PIC16C72單片機的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計

　　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。

　　2.2 模擬輸入電路

　　本系統(tǒng)直接用熱敏電阻進行測溫，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。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對其進行一次檢測，并進行軟件比較，以確認是否過流。

　　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)定溫度進行穩(wěn)定指示，對房間溫度進行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)動步進電機運轉(zhuǎn)。控制方法是根據(jù)目標位置和當前位置的角度差，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。控制電路如圖3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行計數(shù)，并與給定值進行比較，然后進行積分調(diào)節(jié)，對速度進行閉環(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個開始定時標志和1個定時時間到標志，在需要定時的時候，將其開始定時標志1置。每次500μs中斷時，對各定時標志位進行檢測，如果為1，則對相應(yīng)的時間寄存器進行定時處理，如果定時時間到，則將相應(yīng)的定時時間到標志置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)進行智能控制。同時，在各模塊里進行了睡眠和保護處理