電。經(jīng)過這些單元器件完成簡單的電源電路的設(shè)計。 經(jīng)過 7805 穩(wěn)壓器穩(wěn)成 +5v 電源供控制器 SPCE061A 使用。方案二，采用三繞組變壓器設(shè)計，這樣 +12v和 +5v 電源就分開來，這對于單片機的穩(wěn)定運 行和系統(tǒng)的安全是有很大好處的。 溫度采集模塊的設(shè)計 方案 ： 本設(shè)計中的要求是，室內(nèi)機（上位機）的溫度采集主要有兩部分的溫度，一個是室內(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的壓縮機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)壓縮機的運轉(zhuǎn)頻率和電子膨脹閥的開度。對此 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，進行 AD轉(zhuǎn)換后送到控制器中進行處理。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。 1℃，對于鉑熱電阻，精度高而且電流小，用于控制器非常合適，但是鉑熱電阻對在其輔助電路上的電阻的匹配要求很嚴格，這點在我們的畢業(yè)設(shè)計中不易做到，所以現(xiàn)在暫且不能選用。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)計上加大了工作量 ，不利于整個設(shè)計的進度的安排。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， 這對于我們的計算和程序的設(shè)計都非常有利，而且熱敏電阻的設(shè)計外圍電路也簡單，成本低，對于我們設(shè)計中的 PCB的制作和原理的熟悉都非常有利。這些顯示有的是表示系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有的顯示控制的過程及結(jié)果。在顯示設(shè)定方案中，我們將提出以下幾種方進行比較和論證，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)定溫度的顯示塊進行詳細分析。 這樣的顯示電路，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。在本次設(shè)計中，充分利用 I/O進行多方面的練習和訓(xùn)練才是我們設(shè)計的最終目的，所以這種方案有待考慮。 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。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 。 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)。RS485是串行通訊接口之一，其特點是傳輸距離遠，通訊協(xié)議和 RS232可以互用，其傳輸抗干擾性強，使用于遠距離，強干擾的精密度要求高的場合。 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? 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、風扇速度的控制、導(dǎo)風板電機的控制、除濕、除霜命令的發(fā)出。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。 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 。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。 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。 從任務(wù)書可以理解到，風扇的主要工作速度不是很高，主要是在中頻段。將風扇電機的控制口接到控制器 SPCE061A的任意端口，然后認為地在程序中設(shè)置出幾個風扇的轉(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。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 。 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。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)對風扇電機的控制。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，去控制風扇電機的控制電路。 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。 風擺步進電機的控制方案 ： 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，風擺步進電機的作用是控制導(dǎo)風板的開度，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)風向、風的流速以及整個房間的舒適度。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、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)。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)計練習上達不到最好的訓(xùn)練的目的。 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。 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，提高風葉以及步進電機的運行壽命，所以我們首選第二方案。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。 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致，主要表現(xiàn)在電阻的選擇上，電容容量的選擇上。一般 這部分我們都要進行詳細的計算和校驗。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。 、 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。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 。 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。 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。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。 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)。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。 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，再說風擺電機的控制的要求也不是那么的精確和詳細；對于風扇電機的控制來說，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。再加上對風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)，這樣一來就會影響輸出電壓的大小，進一步就影響到電機的運行速度。 以上這兩點，是我們硬件設(shè)計中的難點，也可以說是本設(shè)計的技術(shù)核心，是我們在鍛煉設(shè)計過程中的學習和研究的地方。這部分的設(shè)計是具體的硬件電路的搭接，就是運用最基本的電器元件或集成元件進行硬件電路的設(shè)計。 在這些電路的設(shè)計搭接過程中，我們還將對一些 用到的元氣件進行參數(shù)的計算、校驗和元氣件的選型。 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） 18 電源電路的設(shè)計 根據(jù)方案選擇和確定中，對電源電路和設(shè)計中對電源的要求做出分析，列出電源設(shè) 計 方案，在此將設(shè)計電源的實際電路。 本電源設(shè)計中， 220v的原始電源由，從市電取的，即才