SPMC65P2408A在空調(diào)中的應(yīng)用

引 言：
　　近年來，我國空調(diào)器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分迅猛，2000年我國空調(diào)行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模便已經(jīng)發(fā)展到1800萬臺(tái)左右，2003年度我國家用空調(diào)器行業(yè)的總生產(chǎn)能力已超過4000萬臺(tái)，2004年度這一數(shù)據(jù)已經(jīng)擴(kuò)大到了5500萬臺(tái)。目前，中國的空調(diào)器產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的3/5左右，中國已成為名副其實(shí)的空調(diào)器制造大國，也正在逐漸成為全球空調(diào)器生產(chǎn)基地。在過去的五年中，中國空調(diào)器行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值和銷售收入都經(jīng)歷了持續(xù)的增長，其中2001年度、2003年度和2004年度的增長尤為顯著。
此外，近年來，百戶城市居民家庭的空調(diào)器擁有量每年都有顯著提高?？照{(diào)擁有量在各地區(qū)差異較大。隨著國內(nèi)市場的擴(kuò)大, 中國的空調(diào)器出口也在連年迅速增長，空調(diào)器出口額占家電產(chǎn)品出口總額的份額也在不斷提高。2002年度、2003年度和2004年度我國空調(diào)產(chǎn)品的出口保持了十分強(qiáng)勁的增長勢頭，其中2003年度國內(nèi)空調(diào)企業(yè)的出口額首次突破千萬臺(tái)大關(guān)，超過了1400臺(tái)。2004年度國內(nèi)空調(diào)器企業(yè)的出口量更是超過了2300萬臺(tái)，與國內(nèi)銷量形成了齊頭并進(jìn)的格局。

這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動(dòng)SPMC65系列芯片的應(yīng)用，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證其性能，走進(jìn)國內(nèi)各家電生產(chǎn)廠家。
1 空調(diào)工作原理
（1）制冷原理

圖 1-1空調(diào)制冷原理

空調(diào)制冷原理如圖 1?1所示，空調(diào)工作時(shí)，制冷系統(tǒng)內(nèi)的低壓、低溫制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮為高壓、高溫的過熱蒸汽后排至冷凝器；同時(shí)室外側(cè)風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓、高溫的制冷劑蒸汽凝結(jié)為高壓液體。高壓液體經(jīng)過節(jié)流毛細(xì)管降壓降溫流入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍熱量；同時(shí)室內(nèi)側(cè)風(fēng)扇使室內(nèi)空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)行熱交換，并將放熱后的變冷的氣體送向室內(nèi)。如此，室內(nèi)外空氣不斷循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到降低溫度的目的。
（2）制熱原理

圖 1-2空調(diào)制熱原理
空調(diào)熱泵制熱是利用制冷系統(tǒng)的壓縮冷凝熱來加熱室內(nèi)空氣的，如圖 1?2所示。低壓、低溫制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱，而高溫高壓制冷劑氣體在冷凝器內(nèi)放熱冷凝。熱泵制熱時(shí)通過四通閥來改變制冷劑的循環(huán)方向，使原來制冷工作時(shí)做為蒸發(fā)器的室內(nèi)盤管變成制熱時(shí)的蒸發(fā)器，這樣制冷系統(tǒng)在室外吸熱，室內(nèi)放熱，實(shí)現(xiàn)制熱的目的。

2功能介紹
◆ 制冷

1) 設(shè)定溫度范圍：16℃～30℃，默認(rèn)設(shè)定溫度為24℃。
2) 具有防霜凍保護(hù)功能。

◆ 除濕
在除濕運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，設(shè)定溫度由遙控器決定，溫度設(shè)定范圍：16℃～30℃?？刂破鞲鶕?jù)室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度的差值決定運(yùn)轉(zhuǎn)模式。

◆ 制熱
1) 設(shè)定溫度范圍：16℃～30℃。
2) 具有防冷風(fēng)功能。
3) 具有化霜功能。
4) 具有高溫保護(hù)功能。

◆ 送風(fēng)模式
風(fēng)速可在高、中、低檔之間轉(zhuǎn)換，不受設(shè)定溫度所控制。

◆ 定時(shí)開/關(guān)機(jī)功能
定時(shí)開/關(guān)機(jī)時(shí)間以10分鐘為最小單位進(jìn)行設(shè)置，定時(shí)時(shí)間到達(dá)，空調(diào)啟動(dòng)和停止工作。

◆ 風(fēng)門片工作情況
1) 遙控器可設(shè)置風(fēng)門片工作于連續(xù)方式或固定方式。
2) 制冷、除濕、送風(fēng)和自動(dòng)擺風(fēng)在150°與105°之間大約45°做周期擺動(dòng)。
3) 制熱擺風(fēng)在90°與150°之間大約60°做周期擺動(dòng)。

◆ 健康運(yùn)行
可以在任何模式下，產(chǎn)生健康負(fù)離子，進(jìn)行空氣殺菌。

◆ 自動(dòng)運(yùn)行

遙控器設(shè)定為自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，空調(diào)器根據(jù)室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值，自動(dòng)判定運(yùn)轉(zhuǎn)模式。設(shè)定溫度默認(rèn)為24℃。

◆ 睡眠

科學(xué)的溫度－睡眠曲線，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，保證用戶有一個(gè)非常舒適的睡眠。

◆ 應(yīng)急開關(guān)

遙控器丟失或損壞時(shí)，可以使用應(yīng)急開關(guān)進(jìn)行開機(jī)、關(guān)機(jī)、制冷和制熱。

3系統(tǒng)總體方案介紹
　　硬件組成框圖如圖 3?1所示。主要由CPU、信號檢測和控制部分組成。CPU首先接收遙控器發(fā)出的紅外信號，獲得命令參數(shù)，同時(shí)檢測環(huán)境變量（溫度、過流、電網(wǎng)斷電等），然后綜合分析，下達(dá)命令，控制空調(diào)各部件的正常工作。顯示面板可以顯示空調(diào)當(dāng)前的工作狀態(tài)。

圖 3-1硬件組成框圖

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 空調(diào)電路原理
硬件電路如圖 4?1所示。根據(jù)工作電壓的不同，整個(gè)系統(tǒng)可以分為三部分：微控系統(tǒng)、繼電器控制和強(qiáng)電控制，分別工作于DC5V、DC12V和AC220V。

圖 4-1系統(tǒng)電路原理圖
4.2 芯片特性簡介
SPMC65P2408A是由凌陽公司設(shè)計(jì)開發(fā)的8位工業(yè)級單片機(jī)，采用凌陽SPMC65內(nèi)核，支持位操作指令。具有強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標(biāo)準(zhǔn)通訊接口等多種功能。適用于通用工控場合、計(jì)算機(jī)外圍控制和家電等。SPMC65P2408A有28管腳和32管腳兩種封裝，32管腳封裝多了UART功能。本設(shè)計(jì)選用28管腳封裝，如圖4-2所示。

28管腳封裝芯片的具體特性如下：
l 工作電壓：3.0V～5.5V
l 工作速度：8MHz
l 工作溫度：-40℃～85 ℃

l 超強(qiáng)抗干擾、抗靜電ESD保護(hù)能力

l 8K byte ROM，256 byte RAM

l 23個(gè)通用輸入輸出口

l 強(qiáng)大的定時(shí)計(jì)數(shù)器：2個(gè)8位、2個(gè)16位具有CaptureComparePWM功能

l 1個(gè)1Hz～62.5KHz的時(shí)基

l 8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)

l 4個(gè)外部中斷，11個(gè)內(nèi)部中斷

l SPI串行通訊接口

l 2種省電模式：Halt、Stop

l 蜂鳴器輸出功能

l 4.0V/2.5V可選低電壓復(fù)位功能

l 可編程看門狗功能

圖 4-2 SPMC65P2408A*28P封裝

4.3 供電系統(tǒng)分析
整個(gè)主控板上有三種電壓：AC220V、DC12V和DC5V。AC220V直接給壓縮機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、室內(nèi)風(fēng)機(jī)和負(fù)離子產(chǎn)生器供電；AC220V經(jīng)過降壓，變?yōu)镈C12V和DC5V，用于繼電器和微控系統(tǒng)供電。供電系統(tǒng)如圖4-3所示，AC220V先經(jīng)過變壓器降壓，然后從插座J1輸入，經(jīng)過整流橋進(jìn)行全波整流，通過電容C2濾波，得到DC12V，再經(jīng)過穩(wěn)壓片7805穩(wěn)壓，得到DC5V。圖中的采樣點(diǎn)ZDS用于過零點(diǎn)的檢測，二極管D1防止濾波電容C2 對采樣點(diǎn)ZDS的影響。

圖 4-3供電系統(tǒng)

4.4 過零檢測電路
過零檢測電路如圖4-4所示，用于檢測AC220V的過零點(diǎn)，在整流橋路中采樣全波整流信號，經(jīng)過三極管及電阻電容組成整形電路，整形成脈沖波，可以觸發(fā)外部中斷，進(jìn)行過零檢測。采樣點(diǎn)和整形后的信號如圖4-5所示。

過零檢測的作用是為了控制光耦可控硅的觸發(fā)角，從而控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速的大小。

圖 4-4過零檢測電路

圖 4_5采樣點(diǎn)和整形后的信號

4.5 室內(nèi)風(fēng)機(jī)的控制
圖4-6為內(nèi)風(fēng)機(jī)控制電路，U1為光耦可控硅，用于控制AC220V的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)。U3的3腳為觸發(fā)腳，由三極管驅(qū)動(dòng)。AC220V從管腳11輸入，管腳13輸出，具體導(dǎo)通時(shí)間受控于觸發(fā)角的觸發(fā)。

室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速具體控制方法：首先過零檢測電路檢測到AC220V的過零點(diǎn)，產(chǎn)生過零中斷；然后，在中斷處理子程序中，打開Timer的定時(shí)功能，比如定時(shí)4ms，4ms后由CPU產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)，從U3的3腳輸入，觸發(fā)U3的內(nèi)部電路，從而使U3的管腳11和13的導(dǎo)通，AC220V給室內(nèi)風(fēng)機(jī)供電。這樣，通過定時(shí)器的定時(shí)長度的改變可以控制AC220V在每半個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速。

圖 4?6室內(nèi)風(fēng)機(jī)控制電路

4.6 室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速檢測
當(dāng)室內(nèi)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，速度傳感器將室內(nèi)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以正弦波的形式反饋回來，正弦波的頻率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成特定的對應(yīng)關(guān)系，見下表所示。正弦波經(jīng)過三極管整形為方波，CPU采用外部中斷進(jìn)行頻率檢測，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速的測量。

風(fēng)速	高	中	低
風(fēng)機(jī)頻率（Hz）	70	50	30

圖 4-7室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速檢測電路

4.7 過流檢測電路
采用電流互感器L1檢測火線上電流的變化情況。圖中 L1為電流互感器，輸出0～5mA的交流電。當(dāng)電流突然增大時(shí)，電流互感器輸出電流也隨之增大，經(jīng)過全橋整流、電流－電壓轉(zhuǎn)換、低通濾波，從COD端輸出直流電壓信號。CPU通過對COD端電壓的AD采集來感知AC220V電流的變化，當(dāng)COD端的電壓過高時(shí)，CPU可以對電路采取保護(hù)措施。

圖 4-8過流檢測電路

4.8 低電壓檢測電路
采用電阻分壓原理，CPU利用AD采集對7805前端的12V電壓進(jìn)行檢測。當(dāng)電網(wǎng)掉電后，AD端會(huì)采集到7805前端的12V電壓的降低，由于7805輸出端電容的存在，所以即使12V電壓降低到6V，7805仍能提供5V電壓使CPU正常工作， 此時(shí)，CPU立即將空調(diào)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)保存在AT24C01里面。

圖 4-9低電壓檢測電路

4.9 壓縮機(jī)、四通閥、外風(fēng)機(jī)和負(fù)離子產(chǎn)生器（健康運(yùn)行）的控制
壓縮機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、四通閥和負(fù)離子產(chǎn)生器均由AC220V供電，所以通過繼電器控制AC220V的通斷便可以控制各個(gè)部分的運(yùn)行。

R1為壓敏電阻，用于過壓保護(hù)。SI1為保險(xiǎn)管。

插座J2為AC220V輸出端，外接變壓器，將AC220V降壓，降壓后接到電源模塊，分別得到DC12V和DC5V。

圖 4-10壓縮機(jī)、四通閥和健康運(yùn)行的控制電路

4.10 驅(qū)動(dòng)電路
繼電器、峰鳴器和步進(jìn)電機(jī)均由12V直流電壓控制，U4為驅(qū)動(dòng)芯片。

Neg－lonC控制負(fù)離子發(fā)生器的繼電器；

ValveC控制四通閥的繼電器；

ComprC控制壓縮機(jī)的繼電器；

Buzzer控制峰鳴器；

A、B、C、D為步進(jìn)電機(jī)的四相。

圖 4-11驅(qū)動(dòng)電路

4.11 斷電記憶
采用U5（AT24C01）作為串行存儲(chǔ)芯片，保存電網(wǎng)斷電前空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)。該芯片只需兩根線控制：時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA/Ion，存儲(chǔ)器大小為128×8 byte。

圖 4-12斷電記憶電路
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
5.1 主流程
主程序流程如圖 5?1所示，一個(gè)主循環(huán)時(shí)間為10ms，采用時(shí)基進(jìn)行定時(shí)。

首先等待10ms的到來，10ms來臨，進(jìn)行遙控器信號的解碼，根據(jù)解碼得到的信息選擇空調(diào)的工作模式，然后進(jìn)入該模式執(zhí)行。

圖 5-1 主流程圖

6 結(jié)語
SPMC65系列芯片以優(yōu)異的性能和豐富的資源適合于各個(gè)公控場合。本次以SPMC65P2408A為主控芯片開發(fā)的空調(diào)主控板，在沒有專門加EMC防治的情況下，經(jīng)過EFT測試，其抗干擾能力達(dá)到國家最高級別±4KV。