空調(diào)工作原理及電路控制詳解

1、作 原 理 及 電 路 控 制 詳 解近年來(lái)，我國(guó)空調(diào)器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分迅猛，2000年我國(guó)空調(diào)行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模便已經(jīng)發(fā)展到1800萬(wàn)臺(tái)左右，2003年度我國(guó)家用空調(diào)器行業(yè)的總生產(chǎn)能力已超過(guò)4000萬(wàn)臺(tái)，2004年度這一數(shù)據(jù)已經(jīng)擴(kuò)大到了5500萬(wàn)臺(tái)。目前，中國(guó)的空調(diào)器產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的3/5左右，中國(guó)已成為名副其實(shí)的空調(diào)器制造大國(guó)，也正在逐漸成為全 球空調(diào)器生產(chǎn)基地。在過(guò)去的五年中，中國(guó)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(zhǎng)，其中2001年度、2003年度和2004年度的增長(zhǎng)尤為顯著。此外，近年來(lái)，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(guó)

2、內(nèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大，中國(guó)的空調(diào)器出口也在連年迅速增長(zhǎng)，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(guó)空調(diào)產(chǎn)品的出口保持了十分強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，其中2003年度國(guó)內(nèi)空調(diào)企業(yè)的出口額首次突破千萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，超過(guò)了1400臺(tái)。2004年度國(guó)內(nèi)空調(diào)器企業(yè)的出口量更是超過(guò)了2300萬(wàn)臺(tái)，與國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證其性能，走進(jìn)國(guó)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

3、縮為高壓、高溫的過(guò)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(guò)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(lái)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(guò)四通閥來(lái)改變制冷劑的循環(huán)方向，

4、使原來(lái)制冷工作時(shí)做為蒸 發(fā)器的室內(nèi)盤(pán)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：16C30C,默認(rèn)設(shè)定溫度為 24C。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：16C30 C。控制器根據(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 C30 C。2）具有防冷風(fēng)功能。3）具有化霜功能。4）具有咼溫保護(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(kāi)/關(guān)機(jī)功能定時(shí)開(kāi)/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(mén)片工

5、作情況1）遙控器可設(shè)置風(fēng)門(mén)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 C。?睡眠科學(xué)的溫度一睡眠曲線，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(kāi)關(guān)遙控器丟失或損壞時(shí)，可以使用應(yīng)急開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)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(hào)檢

6、測(cè)和控制部分組成。CPU首先接收遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)，獲得命令參數(shù)，同時(shí)檢測(cè)環(huán)境變量（溫度、過(guò)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)。四通閥控制PD2PB27PB3/P如心陌壓堀機(jī)控制PCOPB5PC1步進(jìn)電機(jī)控制PE1PB0/PC3/C2PB4健康運(yùn)稈控制PD1F竝室扌h室內(nèi)鳳機(jī)控制PA7PB7PW應(yīng)魚(yú)開(kāi)關(guān)4PB6PDO斷電記憶»2/PAJ6歸陽(yáng)PA1/PMJZSPMC65R2408A*28P顯示面板遙控器接收過(guò)零檢測(cè)低電壓檢測(cè)內(nèi)鳳機(jī)速度檢測(cè)盤(pán)管和室內(nèi)思度檢測(cè)圖3-1硬件組成框圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)空調(diào)電路原理硬件電路如

7、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。1ifunrr圖4-1系統(tǒng)電路原理圖芯片特性簡(jiǎn)介SPMC65P2408A是由凌陽(yáng)公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的8位工業(yè)級(jí)單片機(jī)，采用凌陽(yáng)SPMC65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(chǎng)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：？l工作速

8、度：8MHzl工作溫度：-40 C85 C ?l超強(qiáng)抗干擾、抗靜電 ESD保護(hù)能力I 8K byte ROM ，256 byte RAMl 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I 1 個(gè)1Hz的時(shí)基I 8通道10位精度的ADC帶外部參考電壓）I 4個(gè)外部中斷，11個(gè)內(nèi)部中斷I SPI串行通訊接口I 2 種省電模式： Halt、StopI蜂鳴器輸出功能I可選低電壓復(fù)位功能I可編程看門(mén)狗功能啊)FA7 |1 腳)FAO |T 哪)FAS EZ (期4)阱4匚 (ATJ3)PA3 二(W41JPA1 p (ATJOJPAO 匸(bj

9、z yp&s 叵 IINT1/TC3)PB5 pT (IINTWTC9F&4 叵 (PWMW0MP1)PB9 叵 (COM=CI)PB2 nT28 VDDSPMC65P24 口obA3T vssXl/R OE CLK25| XJ2Ll RESET23| PDo(ini222| PD HINTS)E | PD.2(PW問(wèn)COMP昂2D| PCO(5RPEnTF| PC 1(SC K)il PC2(S>QTF|vT| P0OCTCO) 韋1 PB圖 4-2 SPMC65P2408A*28P 封裝供電系統(tǒng)分析整個(gè)主控板上有三種電壓：AC220V DC12V和DC5V AC220

10、V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(guò)降壓，變?yōu)?DC12V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(guò)變壓器降壓，然后從插座J1輸入，經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行全波整流，通過(guò)電容C2濾波，得到 DC12V再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓片7805穩(wěn)壓，得到DC5V圖中的采樣點(diǎn) ZDS用于過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，二極管D“防止濾波電容 C2對(duì)采樣點(diǎn)ZDS的影響3 2 1圖4-3供電系統(tǒng)過(guò)零檢測(cè)電路過(guò)零檢測(cè)電路如圖 4-4所示，用于檢測(cè) AC220V的過(guò)零點(diǎn)，在整流橋路中采樣全波 整流信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(guò)零檢測(cè)。采

11、樣點(diǎn)和整形后的信號(hào)如圖4-5所示。過(guò)零檢測(cè)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。ZeroDetectVCC-r R23 I/ QBC14J4過(guò)零檢測(cè)電路2DE課樣信號(hào)rt整形后ZD端輸出信號(hào)5采樣點(diǎn)和整形后的信號(hào)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)。AC220V的過(guò)零點(diǎn)，產(chǎn)生過(guò)室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速具體控制方法：首先過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)到零中斷；然后，在中斷處理子程序中，打開(kāi)Timer的定時(shí)功能，比

12、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(guò)定時(shí) 器的定時(shí)長(zhǎng)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。U1AtJOCE6ATECATHODE12O o oT1z z z zT2vccR21-1Tai圖4?6室內(nèi)風(fēng)機(jī)控制電路VCC室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速檢測(cè)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(lái)，正弦 波的頻率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)下表所示。正弦波經(jīng)過(guò)三極管整形為方 波，CPU采用外部中斷進(jìn)行頻率

13、檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的測(cè)量。Ctun:ent DetectR5R7£6嚴(yán)-LG19風(fēng)速高中低?風(fēng)機(jī) 70 50 30頻率（Hz）圖4-7室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速檢測(cè)電路過(guò)流檢測(cè)電路采用電流互感器 L1檢測(cè)火線上電流的變化情況。圖中L1為電流互感器，輸出 05mA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(guò)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(hào)。 CPU通過(guò)對(duì)COD端 電壓的AD采集來(lái)感知 AC220V電流的變化，當(dāng) COD端的電壓過(guò)高時(shí)， CPU可以對(duì)電 路米取保護(hù)措施。圖4-8過(guò)流檢測(cè)電路低電壓檢測(cè)電路采用電阻分壓原理，CPU利用AD采集對(duì)7805前端

14、的12V電壓進(jìn)行檢測(cè)。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圖4-9低電壓檢測(cè)電路壓縮機(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(guò)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(guò)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DC5V2303LI4M 及 q-lon 1Vai 惟 2JDIB2Q3B4B50陽(yáng)陽(yáng)陽(yáng)GN日朋工Ef 42_5匚&日TA 316 ComprC1514一1131122113_4512V1C2C3C4C5CEC7C8CCOMDariv 12V /iShtegc17 ValC圖4-10壓縮機(jī)、四通閥和健康運(yùn)行的控制電路驅(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)