SPMC65P2408A在空調中的應用

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文主要介紹定頻空調機主控板方案的實現(xiàn)。本設計以凌陽科技公司的8位單片機SPMC65P2408A為核心，使用四路AD實現(xiàn)溫度、AC220V電流和斷電檢測，使用兩路外部中斷實現(xiàn)室內風機的風速檢測和過零檢測，使用捕獲功能進行遙控器紅外碼的接收…… SPMC65P2408A良好的性能和合理的資源非常適合于空調機、洗衣機等家電。
關鍵詞：空調? 凌陽單片機? SPMC65P2408A
引? 言：
　　近年來，我國空調器產業(yè)的發(fā)展十分迅猛，2000年我國空調行業(yè)的生產規(guī)模便已經發(fā)展到1800萬臺左右，2003年度我國家用空調器行業(yè)的總生產能力已超過4000萬臺，2004年度這一數(shù)據(jù)已經擴大到了5500萬臺。目前，中國的空調器產量已占世界總產量的3/5左右，中國已成為名副其實的空調器制造大國，也正在逐漸成為全球空調器生產基地。在過去的五年中，中國空調器行業(yè)的工業(yè)總產值和銷售收入都經歷了持續(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器擁有量每年都有顯著提高?？照{擁有量在各地區(qū)差異較大。隨著國內市場的擴大, 中國的空調器出口也在連年迅速增長，空調器出口額占家電產品出口總額的份額也在不斷提高。2002年度、2003年度和2004年度我國空調產品的出口保持了十分強勁的增長勢頭，其中2003年度國內空調企業(yè)的出口額首次突破千萬臺大關，超過了1400臺。2004年度國內空調器企業(yè)的出口量更是超過了2300萬臺，與國內銷量形成了齊頭并進的格局。

這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動SPMC65系列芯片的應用，并根據(jù)國家標準驗證其性能，走進國內各家電生產廠家。
1??? 空調工作原理
（1）制冷原理

圖 1-1空調制冷原理

空調制冷原理如圖 1?1所示，空調工作時，制冷系統(tǒng)內的低壓、低溫制冷劑蒸汽被壓縮機吸入，經壓縮為高壓、高溫的過熱蒸汽后排至冷凝器；同時室外側風扇吸入的室外空氣流經冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓、高溫的制冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過節(jié)流毛細管降壓降溫流入蒸發(fā)器，并在相應的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍熱量；同時室內側風扇使室內空氣不斷進入蒸發(fā)器的肋片間進行熱交換，并將放熱后的變冷的氣體送向室內。如此，室內外空氣不斷循環(huán)流動，達到降低溫度的目的。
（2）制熱原理

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

2???功能介紹
◆ 制冷

1)???? 設定溫度范圍：16℃～30℃，默認設定溫度為24℃。
2)???? 具有防霜凍保護功能。

◆ 除濕
在除濕運轉模式下，設定溫度由遙控器決定，溫度設定范圍：16℃～30℃。控制器根據(jù)室內溫度和設定溫度的差值決定運轉模式。

◆ 制熱
1)??????? 設定溫度范圍：16℃～30℃。
2)??????? 具有防冷風功能。
3)??????? 具有化霜功能。
4)???????? 具有高溫保護功能。

◆ 送風模式
風速可在高、中、低檔之間轉換，不受設定溫度所控制。

◆ 定時開/關機功能
定時開/關機時間以10分鐘為最小單位進行設置，定時時間到達，空調啟動和停止工作。

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

◆ 健康運行
可以在任何模式下，產生健康負離子，進行空氣殺菌。

◆ 自動運行

遙控器設定為自動運轉模式時，空調器根據(jù)室內溫度與設定溫度的差值，自動判定運轉模式。設定溫度默認為24℃。

◆ 睡眠

科學的溫度－睡眠曲線，自動調節(jié)室內溫度，保證用戶有一個非常舒適的睡眠。

◆ 應急開關

遙控器丟失或損壞時，可以使用應急開關進行開機、關機、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)，同時檢測環(huán)境變量（溫度、過流、電網斷電等），然后綜合分析，下達命令，控制空調各部件的正常工作。顯示面板可以顯示空調當前的工作狀態(tài)。

圖 3-1硬件組成框圖

4??系統(tǒng)硬件設計
4.1 空調電路原理
硬件電路如圖 4?1所示。根據(jù)工作電壓的不同，整個系統(tǒng)可以分為三部分：微控系統(tǒng)、繼電器控制和強電控制，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是由凌陽公司設計開發(fā)的8位工業(yè)級單片機，采用凌陽SPMC65內核，支持位操作指令。具有強大的定時/計數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標準通訊接口等多種功能。適用于通用工控場合、計算機外圍控制和家電等。SPMC65P2408A有28管腳和32管腳兩種封裝，32管腳封裝多了UART功能。本設計選用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?????? 超強抗干擾、抗靜電ESD保護能力

l?????? 8K byte ROM，256 byte RAM

l?????? 23個通用輸入輸出口

l?????? 強大的定時計數(shù)器：2個8位、2個16位具有Capture\Compare\PWM功能

l?????? 1個1Hz～62.5KHz的時基

l?????? 8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)

l?????? 4個外部中斷，11個內部中斷

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
整個主控板上有三種電壓：AC220V、DC12V和DC5V。AC220V直接給壓縮機、室外風機、室內風機和負離子產生器供電；AC220V經過降壓，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先經過變壓器降壓，然后從插座J1輸入，經過整流橋進行全波整流，通過電容C2濾波，得到DC12V，再經過穩(wěn)壓片7805穩(wěn)壓，得到DC5V。圖中的采樣點ZDS用于過零點的檢測，二極管D1防止濾波電容C2 對采樣點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，在整流橋路中采樣全波整流信號，經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，進行過零檢測。采樣點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，從而控制室內風機風速的大小。

圖 4-4過零檢測電路

圖 4_5采樣點和整形后的信號

4.5 室內風機的控制
圖4-6為內風機控制電路，U1為光耦可控硅，用于控制AC220V的導通時間，從而實現(xiàn)內風機風速的調節(jié)。U3的3腳為觸發(fā)腳，由三極管驅動。AC220V從管腳11輸入，管腳13輸出，具體導通時間受控于觸發(fā)角的觸發(fā)。

室內風機風速具體控制方法：首先過零檢測電路檢測到AC220V的過零點，產生過零中斷；然后，在中斷處理子程序中，打開Timer的定時功能，比如定時4ms，4ms后由CPU產生一個觸發(fā)脈沖，經三極管驅動，從U3的3腳輸入，觸發(fā)U3的內部電路，從而使U3的管腳11和13的導通，AC220V給室內風機供電。這樣，通過定時器的定時長度的改變可以控制AC220V在每半個周期內的導通時間，從而控制室內風機的功率和轉速。

圖 4?6室內風機控制電路

4.6 室內風機風速檢測
當室內風機工作時，速度傳感器將室內風機的轉速以正弦波的形式反饋回來，正弦波的頻率與風機轉速成特定的對應關系，見下表所示。正弦波經過三極管整形為方波，CPU采用外部中斷進行頻率檢測，從而實現(xiàn)對風速的測量。

風速	高	中	低
風機頻率（Hz）	70	50	30

圖 4-7室內風機風速檢測電路

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。當電流突然增大時，電流互感器輸出電流也隨之增大，經過全橋整流、電流－電壓轉換、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COD端的電壓過高時，CPU可以對電路采取保護措施。

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電壓進行檢測。當電網掉電后，AD端會采集到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，CPU立即將空調當前的運行參數(shù)保存在AT24C01里面。

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圖 4-9低電壓檢測電路

4.9 壓縮機、四通閥、外風機和負離子產生器（健康運行）的控制
壓縮機、室外風機、四通閥和負離子產生器均由AC220V供電，所以通過繼電器控制AC220V的通斷便可以控制各個部分的運行。

R1為壓敏電阻，用于過壓保護。SI1為保險管。

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、四通閥和健康運行的控制電路

4.10 驅動電路
繼電器、峰鳴器和步進電機均由12V直流電壓控制，U4為驅動芯片。

Neg－lonC控制負離子發(fā)生器的繼電器；

ValveC控制四通閥的繼電器；

ComprC控制壓縮機的繼電器；

Buzzer控制峰鳴器；

A、B、C、D為步進電機的四相。

圖 4-11驅動電路

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

圖 4-12斷電記憶電路
5???? 系統(tǒng)軟件設計
5.1 主流程
主程序流程如圖 5?1所示，一個主循環(huán)時間為10ms，采用時基進行定時。

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

圖 5-1 主流程圖

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