隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高,，空調(diào)器已廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各種場(chǎng)合,，變頻空調(diào)器因具有節(jié)能、低噪,、恒溫控制,、全天候運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)低頻補(bǔ)償,、快速達(dá)到設(shè)定溫度等性能,，使空調(diào)的舒適性大大提高,，將越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。單片機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,，變頻技術(shù)及模糊控制技術(shù)在空調(diào)器嵌入式控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用,，半導(dǎo)體功率器件的迅速發(fā)展為變頻控制的推廣提供了技術(shù)保障。
本設(shè)計(jì)方案的AC變頻空調(diào)控制器由室內(nèi)機(jī)控制器,、室外機(jī)控制器兩部分組成,。基于SPMC75F2413A 的優(yōu)越性能,，用其設(shè)計(jì)室外機(jī)AC變頻控制器,，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化、智能化特點(diǎn),，控制參數(shù)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu),，便于與各種壓縮機(jī)聯(lián)結(jié)，從而能夠在最短的時(shí)間內(nèi)根據(jù)不同廠家的要求進(jìn)行產(chǎn)品的升級(jí)換代,。以這種方式,，產(chǎn)品可以更快地推向市場(chǎng)，獲得時(shí)間上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。本控制器含有以下關(guān)鍵技術(shù)：
1、模糊控制技術(shù)：依據(jù)室內(nèi)環(huán)溫,、管溫,，室外環(huán)溫、管溫,、壓縮機(jī)排氣溫度,、壓縮機(jī)過(guò)載保護(hù)溫度、壓縮機(jī)電流等參數(shù)建立模糊邏輯關(guān)系,，控制壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,、室外風(fēng)機(jī)及其它負(fù)載運(yùn)行；
2,、高效的三次諧波注入基于DDS的SPWM發(fā)生技術(shù),，充分利用電源電壓、精確的頻率調(diào)整,、實(shí)時(shí)的電壓補(bǔ)嘗功能,，使壓縮機(jī)更有效工作;
3、模塊控制保護(hù)電路：當(dāng)模塊有保護(hù)信號(hào)輸出時(shí),，通過(guò)硬件電路斷開(kāi)PWM 模塊輸出控制信號(hào),，以達(dá)到保護(hù)模塊的效果，并且可靠的給單片機(jī)模塊保護(hù)信號(hào),；
4,、EMC 及可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)：在掌握空調(diào)的干擾機(jī)理的前提下,，硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：電源電路設(shè)計(jì)、濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì),、印制板地線及信號(hào)線設(shè)計(jì),，并且軟件采用容錯(cuò)技術(shù)。
2 芯片特性簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)是基于智能功率模組芯片PS21865A和SPMC75F2413A實(shí)現(xiàn)的AC變頻空調(diào)方案,，下面介紹SPMC75F2413A的特性,。
SPMC75F2413A 是μ’nSP™系列產(chǎn)品的一個(gè)新成員，是凌陽(yáng)科技新推出的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器,。與其它μ’nSP™產(chǎn)品不同的是,，SPMC75F2413A主要應(yīng)用在工控或是家電的變頻驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。由于其擁有出色性能定時(shí)器PWM信號(hào)發(fā)生器組,。因此,，SPMC75F2413A可以方便的實(shí)現(xiàn)各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。
SPMC75F2413A在4.5V~5.5V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0~24MHz,，擁有2K字SRAM和32K字閃存ROM,；64個(gè)可編程的多功能I/O端口；5個(gè)通用16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,，且每個(gè)定時(shí)器均有PWM發(fā)生的事件捕獲功能,；2個(gè)專用于定時(shí)可編程周期定時(shí)器；可編程看門狗,；低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能,；8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換。SPMC75F2413A在變頻控制領(lǐng)域有相當(dāng)優(yōu)秀的表現(xiàn),。
特性包括：
,。凌陽(yáng)16位μ’nSP™處理器(ISA 1.2)
。工作電壓：
— 內(nèi)核：4.5V～5.5V
,。最高運(yùn)行速度：24MHz
,。工作溫度： -40 ℃～85 ℃
。芯片內(nèi)存儲(chǔ)器：
— 32KW (32K×16) Flash
— 2KW (2K×16) SRAM
,?；跁r(shí)鐘發(fā)生模塊的鎖相環(huán)電路
?？撮T狗定時(shí)器
,。10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
— 8通道輸入
— 10us (100kHz)轉(zhuǎn)換時(shí)間
。串行通訊接口
— 通用異步串行通訊接口(UART)
— 標(biāo)準(zhǔn)同步串行口(SPI)
,?？傆?jì)64個(gè)通用輸入輸出管腳
。電源管理
— 2種低功耗模式：Wait/Standby
— 每個(gè)外設(shè)都可以獨(dú)立的供電
,。兩個(gè)比較匹配定時(shí)器
,。5個(gè)16位通用定時(shí)器
,。2個(gè)用于脈寬調(diào)制，2個(gè)用于速度捕獲,，1個(gè)用于速度反饋環(huán),。
。MCP定時(shí)器3支持 TIO3A～TIO3F, MCP定時(shí)器4支持 TIO4A～TIO4F
,。脈寬調(diào)制定時(shí)器支持遞增/遞減計(jì)數(shù)
,。PDC定時(shí)器0/1均支持3通道的TIO0A～TIO0C輸入捕獲
。TPM定時(shí)器2支持捕獲/脈寬調(diào)制
,。12個(gè)16位脈寬調(diào)制輸出
,。2通道的電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈寬調(diào)制輸出(互補(bǔ)的3相6路脈寬調(diào)制輸出)
。TIO3A～TIO3F利用 MCP 定時(shí)器3工作, TIO4A～TIO4F利用MCP定時(shí)器4工作
,。中心(center)或邊沿(edge)脈寬調(diào)制輸出
,。通過(guò)外部錯(cuò)誤保護(hù)管腳進(jìn)行脈寬調(diào)制輸出保護(hù)
?？删幊痰乃绤^(qū)控制(Dead time control)
,。脈寬調(diào)制服務(wù)和錯(cuò)誤中斷發(fā)生
。具備驅(qū)動(dòng)交流感應(yīng)電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)的能力
,。內(nèi)嵌在線仿真功能
3 系統(tǒng)總體方案介紹
本AC變頻空調(diào)系統(tǒng)分室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)和室外機(jī)系統(tǒng)兩部分,，其中室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)主要是系統(tǒng)一些邏輯狀態(tài)信息的處理，而室外機(jī)系統(tǒng)主要是壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)部分,。在本系統(tǒng)方案中室內(nèi)機(jī)選用的是SPCE061A實(shí)現(xiàn)的,，SPMC75F2413A主要是應(yīng)用在變頻驅(qū)動(dòng)部分。因此室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)在此不再詳述,。室外機(jī)的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-1。
圖-1室外機(jī)系統(tǒng)框圖
這個(gè)系統(tǒng)的基本工作流程：
室外機(jī)的主控MCU（SPMC75F2413A）隨時(shí)接收來(lái)自室內(nèi)機(jī)的控制和狀態(tài)信息,，從而去控制室外的風(fēng)機(jī),、四通閥和壓縮機(jī)，完成相應(yīng)的控制功能,。同時(shí)還會(huì)將室外機(jī)的一些狀態(tài)和室外的一些溫度信息傳回室內(nèi)機(jī),。以供室內(nèi)機(jī)做控制之用。
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)電路原理圖如圖 4-1,。其中PS21865A三相功率全橋電路模塊,，用來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的功率合成，從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī),。ULN2003A是集電極開(kāi)路輸出的功率反向器,，主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的繼電器，從而控制風(fēng)機(jī)和電磁閥,。SPMC75F2413A單片機(jī)的主要作用：1. 根據(jù)室內(nèi)機(jī)命令控制整個(gè)系統(tǒng),。2. 完成AC變頻壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生和控制功能,。
圖 4-1中的Power_Line是一種半雙工的電流環(huán)變換電路，它主要是利用電源和一條專用的通信線,，使室內(nèi)外構(gòu)成一個(gè)電流環(huán),，電流環(huán)由室內(nèi)機(jī)供電。這個(gè)電路為室內(nèi)外機(jī)提供一條通信回路,。SPMC75F2413A合成的注入三次諧波的SPWM信號(hào)經(jīng)IOB0~5輸出,，經(jīng)緩沖和光隔后輸入PS21865A，而后輸出控制電機(jī),。SPMC75F2413A的IOB6是錯(cuò)誤偵測(cè)輸入端,，通過(guò)對(duì)其傳回信號(hào)的檢測(cè)，一旦PS21865A出現(xiàn)工作異常（如過(guò)壓,、欠壓,、過(guò)流、過(guò)熱）,，驅(qū)動(dòng)硬件會(huì)立即禁止PS21865A工作,，同時(shí)申請(qǐng)中斷，請(qǐng)求CPU處理,。IOA0~3為模擬輸入口,，主要是溫度傳感器接口和直流高壓測(cè)量接口。IOC8~10為控制四通閥和外風(fēng)機(jī)的控制,。
圖 4-1系統(tǒng)電路原理圖
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)室外機(jī)系統(tǒng)軟件主要包括以下幾部分：1. 同室內(nèi)機(jī)通信,、協(xié)調(diào)控制部分。2. 室外機(jī)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分,。
系統(tǒng)同室內(nèi)機(jī)通信,、協(xié)調(diào)控制部分主要包括串口中斷服務(wù)和命令解釋執(zhí)行和主循環(huán)控制等幾部分。其中主控制流程如圖 5-1,。串口中斷服務(wù)主要是接收來(lái)自室內(nèi)機(jī)的數(shù)據(jù)包,，并對(duì)相應(yīng)的信息進(jìn)行處理，確保傳給控制程序的命令和數(shù)據(jù)的正確性,；命令解釋執(zhí)行部分主要是解讀室內(nèi)機(jī)命令,，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。
圖 5-1 主流程
壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分分為SPWM信號(hào)合成,、電機(jī)加減速控制,、電機(jī)的起停服務(wù)等幾部分。其中最核心的是SPWM信號(hào)的合成,。本系統(tǒng)的波形合成使用DDS（直接數(shù)字頻率合成）的方式進(jìn)行,。這部分主要由PWM周期表中斷服務(wù)和相應(yīng)的輔助計(jì)算程序組成。其中PWM周期中斷服務(wù)是信號(hào)合成的核心部分，整個(gè)系統(tǒng)中它占用70%左右的運(yùn)算量,。它主要完成驅(qū)動(dòng)波形的合成和干線電壓的動(dòng)態(tài)補(bǔ)嘗功能,，同時(shí)周期中斷為DDS提供時(shí)鐘基準(zhǔn)；而加減速控制部分主要跟蹤設(shè)置頻率,，從而使當(dāng)前工作頻率以設(shè)定的加速度向目標(biāo)工作頻率逼近,；電機(jī)的起停服務(wù)主要是對(duì)電機(jī)啟動(dòng)和停止這兩個(gè)特殊過(guò)程進(jìn)行特殊處理。
因PWM周期中斷服務(wù)程序執(zhí)行頻率很高（5KHz左右）,，因此這部分使用匯編編寫(xiě),，以保證盡量小的CPU資源占用。PWM中斷服務(wù)子程序的流程如圖 5-2,。
圖 5-2 PWM中斷服務(wù)子程序流程圖
6 結(jié)語(yǔ)
通常,，在開(kāi)發(fā)變頻設(shè)備的過(guò)程中，需要編寫(xiě)實(shí)時(shí)性,、程序可讀性強(qiáng)的代碼,，這時(shí)就需要采用混合編程。而凌陽(yáng)的m’nSP™ IDE具有良好的編程環(huán)境,，它可以很輕松,、容易地進(jìn)行混合編程（在C程序中調(diào)用匯編程序，在匯編程序中調(diào)用C程序）,。
該系統(tǒng)用了SPMC75F2413A兩個(gè)定時(shí)器和約17個(gè)IO口資源,，其實(shí)SPMC75F2413A的資源相當(dāng)豐富。因其有專業(yè)的變頻硬件支持,，變頻系統(tǒng)開(kāi)發(fā)變得相對(duì)簡(jiǎn)單,。同時(shí)，SPMC75F2413A在變頻控制方面有相當(dāng)出眾的表現(xiàn),。因此,，基于SPMC75F2413A的變頻系統(tǒng)在通用變頻、變頻家電等變頻領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,。