掛壁式空調的控制系統設計

邰 勇

（江蘇春蘭制冷設備股份有限公司，江蘇泰州225300）

掛壁式空調是一種調節室內環境空氣溫度、濕度、潔凈度和空氣流速的家用電器[1]。其主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器、換向閥和室內外風扇構成（如圖1所示）

圖1 掛壁式空調系統構成

由于家用空調市場的競爭異常激烈，而大部分用戶對空調的要求是簡單、可靠，能夠制冷、制熱即可。所以開發一款成本低、功能全、運行可靠的控制器，將極大提高產品的競爭力。

1 控制系統硬件設計

本文基于ST單片機（STM8S005C6）設計了掛壁式空調的控制部分，該部分主要通過紅外遙控接收，設定機組的運行模式，然后通過采樣室內環境溫度，并與用戶設定溫度比較來決定壓縮機的開停，同時控制室內外風機的運轉，從而實現系統的制冷、制熱運行。

1.1 控制系統構成

掛壁式空調主要完成LED屏顯示，紅外遙控的接收，室內PG電機驅動、室內環境溫度、蒸發器溫度及冷凝器溫度的A/D采樣以及壓縮機、室外風機、電加熱的驅動（如圖2所示）：

1.2 LED顯示屏顯示

圖2 掛壁式空調控制框圖

為向用戶提供友好的人機界面，本文使用一LED顯示屏將用戶的設定模式、設定溫度及壓縮機運行標記、化霜標記等顯示出來，顯示屏采用3×8掃描的動態顯示，因此需使用11路IO口，但出于成本控制的考慮，本文選擇了價格低廉，引腳資源有限的STM8S005C6單片機，所以本文使用一74HC164芯片擴充了IO口資源，如此只需使用5路單片機IO口資源，即可實現3×8掃描的動態顯示[2]（如圖3所示）。

本文所用LED顯示屏為共陽極顯示屏，共3段（COM1、COM2、COM3）。程序每隔1毫秒先將COM1、COM2、COM3引腳清零，然后通過控制74HC164的A、B和CLK引腳，將顯示的內容串行傳送到LED顯示屏的D0～D7引腳，最后將顯示內容對應的COM引腳置+5V電平，如此循環，顯示內容即可動態地顯示出來。3段顯示屏的掃描周期為3毫秒，不會出現閃爍現象。

圖3 顯示原理圖

1.3 紅外遙控接收

紅外遙控已在家電產品中得到廣泛使用，本文使用的紅外接收探頭為HS0038，該探頭接收到38KHz的紅外信號后，輸出低電平，否則輸出高電平。其輸出碼由單片機的輸入引腳PE2捕獲識別。外圍電路見圖4。

圖4 遙控接收原理圖

遙控器發射的紅外信號經HS0038解碼后，輸出高低電平脈寬不同的串行碼。以高電平0.565ms、低電平0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以高電平0.565ms、低電平1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”；以高電平 9ms、低電平 4.5ms、周期為13.5ms的組合表示引導碼[3]。波形如圖5所示。

圖5 HS0038解碼后的遙控碼

1.4 PG電機驅動

室內風速的變化通過驅動PG電機來實現（PG電機是指電機的轉速是由可控硅的導通角來控制，而不是由繼電器來控制的電機）。單片機通過檢測電源的過零點，控制可控硅的導通角，從而控制PG電機的輸入電壓，實現室內風速的調節。因成本控制的需要，此處省去了PG電機霍爾反饋部分，因此室內每檔風速均對應固定的可控硅導通角。

圖6給出了電源零點檢測及可控硅驅動部分的原理圖。變壓器輸出電壓經過全波整流、分壓后，通過三極管輸入給單片機的捕獲引腳PD5，經過程序處理后，通過PD3引腳輸出觸發脈沖，再通過光耦控制晶閘管導通角，從而實現對電機調速的控制[4]。

圖6 零點檢測及PG電機驅動原理圖

2 控制系統軟件設計

本文掛壁式空調控制部分的軟件采用C語言編寫，按模塊化實現機組的各項功能。實時根據用戶的遙控設定運行制冷、制熱等功能。

2.1 主程序框圖

主程序框圖見圖7。

2.2 顯示模塊

顯示模塊每隔1ms調用一次，首先取得顯示字節，然后清零74HC164的CLK引腳，再移位顯示字節，將移位值賦值給74HC164的A、B引腳，最后將CLK引腳置高電平，如此反復8次，即可將顯示字節移位到74HC164的輸出引腳。具體流程見圖8。

圖7 主程序框圖

圖8 顯示模塊流程圖

圖9 遙控接收中斷檢測流程圖

2.3 遙控接收模塊

遙控接收需配置PE2引腳為下降沿觸發中斷，在接收遙控信號時，計算兩次下降沿中斷的時間差為脈寬，當12ms<脈寬<15ms時，接收的是引導碼，當1.68ms<脈寬<2.8ms時，接收的是數據1，當脈寬為0.5ms<脈寬<1.68ms時，接收的是數據0。具體中斷檢測流程見圖9。

3 結語

本產品通過采用單片機實時控制，實現了按用戶遙控指令實時顯示并運行制冷、制熱等功能，使空調系統穩定工作于最佳狀態，極大提高了系統的可靠性、舒適性。提高了產品的競爭力。投放市場后，取得了良好的經濟效益。

[1]黃浴梅.家用空調的單片機控制系統設計[J].裝備制造技術,2012，（8）：67-71.

[2]胡仁杰.LED數碼顯示器顯示閃爍的消除[J].電子測量技術,1994，（4）：1-4.

[3]樊慶偉,許峰.紅外遙控接收與單片機識別技術[J].信息技術,2000，（5）：6，17.

[4]閆愛軍,范海明,周鈞.基于Atmega16的PG電機調速[J].艦船防化,2010，（4）：24-26.