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家用变频空调电气控制系统设计 摘 要：本课题设计的家用变频空调电气控制系统基于AT89S51单片机，总共分为两部分，分别是室内机系统和室外机系统，二者通过通讯线进行信息传输。室内机系统的主要工作是对设定的温度与测得的实际温度进行比较然后通过一定的逻辑运算完成加速或者减速指令的传输，室外机系统由AT89S51单片机、SA8281芯片、IR2110驱动器、整流电路和三相逆变电路组成主要完成AT89S51单片机对压缩机的PWM变频调速控制。 关键词：变频空调；AT89S51单片机；PWM变频调速 1 引言 1.1 家用空调的发展历史及研究意义 从美国成功研制出第一台空调算起,往后的20年里空调的服务对象一直是机器。二十世纪二十年代空调开始进入家庭,家用空调应运而生。1974年国产第一台空调CKF-3A在泰州市无线电元件九厂研制成功,经过四十多年的发展空调技术不断更新。 家用定频空调只能工作在标准电压和频率的环境下，因为供电频率不变所以只能通过控制继电器的开断来控制空调的启停，在调节温度的同时空调反反复复的启停对电网造成了污染并且消耗的电能较多。 家用变频空调通过变频器对压缩机进行调速，使空调不是通过简单的启停进行调温而是通过功率的不断变化进行温度调控，当与设定温度相差较大时空调功率增加，相反当空调接近设定温度时空调功率会减少到正常功率的百分之十以保证始终处于恒温状态，减少了空调的反复启停消除了压缩机启动时的峰值电流并且节约了电能。在日常的生活工作中变频空调越来越多的取代定频空调为我们服务。 1.2 家用变频空调工作原理 空调CPU通过变频器对压缩机进行调速从而改变空调的输出功率完成变频。空调刚启动时，由于房间冷负荷大，空调压缩机电机高频运转，空调制冷量达到最大值，使室温在尽可能短的时间内下降；当房间温度接近设定温度时，压缩机的工作效率可相应降低，降低空调制冷量，实现系统制冷量的调节，减少空调的启停次数使温度变化更加平稳[1]。 2 设计方案 2.1空调电气控制系统总体设计方案 在分体式空调中,运行部分包括室内外两部分。室内机单片机对设定的温度与测得的实际温度进行比较然后通过相应的逻辑运算发出加减速和复位控制指令,控制信号通过通讯线传输到室外单片机，由室外单片机完成对压缩机的控制与调速[2]。系统结构框图如图1所示。 图1系统结构框图 2.2室内机系统设计方案 AT89S51单片机作为室内机的核心,A/D转换器将负温度系数热敏电阻采集到的温度由模拟信号转为数字信号并送入单片机中,采集的温度数据与设定的温度数据（20℃）在单片机内进行一定的逻辑运算来决定压缩机加速或者减速运行。 室内机主要实现以下功能：（1）人工设定所需的环境温度（20℃）（2）设定温度与实际温度进行逻辑运算（3）通过LED显示设定温度（4）输出压缩机调速信号 2.3室外机系统设计方案 室外机的AT89S51单片机接受室内机传来的加减速或者停止信号通过PWM变频调速控制压缩机的运行状态[3]。 整个室外机电路分为主回路、单片机控制SA8281芯片的控制电路两大部分，主要实现压缩机的变频调速。 3 硬件设计 3.1 所需主要硬件简介 3.1.1 AT89S51单片机 本设计之所以采用AT89S51单片机是因为它的获取渠道广、价格低廉、功能足够满足本次设计，其兼容标准的51指令编程简单与80C51引脚结构相似使用方便[4]。AT89S51单片机引脚结构如图2所示。 图2 AT89S51单片机引脚结构 AT89S51最小复位系统电路如图3所示。 图3 系统复位电路 3.1.2 A/D转换芯片ADC0809 传感器采集到的是模拟信号不能直接与单片机进行数据传送，所以必须采用模数转换器。ADC0809为8通道模数转换器，其分时采集八个模拟信号，芯片有八个模拟门完全适用本次设计。它具有转换时间短、功耗低等特点。ADC0809的外部引脚如图4其内部有八位模拟开关、八位开关树形A/D转换器、定时电路等组成。 图4 ADC0809外部引脚图 3.1.3 SA8281的功能介绍 本设计的一个关键就是产生可控的三相脉宽调制波。MITEL公司的SA8281正好符合要求。它使用一套标准的MOTEL总线，内置波形只读存储器和对应的控制逻辑可以独立产生三相脉宽调制波形。其具有与单片机连接方便、输出精度高、温度稳定、工作的频率范围宽等特点。单片机只需在它要改变输出频率和振幅时对其产生干预。因此，非常适合本次设计。 SA8281利用对称双边缘采样产生数字PWM波形，该波形存储在一个内部ROM中，有可选的可移动的最小脉冲宽度和死区时间。其具有工作范围广、精度高、稳定性强、三角载波频率可调等特点。该电路有6个标准TTL电平输出驱动逆变电源开关元件，通过软件改变电路的载波和调制频率等就可以控制逆变器，电机的正