空调工作原理与电路控制详细讲解

1、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。空调拥有量在各地区差异较大。随着国内市场的扩大

2、，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年度国内空调企业的出口额首次突破千万台大关， 超过了 1400台。2004年度国内空调器企业的出口量更是超过了2300万台，与国内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 内各家电生产厂家。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，制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压

3、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；同时室内侧风扇 使室内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 体送向室内。如此，室内外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。（2 ）制热原理图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内空气的，如图 所示。低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压制冷剂气 体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀来改变制冷剂的循环方向,

4、 使原来制冷工作时做为蒸发器的室内盘管变成制热时的蒸发器，这样制冷 系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。2功能介绍制冷1）设定温度范围：16 C30 C,默认设定温度为 24 C。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，温度设定范围：16 C控制器根据室内温度和设定温度的差值决定运转模式。制热1）设定温度范围：16 C30 C。2）具有防冷风功能。3）具有化霜功能。1?230 C。4）具有咼温保护功能。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，空调启动和停止工作。风门片

5、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。自动运行遥控器设定为自动运转模式时，空调器根据室内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 C。睡眠科学的温度一睡眠曲线，自动调节室内温度，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。主要由CPU、信号检测和控制部分组成。CPU首

6、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。SPMC65P2408A*28P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 。ZL rrIlQ1RFfTMW WIT圣世壯 I!1 1Twirierr H4JC兹比迂電社一f hL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

7、8位工业级单片机，采用凌阳SPMC65内核，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：I工作电压：3.0V5.5Vl工作速度：8MHzI工作温度：-40 C85 Cl超强抗干扰、抗静电 ESD保护能力l 8K byte ROM ，256 byte RAMl 23个通用输入输出口l强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有 Capt

8、ureComparePWM功能l 1个1Hz62.5KHZ 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个内部中断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可编程看门狗功能炉N存旳|1(AM6)PAS 叵I(AN4A4 n 亘| PCOeEDR1* | FC j(SU旳FtiauTF| FC3|；S0)J PBOCTCO)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

9、、室内风机和负离子产生器供电；AC220V 经过降压，变为DC12V 和DC5V，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1 ZDS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

10、和整形后的信号如图4-5所示过零检测的作用是为了控制光耦可控硅的触发角，从而控制室内风机风速的大小。ZeroDetect4过零检测电路采样信号ng端输去5采样点和整形后的信号4.5室内风机的控制图4-6为内风机控制电路， U1 时间，从而实现内风机风速的调节.AC220V从管脚11输入，管脚为光耦可控硅，用于控制AC220V的导通U3的3脚为触发脚，由三极管驱动。13输出，具体导通时间受控于触发角的触发。室内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

11、三极管驱动，从 U3 的3脚输入，触发 U3的内部电路，从而使 U3的管脚11和13的导通， AC220V 给室内风机供电。这样，通过定时器的定时长度的改变可以控制 AC220V在每半个周期内的导通时间，从而控制室内风机的功率和转速。Met er-DriveIMCW 2VCC丁2GATE丄CATHODET2R2O CJ CJ LT-1N Z： H HT23L图4?6室内风机控制电路Spe&d DetR21vcc4.6室内风机风速检测当室内风机工作时，速度传感器将室内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

12、中断进行频率检测，从而实现对风速的测量。Detect风速高中低风机 70 50 30频率（Hz ）图4-7室内风机风速检测电路4.7过流检测电路采用电流互感器 L1检测火线上电流的变化情况。图中 L1为电流互感器， 输出05mA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。nF11R1T图4-8过流检测电路4.8低电圧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

13、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。22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

14、DC5V 。DriveValve 2Com or 3Buzzer 4D5C667ASg旧汨器當701C2C3C4C5C6C7C8C0M12V18 Neq-lonC11 YalveC1B ComprC图4-10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 x 8 byte。开始* 制热欖式送凤槿式健康槿式自动榄式 TTIT 睡眠槿式 T1定时关机模式图4-12断电记忆电路5系统软