空调工作原理及电路控制详解_通信电子-电子设计.pdf

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1、-优质专业-空调工作原理及电路控制详解 近年来，我国空调器产业的发展十分迅猛，2000 年我国空调行业的生产规模便已经发展到 1800 万台左右，2003 年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过 4000 万台，2004 年度这一数据已经扩大到了 5500 万台。目前，中国的空调器产量已占世界总产量的 3/5 左右，中国已成为名副其实的空调器制造大国，也正在逐渐成为全球空调器生产基地。在过去的五年中，中国空调器行业的工业总产值和销售收入都经历了持续的增长，其中 2001年度、2003 年度和 2004 年度的增长尤为显著。此外，近年来，百户城市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高。空调拥有

2、量在各地区差异较大。随着国市场的扩大,中国的空调器出口也在连年迅速增长，空调器出口额占家电产品出口总额的份额也在不断提高。2002年度、2003 年度和 2004 年度我国空调产品的出口保持了十分强劲的增长势头，其中 2003 年度国空调企业的出口额首次突破千万台大关，超过了 1400台。2004 年度国空调器企业的出口量更是超过了 2300 万台，与国销量形成了齐头并进的格局。这篇文章的主要目的是希望能够大力推动 SPMC65 系列芯片的应用，并根据国家标准验证其性能，走进国各家电生产厂家。1 空调工作原理（1）制冷原理 图 1-1空调制冷原理 空调制冷原理如图 1?1 所示，空调工作时，制

3、冷系统的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至冷凝器；同时室外侧风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压、高温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过节流毛细管降压降温流入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量；同时室侧风扇使室空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后的变冷的气体送向室。如此，室外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。（2）制热原理-优质专业-图 1-2空调制热原理 空调热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室空气的，如图 1?2 所示。低压、低温制冷剂液体在蒸发器蒸发吸热，而高温高压制冷剂气体在冷凝器放热冷凝。热泵

4、制热时通过四通阀来改变制冷剂的循环方向，使原来制冷工作时做为蒸发器的室盘管变成制热时的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室放热，实现制热的目的。2 功能介绍 制冷 1)设定温度围：16 30，默认设定温度为 24。2)具有防霜冻保护功能。除湿 在除湿运转模式下，设定温度由遥控器决定，温度设定围：16 30。控制器根据室温度和设定温度的差值决定运转模式。制热 1)设定温度围：16 30。2)具有防冷风功能。3)具有化霜功能。4)具有高温保护功能。送风模式 风速可在高、中、低档之间转换，不受设定温度所控制。定时开/关机功能 定时开/关机时间以 10 分钟为最小单位进行设置，定时时间到达，空调启动和停

5、止工作。风门片工作情况 1)遥控器可设置风门片工作于连续方式或固定方式。2)制冷、除湿、送风和自动摆风在 150与 105之间大约 45做周期摆动。3)制热摆风在 90与 150之间大约 60做周期摆动。健康运行 可以在任何模式下，产生健康负离子，进行空气杀菌。自动运行 台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口

6、占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-遥控器设定为自动运转模式时，空调器根据室温度与设定温度的差值，自动判定运转模式。设定温度默认为 24。睡眠 科学的温度睡眠曲线，自动调节室温度，保证用户有一个非常舒适的睡眠。应急开关 遥控器丢失或损坏时，可以使用应急开关进行开机、关机、制冷和制热。3 系统总体方案介绍 硬件组成框图如图 3?1 所示。主要

7、由 CPU、信号检测和控制部分组成。CPU 首先接收遥控器发出的红外信号，获得命令参数，同时检测环境变量（温度、过流、电网断电等），然后综合分析，下达命令，控制空调各部件的正常工作。显示面板可以显示空调当前的工作状态。图 3-1硬件组成框图 4 系统硬件设计 4.1 空调电路原理 硬件电路如图 4?1 所示。根据工作电压的不同，整个系统可以分为三部分：微控系统、继电器控制和强电控制，分别工作于 DC5V、DC12V 和 AC220V。台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐

8、成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-图 4-1系统电路原理图 4.2 芯片特性简介 SPMC65P2408A 是由凌阳公司设计开发的 8 位工业级单片机，采用凌阳SPMC65

9、核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及 ADC、PWM、标准通讯接口等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。SPMC65P2408A 有 28 管脚和 32 管脚两种封装，32 管脚封装多了 UART功能。本设计选用 28 管脚封装，如图 4-2所示。28 管脚封装芯片的具体特性如下：l 工作电压：3.0V 5.5V l 工作速度：8MHz l 工作温度：-40 85 l 超强抗干扰、抗静电 ESD保护能力 台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制

10、造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-l 8K byte ROM，256 byte RAM l 23 个通用输入输出口 l 强大的定时计数器：2 个 8 位、2

11、个 16 位具有 CaptureComparePWM 功能 l 1 个 1Hz 62.5KHz 的时基 l 8 通道 10 位精度的 ADC(带外部参考电压)l 4 个外部中断，11 个部中断 l SPI 串行通讯接口 l 2 种省电模式：Halt、Stop l 蜂鸣器输出功能 l 4.0V/2.5V 可选低电压复位功能 l 可编程看门狗功能 图 4-2 SPMC65P2408A*28P 封装 4.3 供电系统分析 整个主控板上有三种电压：AC220V、DC12V 和 DC5V。AC220V 直接给压缩机、室外风机、室风机和负离子产生器供电；AC220V 经过降压，变为 DC12V和 DC5V

12、，用于继电器和微控系统供电。供电系统如图 4-3 所示，AC220V先经过变压器降压，然后从插座 J1 输入，经过整流桥进行全波整流，通过电容 C2 滤波，得到 DC12V，再经过稳压片 7805 稳压，得到 DC5V。图中的采样点 ZDS 用于过零点的检测，二极管 D1 防止滤波电容 C2 对采样点 ZDS的影响。台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的

13、扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-图 4-3供电系统 4.4 过零检测电路 过零检测电路如图 4-4所示，用于检测 AC220V 的过零点，在整流桥路中采样全波整流信号，经过三极管及电阻电容组成整形电路，整形成脉冲波，可以触发外部中断，进行过零检测。采样点和整形后的信号如图 4-5所示。过零检

14、测的作用是为了控制光耦可控硅的触发角，从而控制室风机风速的大小。4 过零检测电路 台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各

15、家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-5 采样点和整形后的信号 4.5 室风机的控制 图 4-6为风机控制电路，U1 为光耦可控硅，用于控制 AC220V 的导通时间，从而实现风机风速的调节。U3 的 3 脚为触发脚，由三极管驱动。AC220V从管脚 11 输入，管脚 13 输出，具体导通时间受控于触发角的触发。室风机风速具体控制方法：首先过零检测电路检测到 AC220V 的过零点，产生过零中断；然后，在中断处理子程序中，打开 Timer 的定时功能，比如定时 4ms，4ms 后由 CPU 产生一个触发脉冲，经三极管驱动，从 U

16、3 的 3脚输入，触发 U3 的部电路，从而使 U3 的管脚 11 和 13 的导通，AC220V给室风机供电。这样，通过定时器的定时长度的改变可以控制 AC220V 在每半个周期的导通时间，从而控制室风机的功率和转速。图 4?6 室风机控制电路 台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在

17、不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-4.6 室风机风速检测 当室风机工作时，速度传感器将室风机的转速以正弦波的形式反馈回来，正弦波的频率与风机转速成特定的对应关系，见下表所示。正弦波经过三极管整形为方波，CPU 采用外部中断进行频率检测，从而实现对风速的测量。风速 高 中 低 风机 70 50 30 频率（Hz）图 4-7室风机风速检测电路 4.7 过流检测电路

18、采用电流互感器 L1 检测火线上电流的变化情况。图中 L1 为电流互感器，输出 0 5mA 的交流电。当电流突然增大时，电流互感器输出电流也随之增大，经过全桥整流、电流电压转换、低通滤波，从 COD 端输出直流电压台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品

19、的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-信号。CPU 通过对 COD 端电压的 AD 采集来感知 AC220V 电流的变化，当COD 端的电压过高时，CPU 可以对电路采取保护措施。图 4-8过流检测电路 4.8 低电压检测电路 采用电阻分压原理，CPU 利用 AD采集对 7805 前端的 12V 电压进行检测。当电网掉电后，AD端会采集到 7805 前端的 12V 电压的降低，由于 7805 输出端

20、电容的存在，所以即使 12V 电压降低到 6V，7805 仍能提供 5V 电压使CPU 正常工作，此时，CPU 立即将空调当前的运行参数保存在 AT24C01里面。台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局

21、这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-图 4-9低电压检测电路 4.9 压缩机、四通阀、外风机和负离子产生器（健康运行）的控制 压缩机、室外风机、四通阀和负离子产生器均由 AC220V 供电，所以通过继电器控制 AC220V 的通断便可以控制各个部分的运行。R1 为压敏电阻，用于过压保护。SI1 为保险管。插座 J2 为 AC220V 输出端，外接变压器，将 AC220V 降压，降压后接到电源模块，分别得到 DC12V 和 DC5V。图 4-10

22、压缩机、四通阀和健康运行的控制电路 4.10 驱动电路 继电器、峰鸣器和步进电机均由 12V 直流电压控制，U4 为驱动芯片。Neg lonC 控制负离子发生器的继电器；ValveC 控制四通阀的继电器；ComprC 控制压缩机的继电器；Buzzer 控制峰鸣器；A、B、C、D 为步进电机的四相。图 4-11 驱动电路 4.11 断电记忆 采用 U5（AT24C01）作为串行存储芯片，保存电网断电前空调的运行参数。该芯片只需两根线控制：时钟线 SCL 和数据线 SDA/Ion，存储器大小为 128 8 byte。台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前

23、中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-图 4-12 断电记忆电路 5 系统软件设计 5.1 主流程

24、 主程序流程如图 5?1 所示，一个主循环时间为 10ms，采用时基进行定时。首先等待 10ms 的到来，10ms 来临，进行遥控器信号的解码，根据解码得到的信息选择空调的工作模式，然后进入该模式执行。图 5-1 主流程图 6 结语 台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年

25、度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低-优质专业-SPMC65 系列芯片以优异的性能和丰富的资源适合于各个公控场合。本次以SPMC65P2408A 为主控芯片开发的空调主控板，在没有专门加 EMC 防治的情况下，经过 EFT 测试，其抗干扰能力达到国家最高级别 4KV。台左右年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过万台年度这一数据已经扩大到了万台目前中国的空调器产量已占世界总产量的左右中国已成为名副其实的空调器制造大国也正在逐渐成为全球空调器生产基地在过去的五年中中国 市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高空调拥有量在各地区差异较大随着国市场的扩大中国的空调器出口也在连年迅速增长空调器出口占家电产品出口总的份也在不断提高年度年度和年度我国空调产品的出口保持了十分强劲 与国销量形成了齐头并进的格局这篇文章的主要目的是希望能够大力推动系列芯片的应用并根据国家标准验证其性能走进国各家电生产厂家空调工作原理制冷原理图空调制冷原理空调制冷原理如图所示空调工作时制冷系统的低压低