1、 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科毕业论文 题 目 ： 基于单片机的空调变频控制系统 学生 姓名 ： 魏 金 榜 指导老师 ： 李 飞 学 院 ： 电 气 工 程 专业班级 ： 12 级 电 气 自 动 化本科 完成时间 ： 2015年 5 月 本科毕业论文 (设计 )任务 书 题 目 ： 基于单片机的空调变频控制系统 学生姓名 魏 金 榜 指导教师 李 飞 学 院 电 气 工 程 专业班级 12级 电 气 自 动 化本科 摘 要 空调给人们的生活和工作带来了很大的好处， 也越来越多的进入了普通家庭，但是消耗的电能也就越多。所有为了降低耗电量和提高工作效率，现在越来越多的
2、空调都运用变频空调。变频空调使人感觉到舒适，同时又能省电节能。 在 本文 中，系统地介绍了 变频 空调 的 硬件结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。采用了稳压电源的抗干扰、 A/D 转换抗干扰以及 空调变频器的 SPWM 原理，说明变频空调器电控系统的基本结构、实现方法及关键技术。 本文设计的 变频 空调系统，它是一个完整的单片机系统。系统采用SPCE061A单片机 ,通过 A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，空调的心脏是压缩机，单片机通过对制冷压缩机的控制，实现了空调的
3、制冷。 本设计有很好的发展前景 和应用前景。 关键词： 变频空调 单片机 SPCE061A Abstract This paper introduces the principle of air conditioner transducer s SPWM and explains its electronic controlled system s basic structure, implementing method and pivotal technique by a electronic controlled system being made of single chip C504。
4、 Reduces the labor intensity, the safeguard production reliability, the security, reduces the production cost, reduces the environmental pollution, the Measurement Technique, the new sensor technology, the computer management technology in a bodys integration of machinery product; Carries on the cen
5、tralism surveillance, the control supervisor fully using the computer technology to the production process and disperses the control; Has absorbed the dispersion-like control system and the common control systems merit fully, uses the standardization, the modulation, the systematized design, the dis
6、position is nimble, the configuration is convenient. SPCE061A， like this designs the frepuency conversion air conditioning namely consumption reduced, also makes air conditionings lasting accuracy to enhance greatly therefore this designs has the very good prospects for development, with application
7、 prospect. Key word: Frequency conversion air conditioning circuit SPCE061A 目录 摘 要 . 3 Abstract . 4 第一章 设计任务概述及要求 . 1 1.1 设计的内容、功能及技术指标 . 1 1.2 设计实现的主要功能 . 1 1.3 主要技术指标（电气控制的要求） . 1 第二章 空调与单片机 . 2 2.1、空调 . 2 2.2、空调的工作原 理 . 2 2.3、空调的功能 . 2 2.4 单片机 . 3 2.5 单片机与空调控制系统 . 4 第三章 硬件设计 . 5 3.1 方案的提出和选择 . 5
8、3.1.1 设计原理 . 5 3.1.2 SPCE061A 应用于空调控制的原理 . 5 3.1.3 变频空调的原理和结构 . 6 3.2 单片机时钟电路设计 . 7 3.3 复位及复位电路设计 . 8 3.4 按键接口设计 . 9 3.5 系统设计电路图 . 14 第四章 软件设计 . 15 4.1 主程序模块及其流程图 . 15 4.2 温度设定中断子程序及其流程图 . 16 4.3 温度显示子程序及其流程图 . 18 4.4 定时中断子程序 . 19 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附录 . 27 1 第一章 设计任务概述及要求 1.1 设计的内容、功能及技术指标 采用 SPCE0
9、61A 单片机，设计一套变频空调的控制系统，该控制系统由上位机和下位机两部分组成。 主要设计参数为：电源 AC220V/50hz，压缩机的功率 2KW，风扇电机为AC220V/20W,换向阀为 220V/20W。作为上位机要承担的主要设计内容是： （ 1）系统的整体设计和集成； （ 2）用 SPCE061A 单片机控制电路，包括硬件部分和软件部分； （ 3）完成相关的设计图纸和设计说明书的撰写； 1.2 设计实现的主要功能 （ 1）控制系统由上位机和下位机两部分组成。室内机作为上位机，室外机作为下位机 。上位机实现对室内温度的采集、室内机的控制、红外遥控信号的接收处理、 LED/LCD 显示室
10、内温度、设定值温度、运行状态等；导风机板的控制、室内风机电机控制、以及与下位机的通信等。对于下位机，上位机要实现对下位机的控制、保护以及硬件的管理等作用。下位机要实现室外温度信号 的采集（包括冷凝器温度和压缩机温度），压缩机的运行控制以及与上位机的通讯等功能。 （ 2）逆变电路的主要电路采用智能功率模块 IPM。 （ 3）上位机与下位机的通讯要采用 RS485 的总线通讯方式。 （ 4）压缩机的驱动脉冲采用 PMW 控制方式。 1.3 主要技术指标（电气控制的要求） 电压波动范围为 160v-260v，室内温度控制精度为： 1，压缩机的运转频率范围为 30-100HZ，启动频率为： 20HZ，
11、空调使用温度条件为 -15 +451。 2 第 二 章 空调与单片机 2.1、空调 “ 空调 ” (room air conditioner) 即房间空气调节器，是一种用于给房间 (或封闭空间、区域 )提供处理空气的机组。它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、 洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求 。 2.2、空调的工作原理 空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部件组成。按照制冷循环工作的顺序，依次用管道连接成一个整体。系统工作时、蒸发器内的制冷剂吸收室内空气的热量而蒸发成为压力和温度均较低的蒸气，被压缩机吸入并压缩后，制冷剂的
12、压力和温度均升高，然后排入冷凝器。制冷剂 蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高的液体。制冷剂液体通过 毛细空 的节流，压力和温度均降低，再进入蒸发器蒸发，如此周而复始地循环工作，从而达到降低室内温度的目的。 2.3、空调的功能 （ 1） 降温 降温在空调器设计与制造中，一般允许将温度控制在 1632 之间。如若温度设定过低时，一方面增加不必要的电力消耗，另一方面造成室内外温差偏大时，人们进出房间不能很快适应温度变化，容易患感冒。 （ 2） 除湿 调器在制冷过程中伴有除湿作用。人们感觉舒适的环境相对湿度应在4060%左右，当相对湿度过大如在 90%以上，即使温度在舒适范围内，人的感
13、觉仍然不佳。 （ 3） 升温 热泵型与电热型空调器都有升温功能。升温能力随室外环境温度下降逐步变3 小，若温度在 -5 时几乎不能满足供热要求。 （ 4） 净化空气 空气中含一定量有害气体如 NH3、 SO2 等，以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。 空调器净化方法有：换新风、过滤、利用活性碳或光触媒吸附和吸收等。 A、换新风：利用风机系统将室内潮湿空气往室外排，使室内形成一定程度负压，新鲜空气从四周门缝、窗缝进入室内，改善室内空气质量。 B、光触媒：在光的照射下可以再生，将吸附（收）的氨气、尼 古丁、醋酸、硫化氢等有害物质释放掉，可重新使用。 （ 5） 增加空气负离子浓度 空气中带电微粒浓度大
14、小，会影响人体舒适感。空调上安装负离子发生器可增加空气负离子度，使环境更舒适，同时对降低血压、抑制哮喘等方面有一定医疗效果。 2.4 单片机 单片机是指一个集成在一块 芯片 上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU、内存 、内部和外部 总线 系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器 ，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件
15、性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、 VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影 ！它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。 4 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 2.5 单片机与空调控制系统 空调控制系统要控制的是空气温度，是通过压缩机的运行、停止控制的，实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态。该系统要实现以下功能。 （ 1）根据环境温度控制压缩机工作：控制参数是温度，被控参数是压缩机电路通、断的工作状态。 （ 2）设置希望的环境温度值：由人手动控制。 （ 3）显示设定的温度值
