SPMC75F2413A单片机在AC变频空调的应用

文章摘要：3系统总体方案介绍本AC变频空调系统分室内机系统和室外机系统两部分，其中室内机系统主要是系统一些逻辑状态信息的处理，而室外机系统主要是压缩机的变频驱动部分。在本系统方案中室内机选用的是SPCE061A实现的，SPMC75F2413A主要是应用在变频驱动部分。因此室内机系统在此不再详述。室外机的电路结构框图如图 3.1。这个系统的基本工作流程： 室外机的主控MCU（SPMC75F2413A）随时接收来自室内机的控制和状态信息，从而去控制室外的风机、四通阀和压缩机，完成相应的控制功能。同时还会将室外机的一些状态和室外的一些温度信息传回室内机。以供室内机做控制之用。4系统硬件设计系统电路原理图如图

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3系统总体方案介绍

本AC变频空调系统分室内机系统和室外机系统两部分，其中室内机系统主要是系统一些逻辑状态信息的处理，而室外机系统主要是压缩机的变频驱动部分。在本系统方案中室内机选用的是SPCE061A实现的，SPMC75F2413A主要是应用在变频驱动部分。因此室内机系统在此不再详述。室外机的电路结构框图如图 3.1。

这个系统的基本工作流程：

室外机的主控MCU（SPMC75F2413A）随时接收来自室内机的控制和状态信息，从而去控制室外的风机、四通阀和压缩机，完成相应的控制功能。同时还会将室外机的一些状态和室外的一些温度信息传回室内机。以供室内机做控制之用。

4系统硬件设计

系统电路原理图如图 4.1。其中PS21865A三相功率全桥电路模块，用来实现PWM信号的功率合成，从而驱动压缩机。ULN2003A是集电极开路输出的功率反向器，主要用来驱动系统中的继电器，从而控制风机和电磁阀。
SPMC75F2413A单片机的主要作用：1. 根据室内机命令控制整个系统。2. 完成AC变频压缩机的变频驱动信号的产生和控制功能。

图 4.1中的Power_Line是一种半双工的电流环变换电路，它主要是利用电源和一条专用的通信线，使室内外构成一个电流环，电流环由室内机供电。这个电路为室内外机提供一条通信回路。SPMC75F2413A合成的注入三次谐波的SPWM信号经IOB0~5输出，经缓冲和光隔后输入PS21865A，而后输出控制电机。
SPMC75F2413A的IOB6是错误侦测输入端，通过对其传回信号的检测，一旦PS21865A出现工作异常（如过压、欠压、过流、过热），驱动硬件会立即禁止PS21865A工作，同时申请中断，请求CPU处理。IOA0~3为模拟输入口，主要是温度传感器接口和直流高压测量接口。IOC8~10为控制四通阀和外风机的控制。

5 系统软件设计

整个室外机系统软件主要包括两部分：1. 同室内机通信、协调控制部分。2. 室外机的压缩机驱动控制部分。

系统同室内机通信、协调控制部分主要包括串口中断服务和命令解释执行和主循环控制等几部分。其中主控制流程如图 5.1。串口中断服务主要是接收来自室内机的数据包，并对相应的信息进行处理，确保传给控制程序的命令和数据的正确性；命令解释执行部分主要是解读室内机命令，并进行相应的处理。

压缩机驱动控制部分分为SPWM信号合成、电机加减速控制、电机的起停服务等几部分。其中最核心的是SPWM信号的合成。本系统的波形合成使用DDS（直接数字频率合成）的方式进行。这部分主要由PWM周期表中断服务和相应的辅助计算程序组成。其中PWM周期中断服务是信号合成的核心部分，整个系统中它占用70%左右的运算量。它主要完成驱动波形的合成和干线电压的动态补尝功能，同时周期中断为DDS提供时钟基准；而加减速控制部分主要跟踪设置频率，从而使当前工作频率以设定的加速度向目标工作频率逼近；电机的起停服务主要是对电机启动和停止这两个特殊过和进行特殊处理。

因PWM周期中断服务程序执行频率很高（5KHz左右），因此这部分使用汇编编写，以保证尽量小的CPU资源占用。PWM中断服务子程序的流程如图 5.2。

6 结语

通常，在开发变频设备的过程中，需要编写实时性、程序可读性强的代码，这时就需要采用混合编程。而凌阳的 'nSP? IDE具有良好的编程环境，它可以很轻松、容易地进行混合编程（在C程序中调用汇编程序，在汇编程序中调用C程序）。

该系统用了SPMC75F2413A两个定时器和约17个IO口资源，其实SPMC75F2413A的资源相当丰富。因其有专业的变频硬件支持，变频系统开发变得相对简单。同时，SPMC75F2413A在变频控制方面有相当出众的表现。因此，基于SPMC75F2413A的变频系统在通用变频、变频家电等变频领域有广阔的应用前景。

附：详细的参考资料可到 下载。

7参考文献

[1] 雷思孝、李伯成、雷向莉等，单片机原理及实用技术-凌阳16位单片机原理及应用[M] 西安：西安电子科技大学出版社
[2] SUNPLUS，SPMC75F2413A编程指南V1.1[M] 北京：SUNNORTH
[3] Mitsubishi，PS21865A数据手册[M]

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