基于SPMC75F2413A單片機在A(yíng)C變頻空調的應用設計
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隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，空調器已廣泛應用于社會(huì )的各種場(chǎng)合，直流變頻空調器因具有節能、低噪、恒溫控制、全天候運轉、啟動(dòng)低頻補償、快速達到設定溫度等性能，使空調的舒適性大大提高，將越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。單片機技術(shù)的廣泛應用，直流變頻技術(shù)及模糊控制技術(shù)在空調器嵌入式控制領(lǐng)域的成功應用，半導體功率器件的迅速發(fā)展為直流變頻控制的推廣提供了技術(shù)保障。
本設計方案的AC變頻空調控制器由室內機控制器、室外機控制器兩部分組成?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/SPMC75F2413A">SPMC75F2413A 的優(yōu)越性能，用其設計室外機AC變頻控制器，容易實(shí)現產(chǎn)品模塊化、智能化特點(diǎn)，控制參數采用開(kāi)放式結構，便于與各種壓縮機聯(lián)結，從而能夠在最短的時(shí)間內根據不 同廠(chǎng)家的要求進(jìn)行產(chǎn)品的升級換代。以這種方式，產(chǎn)品可以更快地推向市場(chǎng)，獲得時(shí)間上的競爭優(yōu)勢。本控制器含有以下關(guān)鍵技術(shù)：
1、模糊控制技術(shù)：依據室內環(huán)溫、管溫，室外環(huán)溫、管溫、壓縮機排氣溫度、壓縮機過(guò)載保護溫度、壓縮機電流等參數建立模糊邏輯關(guān)系，控制壓縮機的運轉速度、室外風(fēng)機及其它負載運行；
2、高效的三次諧波注入基于DDS的SPWM發(fā)生技術(shù)，充分利用電源電壓、精確的頻率調整、實(shí)時(shí)的電壓補嘗功能，使壓縮機更有效工作;
3、模塊控制保護電路：當模塊有保護信號輸出時(shí)，通過(guò)硬件電路斷開(kāi)PWM 模塊輸出控制信號，以達到保護模塊的效果，并且可靠的給單片機模塊保護信號；
4、EMC 及可靠性設計技術(shù)：在掌握空調的干擾機理的前提下，硬件設計重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：電源電路設計、濾波電路參數設計、印制板地線(xiàn)及信號線(xiàn)設計，并且軟件采用容錯技術(shù)。
2 系統總體方案介紹
本AC變頻空調系統分室內機系統和室外機系統兩部分，其中室內機系統主要是系統一些邏輯狀態(tài)信息的處理，而室外機系統主要是壓縮機的變頻驅動(dòng)部分。在本系統方案中室內機選用的是SPCE061A實(shí)現的，SPMC75F2413A主要是應用在變頻驅動(dòng)部分。因此室內機系統在此不再詳述。室外機的電路結構框圖如圖 2.1。
這個(gè)系統的基本工作流程：
室外機的主控MCU（SPMC75F2413A）隨時(shí)接收來(lái)自室內機的控制和狀態(tài)信息，從而去控制室外的風(fēng)機、四通閥和壓縮機，完成相應的控制功能。同時(shí)還會(huì )將室外機的一些狀態(tài)和室外的一些溫度信息傳回室內機。以供室內機做控制之用。
3 系統硬件設計
系統電路原理圖如圖 3.1。其中PS21865A三相功率全橋電路模塊，用來(lái)實(shí)現PWM信號的功率合成，從而驅動(dòng)壓縮機。ULN2003A是集電極開(kāi)路輸出的功率反向器，主要用來(lái)驅動(dòng)系統中的繼電器，從而控制風(fēng)機和電磁閥。SPMC75F2413A單片機的主要作用：1. 根據室內機命令控制整個(gè)系統。2. 完成AC變頻壓縮機的變頻驅動(dòng)信號的產(chǎn)生和控制功能。
圖 3.1中的Power_Line是一種半雙工的電流環(huán)變換電路，它主要是利用電源和一條專(zhuān)用的通信線(xiàn)，使室內外構成一個(gè)電流環(huán)，電流環(huán)由室內機供電。這個(gè)電路為室內外機提供一條通信回路。SPMC75F2413A合成的注入三次諧波的SPWM信號經(jīng)IOB0~5輸出，經(jīng)緩沖和光隔后輸入PS21865A，而后輸出控制電機。SPMC75F2413A的IOB6是錯誤偵測輸入端，通過(guò)對其傳回信號的檢測，一旦PS21865A出現工作異常（如過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱），驅動(dòng)硬件會(huì )立即禁止PS21865A工作，同時(shí)申請中斷，請求CPU處理。IOA0~3為模擬輸入口，主要是溫度傳感器接口和直流高壓測量接口。IOC8~10為控制四通閥和外風(fēng)機的控制。
圖 3.1系統電路原理圖
4 系統軟件設計
整個(gè)室外機系統軟件主要包括兩部分：1. 同室內機通信、協(xié)調控制部分。2. 室外機的壓縮機驅動(dòng)控制部分。
系統同室內機通信、協(xié)調控制部分主要包括串口中斷服務(wù)和命令解釋執行和主循環(huán)控制等幾部分。其中主控制流程如圖 4.1。串口中斷服務(wù)主要是接收來(lái)自室內機的數據包，并對相應的信息進(jìn)行處理，確保傳給控制程序的命令和數據的正確性；命令解釋執行部分主要是解讀室內機命令，并進(jìn)行相應的處理。
圖 4.1 主流程
壓縮機驅動(dòng)控制部分分為SPWM信號合成、電機加減速控制、電機的起停服務(wù)等幾部分。其中最核心的是SPWM信號的合成。本系統的波形合成使用DDS（直接數字頻率合成）的方式進(jìn)行。這部分主要由PWM周期表中斷服務(wù)和相應的輔助計算程序組成。其中PWM周期中斷服務(wù)是信號合成的核心部分，整個(gè)系統中它占用70%左右的運算量。它主要完成驅動(dòng)波形的合成和干線(xiàn)電壓的動(dòng)態(tài)補嘗功能，同時(shí)周期中斷為DDS提供時(shí)鐘基準；而加減速控制部分主要跟蹤設置頻率，從而使當前工作頻率以設定的加速度向目標工作頻率逼近；電機的起停服務(wù)主要是對電機啟動(dòng)和停止這兩個(gè)特殊過(guò)和進(jìn)行特殊處理。
因PWM周期中斷服務(wù)程序執行頻率很高（5KHz左右），因此這部分使用匯編編寫(xiě)，以保證盡量小的CPU資源占用。PWM中斷服務(wù)子程序的流程如圖 4.2。
圖 4.2 PWM中斷服務(wù)子程序流程圖
5 結語(yǔ)
通常，在開(kāi)發(fā)變頻設備的過(guò)程中，需要編寫(xiě)實(shí)時(shí)性、程序可讀性強的代碼，這時(shí)就需要采用混合編程。而凌陽(yáng)的m’nSP? IDE具有良好的編程環(huán)境，它可以很輕松、容易地進(jìn)行混合編程（在C程序中調用匯編程序，在匯編程序中調用C程序）。
該系統用了SPMC75F2413A兩個(gè)定時(shí)器和約17個(gè)IO口資源，其實(shí)SPMC75F2413A的資源相當豐富。因其有專(zhuān)業(yè)的變頻硬件支持，變頻系統開(kāi)發(fā)變得相對簡(jiǎn)單。同時(shí)，SPMC75F2413A在變頻控制方面有相當出眾的表現。因此，基于SPMC75F2413A的變頻系統在通用變頻、變頻家電等變頻領(lǐng)域有廣闊的應用前景。
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