PIC16C72單片機的空調控制系統設計

　　1 控制器原理

　　系統CPU根據遙控器或按鍵輸入的命令，對采集到的溫度進行智能判斷，然后作出相應的制冷、制熱或除溫運行。再通過接口電路，驅動壓縮機、換向閥、風向電機和室內風機作相應動作，并對溫度用LED指示。系統的原理框圖如圖1所示。

　　2 硬件設計

　　進行系統硬件框圖設計時，既要考慮編寫程序的方便、又要充分利用軟件的功能來簡化硬件結構，即做到“軟硬兼施”。

　　2.1 單片機的選擇

　　系統有3路溫度模擬信號輸入，還有1路電壓和1路電流模擬輸入，共5路模擬輸入要求；而模擬信號要轉換成數字信號才能用單片機CPU處理。為提高系統的性能價格比，應采用含有A/D轉換器的單片機。經過各方面的綜合比較，我們選用了美國Microchip公司的PIC16C72單片機作為控制核心。它具有5路模擬量輸入的A/D轉換器，恰好滿足系統的模擬輸入要求。另外，它在1塊芯片上集成了1個8位邏輯運算單元和工作寄存器、2KB程序存儲器、128個數據存儲器、3個端口（A口、B口、C口）共22條I/O線、3個定時器/計數器。另外，只有35條易學易用而高效的RISC（精簡指令集計算機）指令，同時，芯片具看門狗功能，并提供對軟件運行出錯的保護。

　　2.2 模擬輸入電路

　　本系統直接用熱敏電阻進行測溫，再加一級電容濾波。對外交換溫度檢測電路，因其干擾較大，特加上二極管限幅保護。對傳感器的不同電阻值，將其所對應的不同分壓值輸入至PIC單片機的A/D轉換口，在單片機內部轉換成數字信號。該檢測電路結構簡單，性能價格比高。又因采用的單片機為8位，所以溫度轉換精度高，可為0.5℃，完全滿足了空調的信號檢測精度要求。

　　對過流信號的檢測，不用經過比較器，節約了資源；而是采用模擬信號整流分壓后直接輸入，通過單片機自帶的A/D轉換器，每500μs對其進行一次檢測，并進行軟件比較，以確認是否過流。

　　對過零電壓信號的檢測，也是采用模擬信號整流分壓后直接輸入。因兩個電壓半波的過零點都要檢測，所以用橋式整流。模擬輸入電路如圖2所示。

　　2.3 溫度指示電路

　　該電路可對設定溫度和房間溫度兩種溫度的10個溫度值進行同時指示，而且結構簡單，僅占用2根I/O線和使用1個八位移位寄存器74LS164。方法是對設定溫度進行穩定指示，對房間溫度進行1s間隔閃爍指示。每秒取出溫度信號。如果是21℃或30℃，則直接將相應位置成低電平，使相應LED燈亮，如果上22～29℃，則將溫度轉換成相應顯示碼，通過RB6產生CLOCK信號，RB7串行送出顯示碼至8位移位寄存器74LS164，再進行LED指示。

　　2.4 室內風向電機控制電路

　　本控制系統的室內風向葉片有自動、擺動以及5種固定角度等運行狀態。為得到高精度的角度控制，我們采用DC12V四相八拍步電機驅動。步進控制電路中采用單片機的RB2、RB3、RB4、RB5作為四相（A、B、C、D）八拍環行分配時序，經電流放大器件ULN2003功率放大后驅動步進電機運轉。控制方法是根據目標位置和當前位置的角度差，輸出相應數量的脈拍數，并通過輸出脈拍的不同時序來控制正反轉。

　　2.5 室內風機控制電路

　　制冷和制熱量的大小與室內風機的轉速有著密切的關系。本系統中室內風機采用雙向晶閘管移相控制，使其產生電壓調速。控制電路如圖3所示。在單片機內部，根據RA5口檢測到的電壓過零點為同步信號，再通過定時器控制產生所需脈沖的相位和寬度，從RC1口輸出，然后經晶體管放大、脈沖變壓器隔離輸出，再觸發雙向晶體管導通。為了減小脈沖變壓器的容量，輸出的是幾個連續的窄脈沖序列。

　　單片機系統RA3口對室內風機的速度反饋脈沖進行計數，并與給定值進行比較，然后進行積分調節，對速度進行閉環控制。

　　2.6 繼電器實時控制電路

　　控制信號從單片機的通用雙向I/O端口RB1、RC4和RC5經過驅動器ULN2003放大，控制繼電器，使壓縮機、室外風機和換向閥按要求狀態動作。

　　3 軟件設計

　　軟件設計采用模擬化處理，主控程序包括以下幾個部分：程序的初始化、試運轉、數據和信號的采集與處理、溫度LED指示、室內風機的閉環積分控制、室內風向電機的步進控制。功能子程序包括制冷、制熱、除濕、自動四種運行模式。中斷程序包括遙控接收。各種定時的中斷查詢處理、速度檢測等。系統的主控程序流程如圖4所示。

　系統資源分配：定時器0用于對速度反饋脈沖計數，定時器1用于遙控處理，定時器2用于其它所有定時處理。由于定時器2處理的定時有20多個，時間長短更是千變萬化，短的只有500μs，長的可達24h(小時)。根據現實生活中一塊手表可處理多個事件的啟示，我們設計出口斷式查詢定時法，即將基準中斷時間設為最小公約數500μs，每個事件分配1個時間寄存器、1個開始定時標志和1個定時時間到標志，在需要定時的時候，將其開始定時標志1置。每次500μs中斷時，對各定時標志位進行檢測，如果為1，則對相應的時間寄存器進行定時處理，如果定時時間到，則將相應的定時時間到標志置1。

　　軟件系統的制冷、制熱、除濕和自動功能子程序模塊，主要功能是根據房間溫度和設定差值，并綜合考慮其他條件，然后對壓縮機和室內外風扇的運行狀態進行智能控制。同時，在各模塊里進行了睡眠和保護處理