挂壁式空调的控制系统设计

邰 勇

（江苏春兰制冷设备股份有限公司，江苏泰州225300）

挂壁式空调是一种调节室内环境空气温度、湿度、洁净度和空气流速的家用电器[1]。其主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、换向阀和室内外风扇构成（如图1所示）

图1 挂壁式空调系统构成

由于家用空调市场的竞争异常激烈，而大部分用户对空调的要求是简单、可靠，能够制冷、制热即可。所以开发一款成本低、功能全、运行可靠的控制器，将极大提高产品的竞争力。

1 控制系统硬件设计

本文基于ST单片机（STM8S005C6）设计了挂壁式空调的控制部分，该部分主要通过红外遥控接收，设定机组的运行模式，然后通过采样室内环境温度，并与用户设定温度比较来决定压缩机的开停，同时控制室内外风机的运转，从而实现系统的制冷、制热运行。

1.1 控制系统构成

挂壁式空调主要完成LED屏显示，红外遥控的接收，室内PG电机驱动、室内环境温度、蒸发器温度及冷凝器温度的A/D采样以及压缩机、室外风机、电加热的驱动（如图2所示）：

1.2 LED显示屏显示

图2 挂壁式空调控制框图

为向用户提供友好的人机界面，本文使用一LED显示屏将用户的设定模式、设定温度及压缩机运行标记、化霜标记等显示出来，显示屏采用3×8扫描的动态显示，因此需使用11路IO口，但出于成本控制的考虑，本文选择了价格低廉，引脚资源有限的STM8S005C6单片机，所以本文使用一74HC164芯片扩充了IO口资源，如此只需使用5路单片机IO口资源，即可实现3×8扫描的动态显示[2]（如图3所示）。

本文所用LED显示屏为共阳极显示屏，共3段（COM1、COM2、COM3）。程序每隔1毫秒先将COM1、COM2、COM3引脚清零，然后通过控制74HC164的A、B和CLK引脚，将显示的内容串行传送到LED显示屏的D0～D7引脚，最后将显示内容对应的COM引脚置+5V电平，如此循环，显示内容即可动态地显示出来。3段显示屏的扫描周期为3毫秒，不会出现闪烁现象。

图3 显示原理图

1.3 红外遥控接收

红外遥控已在家电产品中得到广泛使用，本文使用的红外接收探头为HS0038，该探头接收到38KHz的红外信号后，输出低电平，否则输出高电平。其输出码由单片机的输入引脚PE2捕获识别。外围电路见图4。

图4 遥控接收原理图

遥控器发射的红外信号经HS0038解码后，输出高低电平脉宽不同的串行码。以高电平0.565ms、低电平0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以高电平0.565ms、低电平1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”；以高电平 9ms、低电平 4.5ms、周期为13.5ms的组合表示引导码[3]。波形如图5所示。

图5 HS0038解码后的遥控码

1.4 PG电机驱动

室内风速的变化通过驱动PG电机来实现（PG电机是指电机的转速是由可控硅的导通角来控制，而不是由继电器来控制的电机）。单片机通过检测电源的过零点，控制可控硅的导通角，从而控制PG电机的输入电压，实现室内风速的调节。因成本控制的需要，此处省去了PG电机霍尔反馈部分，因此室内每档风速均对应固定的可控硅导通角。

图6给出了电源零点检测及可控硅驱动部分的原理图。变压器输出电压经过全波整流、分压后，通过三极管输入给单片机的捕获引脚PD5，经过程序处理后，通过PD3引脚输出触发脉冲，再通过光耦控制晶闸管导通角，从而实现对电机调速的控制[4]。

图6 零点检测及PG电机驱动原理图

2 控制系统软件设计

本文挂壁式空调控制部分的软件采用C语言编写，按模块化实现机组的各项功能。实时根据用户的遥控设定运行制冷、制热等功能。

2.1 主程序框图

主程序框图见图7。

2.2 显示模块

显示模块每隔1ms调用一次，首先取得显示字节，然后清零74HC164的CLK引脚，再移位显示字节，将移位值赋值给74HC164的A、B引脚，最后将CLK引脚置高电平，如此反复8次，即可将显示字节移位到74HC164的输出引脚。具体流程见图8。

图7 主程序框图

图8 显示模块流程图

图9 遥控接收中断检测流程图

2.3 遥控接收模块

遥控接收需配置PE2引脚为下降沿触发中断，在接收遥控信号时，计算两次下降沿中断的时间差为脉宽，当12ms<脉宽<15ms时，接收的是引导码，当1.68ms<脉宽<2.8ms时，接收的是数据1，当脉宽为0.5ms<脉宽<1.68ms时，接收的是数据0。具体中断检测流程见图9。

3 结语

本产品通过采用单片机实时控制，实现了按用户遥控指令实时显示并运行制冷、制热等功能，使空调系统稳定工作于最佳状态，极大提高了系统的可靠性、舒适性。提高了产品的竞争力。投放市场后，取得了良好的经济效益。

[1]黄浴梅.家用空调的单片机控制系统设计[J].装备制造技术,2012，（8）：67-71.

[2]胡仁杰.LED数码显示器显示闪烁的消除[J].电子测量技术,1994，（4）：1-4.

[3]樊庆伟,许峰.红外遥控接收与单片机识别技术[J].信息技术,2000，（5）：6，17.

[4]闫爱军,范海明,周钧.基于Atmega16的PG电机调速[J].舰船防化,2010，（4）：24-26.