熱泵式分體壁掛空調(diào)以其優(yōu)越的性能,，已越來越被廣大家庭所選用,，其功能更是日新月異，而對其功能的提高起核心作用的其控制系統(tǒng),。本文介紹一種基于PIC16C72控制的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計方法,。
該系統(tǒng)具有制冷、制熱,、除濕,、自動4種工作模式，包括定時,、睡眠,、風(fēng)向、智能化霜,、應(yīng)急運轉(zhuǎn),、試運轉(zhuǎn)以及5種可調(diào)室內(nèi)風(fēng)速等控制功能,；在定時開機時,，可根據(jù)訪間溫度作智能判斷,，自動調(diào)整定時開機時間，避免開機時太冷或太熱,；另外,，可對設(shè)定溫度和房間溫度兩種溫度的10個溫度值進(jìn)行同時指示，以及完整的抗干擾和系統(tǒng)保護(hù)功能,。
本系統(tǒng)硬件簡單可靠,，軟件具有更完善的控制功能和抗干擾能力。系統(tǒng)具有很高的性能價格比,。
1 控制器原理
系統(tǒng)CPU根據(jù)遙控器或按鍵輸入的命令,，對采集到的溫度進(jìn)行智能判斷，然后作出相應(yīng)的制冷,、制熱或除溫運行,。再通過接口電路，驅(qū)動壓縮機,、換向閥,、風(fēng)向電機和室內(nèi)風(fēng)機作相應(yīng)動作，并對溫度用LED指示,。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示,。
2 硬件設(shè)計
進(jìn)行系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計時，既要考慮編寫程序的方便,、又要充分利用軟件的功能來簡化硬件結(jié)構(gòu),，即做到“軟硬兼施”。
2.1 單片機的選擇
系統(tǒng)有3路溫度模擬信號輸入,，還有1路電壓和1路電流模擬輸入,，共5路模擬輸入要求；而模擬信號要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能用單片機CPU處理,。為提高系統(tǒng)的性能價格比,，應(yīng)采用含有A/D轉(zhuǎn)換器的單片機。經(jīng)過各方面的綜合比較,，我們選用了美國Microchip公司的PIC16C72單片機作為控制核心,。它具有5路模擬量輸入的A/D轉(zhuǎn)換器，恰好滿足系統(tǒng)的模擬輸入要求,。另外,，它在1塊芯片上集成了1個8位邏輯運算單元和工作寄存器、2KB程序存儲器,、128個數(shù)據(jù)存儲器,、3個端口（A口,、B口、C口）共22條I/O線,、3個定時器/計數(shù)器,。另外，只有35條易學(xué)易用而高效的RISC（精簡指令集計算機）指令,，同時,，芯片具看門狗功能，并提供對軟件運行出錯的保護(hù),。
2.2 模擬輸入電路
本系統(tǒng)直接用熱敏電阻進(jìn)行測溫,，再加一級電容濾波。對外交換溫度檢測電路,，因其干擾較大,，特加上二極管限幅保護(hù)。對傳感器的不同電阻值,，將其所對應(yīng)的不同分壓值輸入至PIC單片機的A/D轉(zhuǎn)換口,，在單片機內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。該檢測電路結(jié)構(gòu)簡單,，性能價格比高,。又因采用的單片機為8位，所以溫度轉(zhuǎn)換精度高,，可為0.5℃,，完全滿足了空調(diào)的信號檢測精度要求。
對過流信號的檢測,，不用經(jīng)過比較器,，節(jié)約了資源；而是采用模擬信號整流分壓后直接輸入,，通過單片機自帶的A/D轉(zhuǎn)換器,，每500μs對其進(jìn)行一次檢測，并進(jìn)行軟件比較,，以確認(rèn)是否過流,。
對過零電壓信號的檢測，也是采用模擬信號整流分壓后直接輸入,。因兩個電壓半波的過零點都要檢測,，所以用橋式整流。模擬輸入電路如圖2所示,。
2.3 溫度指示電路
該電路可對設(shè)定溫度和房間溫度兩種溫度的10個溫度值進(jìn)行同時指示,，而且結(jié)構(gòu)簡單，僅占用2根I/O線和使用1個八位移位寄存器74LS164,。方法是對設(shè)定溫度進(jìn)行穩(wěn)定指示,，對房間溫度進(jìn)行1s間隔閃爍指示,。每秒取出溫度信號。如果是21℃或30℃,，則直接將相應(yīng)位置成低電平,，使相應(yīng)LED燈亮，如果上22～29℃,，則將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)顯示碼,，通過RB6產(chǎn)生CLOCK信號,，RB7串行送出顯示碼至8位移位寄存器74LS164,，再進(jìn)行LED指示。
2.4 室內(nèi)風(fēng)向電機控制電路
本控制系統(tǒng)的室內(nèi)風(fēng)向葉片有自動,、擺動以及5種固定角度等運行狀態(tài),。為得到高精度的角度控制，我們采用DC12V四相八拍步電機驅(qū)動,。步進(jìn)控制電路中采用單片機的RB2,、RB3、RB4,、RB5作為四相（A,、B、C,、D）八拍環(huán)行分配時序,，經(jīng)電流放大器件ULN2003功率放大后驅(qū)動步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)?？刂品椒ㄊ歉鶕?jù)目標(biāo)位置和當(dāng)前位置的角度差,，輸出相應(yīng)數(shù)量的脈拍數(shù)，并通過輸出脈拍的不同時序來控制正反轉(zhuǎn),。
2.5 室內(nèi)風(fēng)機控制電路
制冷和制熱量的大小與室內(nèi)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速有著密切的關(guān)系,。本系統(tǒng)中室內(nèi)風(fēng)機采用雙向晶閘管移相控制，使其產(chǎn)生電壓調(diào)速,?？刂齐娐啡鐖D3所示。在單片機內(nèi)部,，根據(jù)RA5口檢測到的電壓過零點為同步信號,，再通過定時器控制產(chǎn)生所需脈沖的相位和寬度，從RC1口輸出,，然后經(jīng)晶體管放大,、脈沖變壓器隔離輸出，再觸發(fā)雙向晶體管導(dǎo)通,。為了減小脈沖變壓器的容量,，輸出的是幾個連續(xù)的窄脈沖序列,。
單片機系統(tǒng)RA3口對室內(nèi)風(fēng)機的速度反饋脈沖進(jìn)行計數(shù)，并與給定值進(jìn)行比較,，然后進(jìn)行積分調(diào)節(jié),，對速度進(jìn)行閉環(huán)控制。
2.6 繼電器實時控制電路
控制信號從單片機的通用雙向I/O端口RB1,、RC4和RC5經(jīng)過驅(qū)動器ULN2003放大,，控制繼電器，使壓縮機,、室外風(fēng)機和換向閥按要求狀態(tài)動作,。
3 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計采用模擬化處理，主控程序包括以下幾個部分：程序的初始化,、試運轉(zhuǎn),、數(shù)據(jù)和信號的采集與處理、溫度LED指示,、室內(nèi)風(fēng)機的閉環(huán)積分控制,、室內(nèi)風(fēng)向電機的步進(jìn)控制。功能子程序包括制冷,、制熱,、除濕、自動四種運行模式,。中斷程序包括遙控接收,。各種定時的中斷查詢處理、速度檢測等,。系統(tǒng)的主控程序流程如圖4所示,。
系統(tǒng)資源分配：定時器0用于對速度反饋脈沖計數(shù)，定時器1用于遙控處理,，定時器2用于其它所有定時處理,。由于定時器2處理的定時有20多個，時間長短更是千變?nèi)f化,，短的只有500μs,，長的可達(dá)24h(小時)。根據(jù)現(xiàn)實生活中一塊手表可處理多個事件的啟示,，我們設(shè)計出口斷式查詢定時法,，即將基準(zhǔn)中斷時間設(shè)為最小公約數(shù)500μs，每個事件分配1個時間寄存器,、1個開始定時標(biāo)志和1個定時時間到標(biāo)志,，在需要定時的時候，將其開始定時標(biāo)志1置,。每次500μs中斷時,，對各定時標(biāo)志位進(jìn)行檢測,，如果為1，則對相應(yīng)的時間寄存器進(jìn)行定時處理,，如果定時時間到,，則將相應(yīng)的定時時間到標(biāo)志置1。
軟件系統(tǒng)的制冷,、制熱,、除濕和自動功能子程序模塊，主要功能是根據(jù)房間溫度和設(shè)定差值,，并綜合考慮其他條件,，然后對壓縮機和室內(nèi)外風(fēng)扇的運行狀態(tài)進(jìn)行智能控制。同時,，在各模塊里進(jìn)行了睡眠和保護(hù)處理,。