基于PIC16C72单片机的空调控制系统的研制

    摘要：提出一种基于单片机PIC16C72的热泵式分体壁挂空调控制系统的设计方案。设计出系统硬件结构的主要组成部分电路；简述其工作原理；给出软件设计思想和主控程序软件框图。

    关键词：PIC单片机 空调 控制

热泵式分体壁挂空调以其优越的性能，已越来越被广大家庭所选用，其功能更是日新月异，而对其功能的提高起核心作用的其控制系统。本文介绍一种基于PIC16C72控制的空调控制系统设计方法。

该系统具有制冷、制热、除湿、自动4种工作模式，包括定时、睡眠、风向、智能化霜、应急运转、试运转以及5种可调室内风速等控制功能；在定时开机时，可根据访间温度作智能判断，自动调整定时开机时间，避免开机时太冷或太热；另外，可对设定温度和房间温度两种温度的10个温度值进行同时指示，以及完整的抗干扰和系统保护功能。

本系统硬件简单可靠，软件具有更完善的控制功能和抗干扰能力。系统具有很高的性能价格比。

1 控制器原理

系统CPU根据遥控器或按键输入的命令，对采集到的温度进行智能判断，然后作出相应的制冷、制热或除温运行。再通过接口电路，驱动压缩机、换向阀、风向电机和室内风机作相应动作，并对温度用LED指示。系统的原理框图如图1所示。

2 硬件设计

进行系统硬件框图设计时，既要考虑编写程序的方便、又要充分利用软件的功能来简化硬件结构，即做到“软硬兼施”。

2.1 单片机的选择

系统有3路温度模拟信号输入，还有1路电压和1路电流模拟输入，共5路模拟输入要求；而模拟信号要转换成数字信号才能用单片机CPU处理。为提高系统的性能价格比，应采用含有A/D转换器的单片机。经过各方面的综合比较，我们选用了美国Microchip公司的PIC16C72单片机作为控制核心。它具有5路模拟量输入的A/D转换器，恰好满足系统的模拟输入要求。另外，它在1块芯片上集成了1个8位逻辑运算单元和工作寄存器、2KB程序存储器、128个数据存储器、3个端口（A口、B口、C口）共22条I/O线、3个定时器/计数器。另外，只有35条易学易用而高效的RISC（精简指令集计算机）指令，同时，芯片具看门狗功能，并提供对软件运行出错的保护。

本系统直接用热敏电阻进行测温，再加一级电容滤波。对外交换温度检测电路，因其干扰较大，特加上二极管限幅保护。对传感器的不同电阻值，将其所对应的不同分压值输入至PIC单片机的A/D转换口，在单片机内部转换成数字信号。该检测电路结构简单，性能价格比高。又因采用的单片机为8位，所以温度转换精度高，可为0.5℃，完全满足了空调的信号检测精度要求。

对过流信号的检测，不用经过比较器，节约了资源；而是采用模拟信号整流分压后直接输入，通过单片机自带的A/D转换器，每500μs对其进行一次检测，并进行软件比较，以确认是否过流。

对过零电压信号的检测，也是采用模拟信号整流分压后直接输入。因两个电压半波的过零点都要检测，所以用桥式整流。模拟输入电路如图2所示。

2.3 温度指示电路

该电路可对设定温度和房间温度两种温度的10个温度值进行同时指示，而且结构简单，仅占用2根I/O线和使用1个八位移位寄存器74LS164。方法是对设定温度进行稳定指示，对房间温度进行1s间隔闪烁指示。每秒取出温度信号。如果是21℃或30℃，则直接将相应位置成低电平，使相应LED灯亮，如果上22～29℃，则将温度转换成相应显示码，通过RB6产生CLOCK信号，RB7串行送出显示码至8位移位寄存器74LS164，再进行LED指示。

2.4 室内风向电机控制电路

本控制系统的室内风向叶片有自动、摆动以及5种固定角度等运行状态。为得到高精度的角度控制，我们采用DC12V四相八拍步电机驱动。步进控制电路中采用单片机的RB2、RB3、RB4、RB5作为四相（A、B、C、D）八拍环行分配时序，经电流放大器件ULN2003功率放大后驱动步进电机运转。控制方法是根据目标位置和当前位置的角度差，输出相应数量的脉拍数，并通过输出脉拍的不同时序来控制正反转。

2.5 室内风机控制电路

制冷和制热量的大小与室内风机的转速有着密切的关系。本系统中室内风机采用双向晶闸管移相控制，使其产生电压调速。控制电路如图3所示。在单片机内部，根据RA5口检测到的电压过零点为同步信号，再通过定时器控制产生所需脉冲的相位和宽度，从RC1口输出，然后经晶体管放大、脉冲变压器隔离输出，再触发双向晶体管导通。为了减小脉冲变压器的容量，输出的是几个连续的窄脉冲序列。

单片机系统RA3口对室内风机的速度反馈脉冲进行计数，并与给定值进行比较，然后进行积分调节，对速度进行闭环控制。

2.6 继电器实时控制电路

控制信号从单片机的通用双向I/O端口RB1、RC4和RC5经过驱动器ULN2003放大，控制继电器，使压缩机、室外风机和换向阀按要求状态动作。

3 软件设计

软件设计采用模拟化处理，主控程序包括以下几个部分：程序的初始化、试运转、数据和信号的采集与处理、温度LED指示、室内风机的闭环积分控制、室内风向电机的步进控制。功能子程序包括制冷、制热、除湿、自动四种运行模式。中断程序包括遥控接收。各种定时的中断查询处理、速度检测等。系统的主控程序流程如图4所示。

系统资源分配：定时器0用于对速度反馈脉冲计数，定时器1用于遥控处理，定时器2用于其它所有定时处理。由于定时器2处理的定时有20多个，时间长短更是千变万化，短的只有500μs，长的可达24h(小时)。根据现实生活中一块手表可处理多个事件的启示，我们设计出口断式查询定时法，即将基准中断时间设为最小公约数500μs，每个事件分配1个时间寄存器、1个开始定时标志和1个定时时间到标志，在需要定时的时候，将其开始定时标志1置。每次500μs中断时，对各定时标志位进行检测，如果为1，则对相应的时间寄存器进行定时处理，如果定时时间到，则将相应的定时时间到标志置1。

软件系统的制冷、制热、除湿和自动功能子程序模块，主要功能是根据房间温度和设定差值，并综合考虑其他条件，然后对压缩机和室内外风扇的运行状态进行智能控制。同时，在各模块里进行了睡眠和保护处理。