专利名称：变频空调系统微电脑控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变频空调系统微电脑控制器，属自动化控制技术领域。
传统的变频空调系统中，由于室内外机的两片单片机距离较远，如果用导线将两片单片机的SCI直接相连，将会从该导线上引入电磁干扰信号，而且因两根导线将不可避免地与市电的N和L线紧密并行，会为一些干扰(如工频50Hz噪声)的引入提供途径，所以在通讯的方案中必须考虑隔离等方法来防止电磁干扰。
传统空调系统室内机风扇电动机多采用抽头单相交流电动机或PG电动机。抽头单相交流电动机靠继电器切换实现电动机变速，其设计简单，成本很低，但交流电动机体积较大，运转时噪声较大，电动机效率低，风速切换时继电器吸合噪声较大。
本发明的目的是设计一种变频空调系统微电脑控制器，使被控空调系统的容量变化范围宽、噪声低、振动小，实现了变频空调系统的高效节能和室内环境的舒适性控制。
本发明设计的变频空调系统微电脑控制器，由室外机控制部分、室内机控制部分和液晶遥控器三部分组成，室外机控制部分包括单片机、电流互感器、温度传感器、变频压缩机、整流及功率模块和电机，室内机控制部分包括单片机、温度传感器、遥控接收电源和通信电路。室外机控制部分还包括融霜电磁阀，室外机控制部分还包括直流无刷电机。室内机控制部分与室外机控制部分为电流环通讯，室内控制部分单片机+5V电源与室外机控制部分单片机+5V电源隔离，电流环电源由R130、VD110、D101、C123组成。电流环与室内室外两单片机供电系统隔离由PC201、PC202、PC101、PC102光电藕合器组成。室外机控制部分的电源由室内机控制部分的单片机控制，控制电路包括单片机IC201、驱动器IC203和功能继电器K201。
本发明设计的空调控制器中，遥控器包括单片机IC1、液晶显示器、操作键盘、功放及红外发射、室内温度传感器TH401和电池电压检测电路，温度传感器TH401与单片机IC1、分压电阻R403组成室内测温电路，电池电压检测电路包括单片机IC1、稳压二极管Z和分压电阻R401。
本发明设计的变频空调系统微电脑控制器，室内机、室外机之间采用了电流环光藕隔离的强电通讯方式，消除了电磁干扰对通讯的影响。节省了一只相对成本很高的工频变压器和整流滤波元件，同时使室内、外机之间的两根通讯线减少为一根。本发明的室内机中采用无位置传感器直流无刷电动机控制技术后，可充分利直流无刷电动机的调速范围宽且无位置传感器和不易损坏的优点，实现了空调系统室内机风机的无级变速、低噪声、高效率运行，其控制精度和可靠性得到大幅度提高。
图1是本发明的结构原理图。
图2是室外机控制部分电路框图。
图3是室外机控制部分电路图。
图4是室内机控制部分电路框图。
图5是室内机控制部分电路图。
图6是室内机控制部分对室外机电源控制的电路图。
图7是室内控制部分与室外控制部分通讯电路图。
图8是遥控器测温电路图。
图9是遥控器电池电压检测电路图。
下面详细介绍本发明的内容。
如图1所示，本发明设计的变频空调系统微电脑控制器，由室外机控制部分、室内机控制部分和液晶遥控器三部分组成，室外机控制部分包括单片机(IC101)、电流互感器(A)、温度传感器、变频压缩机、整流及功率模块和电机，室内机控制部分包括单片机(IC102)、温度传感器、遥控接收电源和通信电路。室外机控制部分还包括融霜电磁阀，室外机控制部分还包括直流无刷电机。室内机控制部分与室外机控制部分为电流环通讯，室内控制部分单片机+5V电源与室外机控制部分单片机+5V电源隔离，电流环电源由R130、VD110、D101、C123组成。电流环与室内室外两单片机供电系统隔离由PC201、PC202、PC101、PC102光电藕合器组成。室外机控制部分的电源由室内机控制部分的单片机控制，控制电路包括单片机IC201、驱动器IC203和功能继电器K201。
室外机控制电路框图如图2所示，室外机控制部分由单片机(IC101)、电流互感器(A)、温度传感器、电源部分(B、D)、通讯电路(C)、E2PROM(E)、继电器等组成。
AC220V由CN1、CN2输入经整流桥G整流后，电解电容C2滤波后，连接到智能功率模块IPM(F)上。另外还连接到电源部分(B)的输入上。IPM(F)的输出连接三相变频压缩机的U、V、W端子上。
从图2中可以看出，整块室外机板的核心为单片机(IC101)，它的输入量有以下几个①电流互感器A传来的电流信号；②三支温度传感器输入量(T1,T2,T3)；③片外数据存储器E2PROM(E)的数据读入信号；④通讯电路(C)的信号接收。输出量有以下几个继电器，K1-K5,E2PROM写入信号，通讯发送信号，IPM驱动信号。K1为启动电阻切换继电器。当首次上电时，电容C2未充电，充电初始电容相当于短路，电流很大，如不加以限制会损坏C2和其他元件。所以加入R1限制启动电流。正常工作开始后，单片机通过闭合K1把R1切换掉。K2为融霜电磁阀开关，K3为四通阀开关。K4、K5为室外风机开关。单片机根据环境及自身系统状况决定电磁阀开关及风机转速切换。压缩机的转速是由IPM(F)输出的波形频率决定的。而IPM输出的波形频率是由单片机输出的驱动控制信号决定。IPM的驱动电源由B提供，单片机的+5V电源由5V电压调整器D提供，C1,L3为谐波校正器。
电路图3中CN10、CN11接AC220V,DC+、DC-接IPM(F)，插座XS101接融霜电磁阀，XS102接四通阀，XS103接室外风机，XS104接风机启动电容，XS110接IPM驱动输入，XS107接压机温度传感器，XS108接室外温度传感器，XS109接室外盘管传感器。室外机的电流部分B控制电路采用集成电源管理器STR-D1706。控制方式采用RCC方式。用高频变压器T102实现多绕组输出及隔离。5V电压调整器D采用集成三端稳压电路SI-3051N。E2PROM(E)选用ATMEL公司的93C46。系统的参数及一些信息可由单片机方便的写入和读取。由于IPM与单片机之间电气上需隔离，所以电路中采用TOSHIBA的光藕TLP521-1接于单片机与XS110间。另外板上的继电器及指示灯的驱动采用MOTOROLA驱动芯片MC1413(IC102)。
室内机控制电路框图和电路图分别如图4和图5所示，室内机控制部分由单片机(IC201)，遥控接收电路A，通讯电路EEPROM电路C，室内风机驱动接口D(XS208)、状态指示EED(L4～L7)，温度传感器接口FXS210，功率继电器接口G(XS202)蜂鸣器BZ以及风门页片步进电机接口XS203,XS204,XS205组成。单片机及外围电路所需电源由电源板经XS208接口连接到室内控制板，电源板还为室内直流风机供电。
单片机通过红外接收部分A接收遥控器传来的命令信号，读取E2PROM(C)中数据，确认上次开机时无严重故障(非关机取消故障)而且工况命令信号需室外机上电(“送风”工况不需室外机上电)时，单片机通过驱动电路IC203以及接口XS202吸合继电器K201给室外机上电。上电后，室内室外机进行通讯，室外机向室内机发送状态信息，室内机根据室内温度状态综合判定后，再向室外发送允许室外机工作信号。同时，室内单片机(IC201)还根据综合状况点亮L4～L7相应指示灯；通过XS208送出室内风机驱动信号使送风开始，并根据遥控器信号决定风速以及判断出故障，将立即断开室外机电源继电器K201，并点亮相应LED指示灯提醒用户。
本发明空调控制器中所用的室内机风扇采用无位置传感器直流无刷电动机驱动。传统空调系统室内机风扇电动机多采用抽头单相交流电动机或PG电动机。抽头单相交流电动机靠继电器切换实现电动机变速，其设计简单，成本很低，但交流电动机体积较大，运转时噪声较大，电动机效率低，风速切换时继电器吸合噪声较大；PG电动机是把单速交流电动机和速度传感器结合到一体的交流电动机，可在有限的范围内实现无级调速，但由于速度传感器普遍采用光电耦合器或霍尔器件，在长时间运行后易发生速度传感器失灵等故障，且在低速运行时容易发热，电动机效率低。采用无位置传感器直流无刷电动机控制技术后，可充分利直流无刷电动机的调速范围宽且无位置传感器和不易损坏的优点，实现了空调系统室内机风机的无级变速、低噪声、高效率运行，其控制精度和可靠性得到大幅度提高。
本发明采用了室外机的电源由室内机主控芯片控制方法。实现电路如图6所不，它由室内单片机IC201、驱动器IC203及功率继电器K201组成。IC201中的一个I/O口置为输出状态，输出控制继电器吸合或断开的信号。但该信号不足以推动功率继电器，所以在单片机和继电器之间又加上驱动极IC203,IC203可采用三极管或集成驱动芯片，继电器根据单片机IC201的信号接通或断开室外机的交流电源L线，从而达到室内机控制室外机电源的目的。由于室外机须经受常年变化无常的天气环境，所以室外机易出现的故障率远大于室内机，双方的联系通过单片机之间的通讯来实现，一旦室内机单片机接收到室外机传来的严重故障信号，控制器将立即断开室内机继电器，切断室外机电源，避免造成事故。另外，如室内机在送风模式下工作时，不需要向室外机供电，室内机将不吸合控制继电器，避免室外机耗费不必要的电能。
室内、外机之间的通讯依靠两片单片机进行串行通讯，由于室内外机的两片单片机距离较远，如果用导线将两片单片机的SCI直接相连，将会从该导线上引入电磁干扰信号，而且因两根导线将不可避免地与市电的N和L线紧密并行，会为一些干扰(如工频50Hz噪声)的引入提供途径，所以在通讯的方案中必须考虑隔离等方法来防止电磁干扰。本发明采用了电流环光耦隔离的强电通讯方式，消除了电磁干扰对通讯的影响。此法与常规做法不同的是，采用市电直接降压整流为电流环提供电源，使得可以省略一只相对成本很高的工频变压器和整流滤波元件，同时使室内、外机之间的两根通讯线减少为一根。采用强电通讯的电路如图7所示。室内机+5V电源系统与室外机+5V电源隔离。电流环电源由R130、VD110、D101、C123构成。电流环与室内室外两单片机供电系统隔离由PC201、PC202,PC101,PC102光电藕和器完成。R221,R220,R132,R129,R131为限流电阻。220V室内经电阻R130降压VD110整流C123滤波后变为直流，稳压二极管ZD101的稳压值可根据环路电流的需求大小来选择。室内室外单片机通讯接口SCI的发送口分接光藕PC201和PC101的发光二极管，可控制环路通断；SCI的接收口分别接PC202和PC102的光敏三极管端。由于PC202和PC102的发光二极管串接在电流环上。所以电流环的通断信号可以传递给单片机的SCI接收口实现了电流环的通讯。
本发明在遥控器前缘设置室温传感器。在通常的空调系统中，都是以回风传感器所检测的温度来代表房间的温度，由于回风温度大于室内温度，用回风温度代表室温，不仅会使室温低于设定室温，而且会空调系统消耗更多的电能。本发明在遥控器前缘设置室温传感器，遥控器定时向室内机发出室温信息，所以，空调系统所控制的室温是室内空气温度，同时避免了不必要的能量损失。实现电路如图8所示，由单片机IC1，温度传感器TH401和分压电阻R403组成。A点通过传感器TH401接V+，通过R403接GND并与单片机IC1的一路A/D输入口相接。当室温变化时，TH401的阻值相应变化，A点电位随之变化，单片机A/D口采样A点电压VA，通过遥控器上的液晶显示出相应室温。
在本发明中，遥控器采用了低电压检测功能的设计。其电压检测电路如图9所示。利用稳压二极管Z的稳压特性使A点的电位恒定(以V+作参考点)。单片机IC1的A/D的满量程对应单片机的供电电压及电池电压。而A点的电位恒定。这样当电池电压发生变化时，将使(电位A/电池电压)发生变化，而这一比值恰是A/D转换的结果，软件根据这一结果可计算出电池电压。遥控器增加了一种新颖实用的功能，即电池低电压检测功能。随着遥控器的正常使用，电池中的电量会逐渐减少，表现为电池电压越来越低。当电池电量减少到不足以使单片机正常工作时会出现遥控距离变短。接收不灵敏或误操作。此时遥控器外观显示正常，但已不能正常使用，应更换新电池。但一般遥控器在此状态下无法提醒用户更换电池。本设计中采用检测电池电压方法检测电量，并通过液晶显示提醒用户。
权利要求
1.一种变频空调系统微电脑控制器，由室外机控制部分、室内机控制部分和液晶遥控器三部分组成，室外机控制部分包括单片机、电流互感器、温度传感器、变频压缩机、整流及功率模块和电机，室内机控制部分包括单片机、温度传感器、遥控接收电源和通信电路；其特征在于，室外机控制部分还包括融霜电磁阀，室外机控制部分还包括直流无刷电机；所述的室内机控制部分与室外机控制部分为电流环通讯，室内控制部分单片机+5V电源与室外机控制部分单片机+5V电源隔离，电流环电源由R130、VD110、D101、C123组成，电流环与室内室外两单片机供电系统隔离由PC201、PC202、PC101、PC102光电藕合器组成；所述的室外机控制部分的电源由室内机控制部分的单片机控制，控制电路包括单片机IC201、驱动器IC203和功能继电器K201。
2.如权利要求1所述的空调控制器，其中的遥控器包括单片机IC1、液晶显示器、操作键盘、功放及红外发射，其特征在于还包括室内温度传感器TH401和电池电压检测电路；所述的温度传感器TH401与单片机IC1、分压电阻R403组成室内测温电路；所述的电池电压检测电路包括单片机IC1、稳压二极管Z和分压电阻R401。
全文摘要
本发明涉及一种变频空调系统微电脑控制器,该控制器由室内机控制部分、室外机控制部分和遥控器组成。其中的室外机控制部分加入了融霜电磁阀,室内风扇采用无位置传感器直流无刷电动机驱动;室内控制和室外控制之间采用电流环光耦隔离强电通讯方式;室外机的电源由室内机主控芯片进行控制;所用的遥控器上设置了室内温度传感器和低电压检测电路。本发明设计空调控制器,实现了变频空调系统的高效节能和室内环境舒适性控制。
文档编号F24F11/02GK1213062SQ98120150
公开日1999年4月7日 申请日期1998年10月23日 优先权日1998年10月23日
发明者满伟, 刘耀辉, 石文星, 张树波, 高慧, 赵启亮, 刘勇, 张崴, 彦启森, 江忆, 梁强威 申请人:清华同方股份有限公司