1、中南民族大学硕士学位论文摘 要随着国内人民生活水平的提高以及现代高科技和电子技术的发展 人们对居家的舒适性要求越来越高 原来的家用空调系统已经出现各种弊端 比如操作复杂 准确度低等 家用空调实现自动化 智能化已经变得十分迫切 本文就是根据这样的实际需求 阐述了空调室内控制系统的工作原理和设计过程中所涉及到的基本知识 并对关键环节进行了深入的研究基于本文的家用空调控制器是以单片机 uPD78F9189 和 S3P9234 为核心部件的工作系统 针对两款单片机的特点 发送端和接收端采用不同的通讯方式 温度控制方面设计了一套通用的 A/D 采样子模块 通过汇编语言的软件程序支持能够对各种模拟信号进行
2、处理 运算 继而驱动执行机构进行相应的工作 实现对家用空调的控制 使室内的空气质量满足人们的居住需求 该系统不仅具有通风 取暖 制冷等功能 而且可以显示运行状态及室内温度 对软件进行适当的修改 可以广泛应用于每个家庭经过现场试验 运行结果表明 系统整体设计合理 性能可靠 实现了预期的设计目标关键词 空调控制器 单片机 A/D 采样 通讯基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现AbstractWith the improving of living standard in our country and the developing of modernhigh-tech, and elect
3、ronic technique,comfortable environment is more and more neededby people for living at home, and anterior air conditioner system at home has shown allkinds of drawbacks, such as complex in operation, low accuracy and so on, it is veryurgent that automatic and intelligent air conditioner system shoul
4、d be realized. Tosatisfy this kind of practical demand, this paper expatiates the basic theories andknowledge in designing controller for a indoor control system of air conditioner at home,details are provided at some key points.Single chip uPD78F9189 and S3P9234 is used as a core component in this
5、system,according to the features of the two single chips, the sender and the receiver usedifferent communications, designed general A/D data acquisition module in temperaturecontrol, with the help of software programmed in assembly language, the system drivesperformer to execute relevant work after
6、disposing and calculating each analog signal,realizing controlling to air conditioner at home, making people satisfied with air qualityat home. This system not only has the function of ventilation, warming, refrigeration,but also can display the running status and the temperature. Making a little mo
7、dificationto software of the system, it can be used to all kinds of every family.The field experiment of the system indicates that the whole design is feasible andreliable, and the presumed functions have been conducted successfully.Keywords Air-conditioning Controller; Sing Chip Microcomputer;A/D D
8、ata Acquisition; Communication中南民族大学学位论文原创性声明本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名 日期 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权中南民族大学可以将本学位论文的全部或部分内容编
9、入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于12保密不保密在_年解密后适用本授权书请在以上相应方框内打作者签名导师签名日期日期年年月月日日中南民族大学硕士学位论文第 1 章 绪论1.1 研究背景及意义资源对经济发展的制约作用越来越大 在开发新能源的同时 节能也同样重要 我国是世界家电最大制造基地之一和最大的消费市场 随着人们生活水平的提高 人们对家用电器的需求越来越多 如 冰箱 空调 洗衣机 电饭煲 电磁炉等家电 家电产品的快速普及 使家电节能问题显得日益突出 尤其在经历了全国大范围的能源危机 电力紧缺之后 人们对于家电的要求不再仅仅局限于最普通的
10、功能 如空调的制冷 制热 更要节能 健康 环保 最新研究资料表明 中国消费者对家电产品的关注点正在从价格向产品技术品质和使用成本转移消费者对节能家电的关注度普遍提升 为了满足人们的需求 各种家电都朝着节能化 智能化 健康化的方向发展 例如 变频空调 智能洗衣机 智能学习型遥控器等等从对家电的控制手段来看 经历了两个阶段 在上世纪 70 年代到 80 年代家用电器基本上属于机电控制功能型 进入 90 年代 家用电器出现了智能化 由机电控制功能型转向电脑控制的智能型家电 这种智能型家电一般通过微控制器即单片机 实现对家电的控制操作 未来的家电将实现网络化 目前单片机渗透到我们生活的各个领域 几乎很
11、难找到哪个领域没有单片机的踪迹 导弹的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络通讯与数据传输 工业自动化过程的实时控制和数据处理 广泛使用的各种智能 IC 卡 民用豪华轿车的安全保障系统 录像机 摄像机 全自动洗衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等这些都离不开单片机 更不用说自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗器械了因此 单片机的学习 开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家工程师室内环境是现代人们最重要的环境之一 随着经济发展和社会进步 人类生活的文明程度也在不断提高 现代人的生活与工作形态已发生了显著变化1人们基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现的生活 工作 学习和
12、娱乐等活动都更多地转入到室内环境中 使人们每天在室内环境中度过的时间约占到 80 90以上 因而 随着我国经济的快速发展城市化水平 室内工作人员比重 消费水平和人均购买能力都在不断提高 人们对良好室内环境的需求也在不断增强们的普遍追求创造一个健康 舒适的室内环境已成为人由于空调设备可有效地改变室内的热环境状况 具有优良的空气调节功能可以创造舒适的环境 因此在现代室内环境中被广泛采用 随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高 空调设备的使用比例在不断加大 并成为各行业中不可缺少的物品 越来越多的建筑都采用了密闭设计和各类空调 通风系统 空调设备在改善室内热环境的同时 也导致了室内环境污染 能耗
13、增加等一系列室内环境问题1 提高空调设备的人性化设计水平 增强空调设备吹风的可接受性和调温功效 这既有利于人们的身心健康 也有利于提高人们的室内作业功效 此外 合理的控制方式也可提高人体热舒适的上限温度 降低空调设备的能耗23因此 空调控制器的研究对推动室内空调设备的技术进步 节约能源和改善环境品质都具有较大的理论意义和现实意义目前 随着对空调控制器的深入研究 空调设备在控制技术上已越来越先进国内外许多公司都已研究和开发出自己的空调控制器 本课题来源于深圳某公司工程项目 是提供给日立的一款空调室内控制器 我们主要负责室内控制器的硬件及软件部分的研发1.2 国内外发展现状目前 国内外所使用的空调
14、器中压缩机的转速及供电频率是不可调的 称为定频定速空调器 因此单位时间的制冷量不变 其温度控制是由温度传感器感受室内外温度变化来控制压缩机的运行和停止 风扇则在设定的速度下进行 这样当空调器开机后 制冷 热 系统开始工作 室内温度达到预定值时 压缩机停止工作 但制冷 热 系统会继续向室内将余冷 热 送完 等到室温又回到某个值时 制冷 热 系统又开始工作 如此这样达到调温 通风的目的近年来 随着电子技术 微电脑技术和控制理论的发展 例如 电力电子器2中南民族大学硕士学位论文件的大力发展 微控制器的集成度提高 从 8 位到 16 位 并出现专用微处理芯片大大简化了电路的结构 提高了可靠性和控制精度
15、 压缩机变频调速技术的实用化 出现变频压缩机4 它通过微处理器控制的变频器 改变压缩机的供电频率可达到调节压缩机转速的目的 这就是变频空调器 它与定速空调器有着重要不同 即变频空调器在运行中压缩机一般是不停机的 变频器精细的调节压缩机的转速 使之始终处于最经济的运行状态 因此具有制冷速度快 起动电流小 室温较稳定 噪音低等特点 等等 使空调设备在控制技术上的研究 设计 制造等方面取得了长足了进步 尤其是在控制技术上5 此外 用于调节制冷剂流量的电子膨胀阀的开发成功 以及传感技术的迅速发展也使空调器的控制更加趋于完善 使空调器能更加满足人们的实际需要1.3 本文的主要工作及特色本课题为工程实际项
16、目以下几个方面的研究工作根据产品要求及对空调室内控制的实际需求 做了1 系统整体方案的设计仔细分析国内外先进的全自动空调控制系统的特点 借鉴他们的成功经验结合实际情况 进行总体方案的设计2 通讯方式设计对该系统所用到的两款单片机通讯特点及空调控制器通讯方面进行研究计出一套适合该空调室内控制系统的通讯方式设3 温度 A/D 采样设计在微控制器软件开发工作中针对温度等模拟量的作用及其特性A/D 数据采集功能方面可供适用的软件设计参考设计出一个4 系统软件的设计软件主要是指系统主程序的设计还进行了软件抗干扰的设计5样机的实验调试此外 为了弥补硬件抗干扰能力的不足进行样机的实验调试 检验开发出的样机是
17、否达到设计要求3运行是否准确基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现可靠本文围绕家用空调室内控制系统的实现做了如下有特色的工作1 对单片机的通讯特点进行分析研究 设计出一套适合该空调室内控制系统的通讯方式2 采用模块化编程思想 设计出一个温度 A/D 采样子程序 可供这方面的软件开发人员做参考1.4 本文的结构本文共分为六个部分第一章 绪论 阐述研究背景及意义 国内外发展现状 本文的主要研究工作及本文的组织结构第二章 空调控制系统概述及室内控制器的总体设计 先总体概述了家用空调控制系统的功能 并对空调控制系统的两个主要部分制冷和制热做了简单描述然后给出了空调室内控制器的总体设计控制系统和显
18、示板控制系统将室内控制系统分为两个子系统 主板第三章 主板控制系统 对主板控制系统所要实现的功能和几大硬件组成部分以及所选单片机的特点进行分析 提出一套主板控制系统 并设计出一套适合该空调室内控制系统的通讯方式 以及一个通用的温度 A/D 采样软件模块第四章 显示板控制系统 对显示板所要实现的功能及所用单片机的特点进行分析 设计出一套显示板控制系统 并详细讨论了显示板的三大组成部分第五章 实现与测试 将第三章的主板控制系统和第四章的显示板控制系统结合起来 实现了一套完整的空调室内控制系统 并对整个开发工作进行测试第六章 结论与展望 对本文的工作进行总结 并提出下一步的研究方向4中南民族大学硕士
19、学位论文第 2 章 空调控制系统概述及室内控制器的总体设计2.12.1.1空调控制系统概述空调控制系统的功能空调控制系统管理空调器的全部硬件资源 软件资源以及数据资源 控制程序运行 调节室内温度 改善室内环境 为人们提供一个良好舒适的室内环境家用空调控制系统从总体上来说具有以下几个功能1.调节室内温度这是家用空调控制系统的基本功能 家用空调在冬季利用其采暖装置来升高室内的温度 在夏季 室内降温由制冷装置完成2.调节室内的湿度普通空调控制系统一般不具有这种功能 只有冷暖一体化的空调器才能对室内的湿度进行适量的调节 它通过制冷装置冷却降温去除空气中的水分 再由采暖装置升温以降低空气的相对湿度3.调
20、节室内的空气流速空气的流速和方向对人体舒适性影响很大 夏季 气流速度稍大 有利于人体散热降温 但过大的风速直接吹到人体上 也会使人感到不舒服 冬季 风速大了会影响人体保温 因而冬季采暖希望气流速度尽量小一些2.1.2 控制系统的制冷装置空调的制冷方式有很多 目前实际应用的空调制冷方式基本上为蒸气压缩式制冷方式 空调蒸气压缩式制冷原理如图 2-1 所示5基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现图 2-1 蒸气压缩式制冷原理1-压缩机 2-排气管 3-冷凝器 4-风扇 5 7-高压液管6-干燥贮液器11-鼓风机8-膨胀阀12-感温包9-低压液管13-吸气管10-蒸发器空气压缩机由发动机驱动旋转
21、 由压缩机排出的高温 高压制冷剂蒸气 通过高压软管进入空调的冷凝器 由于高温 高压的制冷剂蒸气温度高于室外的空气温度 因此借助冷凝器风扇使冷凝器中制冷剂蒸气的热量被室外空气带走 使高温高压的制冷剂蒸气冷凝为较高温度的高压液体 通过高压软管流入干燥贮液器 经干燥和过滤后 流过膨胀阀 在膨胀阀的节流作用下 制冷剂变为低温低压的液体而进入空调的蒸气阀 在定压下汽化并吸收蒸发器管外空气中的热量使流经蒸发器的室内循环空气的温度降低为冷气 通过鼓风机送到室内 降低室内的空气温度 气化后的制冷剂蒸气 由压缩机吸入进行压缩 又变成高温高压的制冷剂气体 通过高压软管压入空调的冷凝器中 完成了空调的一个制冷循环这
22、些循环周而复始地进行 就可以使室内的温度维持在舒适的状态在该空调控制系统中压缩机的转速基本不变制空调的制冷6只通过控制压缩机的开关来控中南民族大学硕士学位论文2.1.3 控制系统的采暖装置热泵型空调器是在冷风型空调器的基础上加一只电磁换向阀 又称四通阀四通阀的工作原理如图 2-2 所示6 制冷循环是制冷剂在室内蒸发吸热 通过压缩机压缩成高压高温气体 经过冷凝器向室外散热 换向阀的作用是使制冷剂流动方向改变 将蒸发器和冷凝器的位置倒转 形成了室外为蒸发器 室内为冷凝器使原来冷却进行运行时的蒸发器变为冷凝器 制冷剂在冷凝器中放热 热量由风机吹风带进室内 达到供热目的 热泵型冷热两用空调器是一种比较
23、实用和完善的室内空调设备 它可以在夏季向房间内送冷风 冬季向房间内送热风 一机两用图 2-2 四通阀的工作原理7基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现2.2 空调室内控制器的总体设计空调控制系统是一个多 CPU 控制系统 它主要包括三个部分 红外遥控发射系统 室内机组控制系统 室外机组控制系统 其中红外遥控发射系统是一个良好的人机交互系统 便于用户选择相应的空调器工作方式和工作参数 控制空调器的开停 室内机组控制系统接收来自于发射系统的遥控指令 借助于传感技术通过压缩机的启停 控制室内风机的速度以及风门动作 并且将有关的决策信息通过串行通信方式传递到室外机组 室外机组控制系统接收室内机组
24、的串行指令做相应调节 这三者既相互独立 又能有效地传递 交换信息 最终成为一个有机的整体遥控接收 室 串行通讯室外机内主 驱动电路 步进电机温度检测风速检测应急开关板 单片机控制驱动电路压缩机通讯蜂鸣器接收显示板显示板单片机控LCD 显示背光源显示制图 2-3 室内机组控制系统总体结构本文只讨论空调器的室内机组控制部分 图 2-3 是该控制器室内机组控制系统的总体结构 系统由 CPU 驱动控制电路 显示部分等组成 总的来说室内机组主要包括主控制板和显示板两部分 主控制板和显示板两部分之间通过一根连接线阻连接 主控制板接收遥控指令 并检测到温度等环境指数 作相应处理后将需要显示的信息发送到显示板
25、 显示板只需随时接收来自主控制板的状态信息作相应处理后完成相应的显示功能 而不需要向主控制板回传信息 因此将室内控制系统分为主板控制系统和显示板控制系统两个子系统8该室内控制系统能实中南民族大学硕士学位论文现以下功能1.空调控制温度自动控制 湿度控制 风量控制等 满足室内的空调对舒适性的要求具体来说如下1 根据室内当前的状况 自动选择合适的工作模式2 根据室内外的温度高低 自动切断压缩机工作 从而达到调节控制室内温度的目的 这点对节能省电很重要3 根据室内的温度情况 通过调节步进电机的转速来调节空调风量 既能满足人们的舒适性 又能节能省电4 通过故障检测功能 检测到传感器 四通阀 压缩机故障时
26、 停止压缩机运行保护空调器2.显示在设定温度时显示设定的温度 在其它时间显示室内的实际温度 同时显示风量大小内容还可根据需要开启关闭背光源 以方便人们在夜晚也能看见显示板的2.3 本章小结本章首先概述了家用空调控制系统的功能 描述了空调控制的制冷和制热两个主要部分两个子系统然后给出了空调室内主控制器的总体设计分别是主板控制系统和显示板控制系统9将室内主控制系统分为基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现第 3 章 主板控制系统3.13.1.1主板控制系统概述系统设计目标主板控制系统主要是负责遥控器遥控指令的接收和处理 同时按照控制规则进行工作模式判断 驱动蜂鸣器 风向电机 室内外风扇 压缩
27、机以及四通阀对异常状态进行保护报警 采集当前环境温度信号并与人为设定值进行比较 然后通过串行通讯系统传到室外 并将需要显示的信息传送到显示板上 使空调器在最短的时间内满足人们生活的舒适需要3.1.2 系统组成主板控制系统的结构如图 3-1 所示 由图可知 主板控制系统主要由电源遥控信号接收 按键 传感器检测 单片机控制以及控制输出等几个部分组成电源 单片控制各个电机遥控接收 机控 继电器信号输出传感器检测按键1 电源部分图 3-1制报警信号主板控制系统结构电网提供的是交流高压 而空调器内部的各个控制需要的是直流电压 因此要将交流高压转换成交流低压 经整流 滤波后稳压成所需的直流电压 可将电源部
28、分分为输入电源滤波和直流稳压电源两部分10中南民族大学硕士学位论文1 输入电源滤波 7在空调控制器的输入电源滤波电路中采用过压保护措施和滤除纹波干扰技术 如图 3-2 所示 图中 ZR1 为压敏电阻 它能够吸收浪涌电压 压敏电阻是一种半导体陶瓷元件 当压敏电阻两端所加电压低于其标称电压值时 其内部阻抗接近于开路状态 只有微安级电流通过 故功耗甚微 而当外加电压高于其标称电压时 在 8us 20us 的电波冲击下 可通过 50A 2500A 电流 瞬时功率可大于数千瓦 一旦电压消失 压敏电阻又自动恢复到高阻状态 在电路中又用到容器滤除纹波干扰 接在电源的交流回路中 利用变压器 T1 将交流高压转
29、换成交流低压P11 LFUSE1FUSE1 ZR1 C10T1AP21 N图 3-214681 CAP_275V输入电源滤波电路B2 直流稳压电源电路在室内控制电路中需要+5V 直流电压供给单片机电路和一些集成电路以及显示板电路 +12V 直流电压供给继电器驱动电路和风门电机驱动以及显示板上的背光源驱动 由变压器将 220V 交流高压变成交流低压后 通过整流 滤波得到+12V直流电压 再经过 7805 三端集成稳压器得到+5V 直流电压 78 系列三端固定正输出集成稳压器具备了直流稳压器应具备的条件 当输入电压变动时 输出电压保持不变 当负载变动时 输出电压保持不变 对输入电压交流部分具有抑制
30、能力 输出电压不随温度而变 具有各种保护措施 同时 78 系列稳压器外围电路非常简单 可靠 如图 3-3 所示11470uF/16V2GND基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现+12V IC2 7805 +5V1N4004*4D11 Vin Vout 3AD2 E1 C1C2 E2BD3D41000uF/25V104 104图 3-3 +5V +12V 直流稳压电源电路2 遥控信号接收部分遥控信号接收部分电路如图 3-4 所示 图中 REC 为遥控接收头内部含光敏元件 通过接收窗口接收某一频率范围的红外线 红外接收头静态时输出高电平当收到遥控发射器发送来的红外脉冲信号时脉冲信号经 IR
31、 端送往主芯片处理接收头输出低电平 这些高低电平遥控接收头对光信号的敏感区由于开窗位置不同有所不同 且不同角度和距离其接收效果也有所不同 一般来讲 光源与遥控接收头接收面角度越接近直角接收效果越好 接收距离一般大于 8 米 限流电阻 R14 限制输入遥控接收头的电流 瓷片电容 C2 和 C3 滤除电源高频干扰RECIR12R14 150 VCC3 C2104C3104图 3-4 遥控信号接收电路12中南民族大学硕士学位论文3 按键部分该控制系统主要靠遥控器发射信号 主控制面板上只有一个应急开关按键电路如图 3-5 所示 电阻 R28 和 R29 起限流作用 瓷片电容 C16 滤除电源干扰当按键
32、按下时 应急按键端为低电平 无按键按下时 应急按键端为高电平 主芯片根据检测到的高 低电平信号判断有无按键按下+5R29R28 10KON/OFF 1K C16应急按键104图 3-54 传感器检测 89该系统主要检测室内环境温度按键部分电路室内管温及室外管温的变化与人工设定温度进行比较来完成对压缩机 风速及制冷制热等输出部分的控制传感器检测电路如图 3-6 所示 系统对各温度的采集直接用温度传感器进行测温 加电容进行滤波 此温度传感器也即热敏电阻器是一种以过渡金属氧化物为主要原材料制造的半导体陶瓷元件 它具有电阻值随温度的变化而相应变化的特性 即在一定的测量功率下 电阻值随着温度上升而下降
33、使用这一特性 将热敏电阻器作为测控温的元器件 通过测量其电阻值来确定相应的温度 从而达到测控温度的目的 对传感器的不同电阻值 将其所对应的不同分压值输入至单片机的 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13基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现FREEZE321T2_pipe+5VR9 2k室内管温R65.1kE647ufC6104DEICE21CON2+5VR102kROOM321T1_room室外管温+5VR8 2k室内室温R75.1kE547ufC7104R55.1kE547ufC41045 控制输出部分图 3-6 传感器检测电路控制输出部分电
34、路如图 3-7 所示 对压缩机 步进电机 室外风机及蜂鸣器等的控制经过 ULN2003 反相输出 ULN2003 内部实际上就是 7 个三极管 功能上相当于 7 个反相器14103 103压缩机室外风机 6中南民族大学硕士学位论文+5VCN3-S12R20 R3 IC5 34STEP2-3STEP2-2STEP2-1STEP1-4STEP1-3STEP1-2STEP1-112345678IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7VSSOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7VDD161514131211109 STEP2-4O56CN4-S1234ULN2003C9IC4104
35、+12V 56+5VR262K冷暖选择BUZ1IDF_OUTBUZ2STEP2-41234578IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7VSSOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7VDD161514131211109BUZ1OIDF_OUTPUTBUZ2O压缩机输出室外风机输出冷暖选择输出STEP2-4OULN2003C15104+12V图 3-7 控制输出部分电路3.1.3 系统功能主板控制系统需要完成的功能有1 对输入电源滤波 进行抗干扰和过压保护2 通过变压器将交流高压变成交流低压 经整流 滤波后稳压在直流电压5V 12V 分别供给控制系统和通讯电路3 对输入电压进行
36、检测 并保证空调器工作在 198V开室内机电源4 对室内温度和室内热交换器温度进行检测5 室内机与室外机间的串行通讯6 室内主板与显示板的通讯242V 之间 否则断7 室内风扇电机的三速 高 中 低 的控制15基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现8 室内风门电机 步进电机 的控制9 蜂鸣器的驱动以及遥控信号的接收与识别10 应用 E2 PROM 储存数据 保证在空调器关机后再开机时使空调器仍然能工作在关机时的状态11 实现室内机的保护机能和故障自诊断功能3.23.2.1主板单片机选择与控制uPD78F9189 的选择及特点随着单片机应用的日益广泛 单片机的种类越来越多 一种微控制器的选
37、择需要从多个方面考虑 首先 必须根据系统的功能要求 在满足功能要求的前提下 优化系统的构成 其次 要想使用某种微控制器设计好一个系统 必须对这种微控制器本身及其系统比较熟悉 最后 开发设备和产品的供货渠道以及成本要求也确定能否采用某种产品 本系统选用 NEC 公司的 uPD78F9189uPD78F9189 是 78K0S 单片机系列中的一个全新的子系列 uPD78F9189 带FLASH 存储器可以支持反复擦写 因此用在系统开发的评估 小规模生产阶段 以及新产品的快速开发上都是很合适的选用 uPD78F9189 作为主板控制系统的 CPU 主要理由如下1 内含 FLASH 存储器 可以承受
38、1 万次写/擦循环 使在系统的开发过程中 可随意进行程序修改 既便错误编程之后仍可以重新编程 故不存在废品且大缩短了程序的开发周期 同时在系统工作过程中能有效地保存数据信息2 选用该芯片的另一个重要原因是空调控制器的箱体尺寸一定 要求该控制器体积非常精巧 而本课题所采用的 CPU 芯片确实能够在保证功能的前提下尽量做到空间体积的最优化 自带 24KB 的 ROM 完全可以满足系统程序的存储容量 不必再扩展系统 芯片内含 256 个字节的 RAM 也可以省却 RAM 的扩展除此之外 uPD78F9189 单片机还具有以下一些特点 10 了解这些特点能很好的对外围电路进行优化和配置16中南民族大学
39、硕士学位论文1 一个 8 位的微处理器 CPU2 片内数据存储器 256 字节 RAM 用于存放可以读/写的数据 如运算的中间结果 最终结果以及要显示的数据3 片内含有 24K 字节可重编程闪速程序存储器 可以存放程序 一些原始数据和表格4 高速指令执行周期 0.4uS 在 5.0MHz 主系统时钟运行时5 22 个 I/O 输入/输出 接口 P0-P5 每个口可以用作输入 也可以用作输出6 共 6 个定时器 1 个 16bit 定时器 2 个 8bit 定时器 /事件计数器 1 个8bit 定时器 1 个时钟定时器 1 个看门狗定时器7 一个串行口 可以实现单片机和单片机或其他微机之间的串行
40、通讯3.2.2891.8-5.5V 宽电压操作范围4 个 8bitA/D 变换器模拟输入口uPD78F9189 的控制功能单片机引脚控制功能如表 3-1 所示 单片机系统包括程序存储器 数据存储器及 I/O 扩展电路等 由于单片机 uPD78F9189 内部集成了计算机的基本功能已具备了很强的功能 一块芯片电路就是一个基本的微机系统 并且片内 256 字节的数据存储器 已基本满足数据存储所需 同时软件优化的计算方法 减少了对数据存储器的存储容量的要求 所计算的数据相对较少 此外 基于本文的控制系统所需处理的事件不多 加之采用模块化编程思想 uPD78F9189 内部的 24K字节闪存可编程可擦
41、除存储器已能满足系统要求 故本系统没有扩展片外数据存储器和片外程序存储器 减少了外围扩展器件 有利于提高系统的可靠性和稳定性 减少了控制器的体积 有利于整个控制器的设计和安装 提高了产品的灵活性17引脚号码 引脚名称 输入/输出 功 能1 P5.0 输出 串行 EEPROM 的时钟输出2 P5.1 输入/输出 EEPROM 的串行数据输入 /输出3 P5.2 输入 应急按键5 P6.0 输入 室外管温检测6 P6.1 输入 室内管温检测7 P6.2 输入 室内环境温度检测8 P6.3 输入 机型 A/D 值 冷暖机型选择- P1.0 P1.1P2.3 P2.4输出 控制步进电机 1- P0.0
42、 P0.1P2.5 P2.6输出 控制步进电机 230 P0.2 输出 冷暖选择输出31 P0.3 输出 控制室外风机32 P0.4 输出 控制压缩机15 P3.3 输出 蜂鸣器控制17 P2.1 输出 与显示板通讯基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现表 3-1 室内主板单片机 uPD78F9189 引脚控制功能3.3 主板与显示板通讯方式空调室内控制器的主板控制系统与显示板控制系统之间是通过一根连接线阻相连 通过主板给显示板供电并传送显示命令信息 通讯采用主从方式 即主板控制系统为主机 显示板控制系统为从机 每次通讯都是主板先向显示板发送信号 然后显示板根据接收到的命令信息作相应处理
43、后显示输出 主板控制系统主动发送 显示板控制系统被动接收 主板控制系统每隔一定时间发送一次 显示板控制系统只有接收到主板信号后才进行处理输出显示主板控制系统与显示板控制系统之间的通讯是采用 uPD78F9189 单片机自带的异步串行通讯接口 UART 来实现的 这是因为采用 UART 不需要外接时钟输入硬件电路的设计以及软件模块的实现都比较简单储空间18降低了数据及程序所使用的存中南民族大学硕士学位论文3.3.1 主板通讯配置由于主板只需向显示板发送信息而不用接收信息uPD78F9189 芯片的串行接口有操作停止模式故在此只介绍发送情况异步串行接口模式 UART 和3 线串行 I/O 模式三种
44、模式 当不需要串行通讯时可用操作停止模式 此时不能进行串行通讯 可降低电源消耗 引脚还可作为一般的端口引脚使用异步串行接口 UART 模式所用到的寄存器有串行操作模式寄存器 20 CSIM20异步串行接口操作模式寄存器 20 ASIM20异步串行接口状态寄存器 20 ASIS20波特率发生器控制寄存器 20 BRGC20发送移位寄存器 20 TXS20对这些寄存器作适当的设置 可以开启或关闭串行通讯模式在 UART 模式中设置操作的基本步骤如下1 设置寄存器 CSIM20该寄存器是选择 3 线串行 I/O 模式时用到的 当选择使用 UART 模式时存器 CSIM20 要置为 00H寄2 设置寄
45、存器 BRGC20下文将提到所选择的波特率为 4800BPS 此时寄存器 BRGC20 应置为 60H3 设置寄存器 ASIM20 的 0 5 位ASIM20.5 和 ASIM20.4 位为校验位 当选择无校验时置 00 偶校验时置为 11奇校验时置为 10 ASIM20.3 位为数据长度选择 数据长度为 8 位时此位置 1 为7 位时置 0 ASIM20.2 位为数据停止位的长度选择 有 1 位停止位时此位置 0 有2 位停止位时此位置 1 ASIM20.1 和 ASIM20.0 位始终为 04 设置寄存器 ASIM20 的 6 7 位ASIM20.7 为发送操作控制位 当允许发送时此位置
46、1 停止发送时此位置 0ASIM20.6 位为接收操作控制位 当允许接收时此位置 1 停止接收时此位置 056将数据写入寄存器 TXS20 中 开始发送数据数据发送过程中系统自动设置寄存器 ASIS20 的值19基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现ASIS20.2 ASIS20.1 和 ASIS20.0 分别为奇偶校验错误标识位 数据格式错误标识位和溢出错误标识位 当出现这些错误时 相应的位置为 1 无错误时置为03.3.2 通讯操作设计出一套合理的通讯方式 不仅要对串行通讯 UART 模式中所用到的寄存器进行适当的设置 还要了解通讯操作过程中发送的数据格式 校验方式以及正常发送与连续
47、发送数据的操作过程101 正常发送数据的格式和波形示例图 3-8 为正常发送数据的格式图 3-8一帧数据由以下各位组成图 3-9 为正常发送数据的波形示例为正常发送数据的格式起始位字符位1 位7 或 8 位校验位停止位偶校验1 或 2 位奇校验或无校验由异步串行接口操作模式寄存器 20 ASIM20 规定一个数据帧中字符位的宽20中南民族大学硕士学位论文度 校验方式和停止位的宽度 由串行操作模式寄存器 20 CSIM20 规定数据通讯方式 LSB-first 或 MSB-first图 3-9 为正常发送数据的波形示例2 校验方式与操作校验位用于检测数据通讯中的位错误 通常在发送和接收两端可采用
48、相同的校验方式 当采用偶校验和奇校验时 可检测到 1 位 奇数 错误 而采用无校验时 则不能检测到错误偶校验奇校验控制发送数据包括校验位 使得数据中控制发送数据包括校验位 使得数据中11的个数为偶数的个数为奇数无校验 发送数据中没有校验位 因此也不会产生校验错误3 正常发送当异步串行接口操作模式寄存器 20 ASIM20 的第 7 位 TXE20 为 1 则允许发送 将发送数据写入发送移位寄存器 20 TXS20 中时 可启动发送操作起始位 校验位和停止位会自动添加到数据中 启动发送操作时 数据依次从TXS20 输出到 TXD20 引脚 当发送结束时 由 ASIM20 设置的校验位和停止位被添
49、加到数据中 并产生发送完成中断请求 INTST20图 3-10 显示了发送完成中断请求 INTST20出就产生该中断21的时序 最后一个停止位一输基于家用空调控制器的室内控制系统的研究与实现图 3-10 正常发送完成中断请求时序4 连续发送当发送完一帧数据后 在执行 INTST20 中断服务时将下一个数据写入到发送移位寄存器 20 TXS20 中 从而能够连续发送数据 实现有效通讯 图 3-11 为连续发送操作流程示例设置寄存器写入 TXS20一帧数据发送否完成中断产生是传输所需次数是发送完成否传输次数加 1写 TXS20图 3-11 为连续发送操作流程示例22中南民族大学硕士学位论文3.3.3 主板与显示板通讯协议由于主板只需发送数据 不用接收数据 而显示板只需接收数据不用回传信息 根据实际需要规定主板与显示板之间的通讯协议如下1 通讯规则通信方式 主板发送异步串行通讯 显示板接收通过外部中断和时间中断波特率数据位4800BPS8BIT奇偶校验 偶校验起始位结束位1BIT2BIT低电平高电平2 通信数据结构第 1 字节 识别码 固定为 10101010B第 2 字节第 3 字节数据 data1数据 data2位第 4 字节 校验和 第二字节 第三字节 注 校验和的加法全部不带进31通信内容通信基本约定主板发送需要显示的温
