SPMC65P2408A在空调中的应用
spmc65p2408a在空调中的应用
文主要介绍定频空调机主控板方案的实现。本设计以凌阳科技公司的8位单片机spmc65p2408a为核心，使用四路ad实现温度、ac220v电流和断电检测，使用两路外部中断实现室内风机的风速检测和过零检测，使用捕获功能进行遥控器红外码的接收…… spmc65p2408a良好的性能和合理的资源非常适合于空调机、洗衣机等家电。
关键词：空调 凌阳单片机 spmc65p2408a
引 言：
近年来，我国空调器产业的发展十分迅猛，2000年我国空调行业的生产规模便已经发展到1800万台左右，2003年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过4000万台，2004年度这一数据已经扩大到了5500万台。目前，中国的空调器产量已占世界总产量的3/5左右，中国已成为名副其实的空调器制造大国，也正在逐渐成为全球空调器生产基地。在过去的五年中，中国空调器行业的工业总产值和销售收入都经历了持续的增长，其中2001年度、2003年度和2004年度的增长尤为显著。
此外，近年来，百户城市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高。空调拥有量在各地区差异较大。随着国内市场的扩大, 中国的空调器出口也在连年迅速增长，空调器出口额占家电产品出口总额的份额也在不断提高。2002年度、2003年度和2004年度我国空调产品的出口保持了十分强劲的增长势头，其中2003年度国内空调企业的出口额首次突破千万台大关，超过了1400台。2004年度国内空调器企业的出口量更是超过了2300万台，与国内销量形成了齐头并进的格局。 这篇文章的主要目的是希望能够大力推动spmc65系列芯片的应用，并根据国家标准验证其性能，走进国内各家电生产厂家。
1 空调工作原理
（1）制冷原理
图 1-1空调制冷原理
空调制冷原理如图 1‑1所示，空调工作时，制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至冷凝器；同时室外侧风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压、高温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过节流毛细管降压降温流入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量；同时室内侧风扇使室内空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后的变冷的气体送向室内。如此，室内外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。
（2）制热原理
图 1-2空调制热原理
空调热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室内空气的，如图 1‑2所示。低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压制冷剂气体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀来改变制冷剂的循环方向，使原来制冷工作时做为蒸发器的室内盘管变成制热时的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。
2功能介绍
◆ 制冷
1) 设定温度范围：16℃～30℃，默认设定温度为24℃。
2) 具有防霜冻保护功能。
◆ 除湿
在除湿运转模式下，设定温度由遥控器决定，温度设定范围：16℃～30℃。控制器根据室内温度和设定温度的差值决定运转模式。
◆ 制热
1) 设定温度范围：16℃～30℃。
2) 具有防冷风功能。
3) 具有化霜功能。
4) 具有高温保护功能。
◆ 送风模式
风速可在高、中、低档之间转换，不受设定温度所控制。
◆ 定时开/关机功能
定时开/关机时间以10分钟为最小单位进行设置，定时时间到达，空调启动和停止工作。
◆ 风门片工作情况
1) 遥控器可设置风门片工作于连续方式或固定方式。
2) 制冷、除湿、送风和自动摆风在150°与105°之间大约45°做周期摆动。
3) 制热摆风在90°与150°之间大约60°做周期摆动。
◆ 健康运行
可以在任何模式下，产生健康负离子，进行空气杀菌。
◆ 自动运行
遥控器设定为自动运转模式时，空调器根据室内温度与设定温度的差值，自动判定运转模式。设定温度默认为24℃。
◆ 睡眠
科学的温度－睡眠曲线，自动调节室内温度，保证用户有一个非常舒适的睡眠。
◆ 应急开关
遥控器丢失或损坏时，可以使用应急开关进行开机、关机、制冷和制热。
3系统总体方案介绍
硬件组成框图如图 3‑1所示。主要由cpu、信号检测和控制部分组成。cpu首先接收遥控器发出的红外信号，获得命令参数，同时检测环境变量（温度、过流、电网断电等），然后综合分析，下达命令，控制空调各部件的正常工作。显示面板可以显示空调当前的工作状态。
图 3-1硬件组成框图
4系统硬件设计
4.1 空调电路原理
硬件电路如图 4‑1所示。根据工作电压的不同，整个系统可以分为三部分：微控系统、继电器控制和强电控制，分别工作于dc5v、dc12v和ac220v。
图 4-1系统电路原理图
4.2 芯片特性简介
spmc65p2408a是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机，采用凌阳spmc65内核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及adc、pwm、标准通讯接口等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。spmc65p2408a有28管脚和32管脚两种封装，32管脚封装多了uart功能。本设计选用28管脚封装，如图4-2所示。
28管脚封装芯片的具体特性如下：
l 工作电压：3.0v～5.5v
l 工作速度：8mhz
l 工作温度：-40℃～85 ℃
l 超强抗干扰、抗静电esd保护能力
l 8k byte rom，256 byte ram
l 23个通用输入输出口
l 强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有capture\compare\pwm功能
l 1个1hz～62.5khz的时基
l 8通道10位精度的adc(带外部参考电压)
l 4个外部中断，11个内部中断
l spi串行通讯接口
l 2种省电模式：halt、stop
l 蜂鸣器输出功能
l 4.0v/2.5v可选低电压复位功能
l 可编程看门狗功能
图 4-2 spmc65p2408a*28p封装
4.3 供电系统分析
整个主控板上有三种电压：ac220v、dc12v和dc5v。ac220v直接给压缩机、室外风机、室内风机和负离子产生器供电；ac220v经过降压，变为dc12v和dc5v，用于继电器和微控系统供电。供电系统如图4-3所示，ac220v先经过变压器降压，然后从插座j1输入，经过整流桥进行全波整流，通过电容c2滤波，得到dc12v，再经过稳压片7805稳压，得到dc5v。图中的采样点zds用于过零点的检测，二极管d1防止滤波电容c2 对采样点zds的影响。
图 4-3供电系统
4.4 过零检测电路
过零检测电路如图4-4所示，用于检测ac220v的过零点，在整流桥路中采样全波整流信号，经过三极管及电阻电容组成整形电路，整形成脉冲波，可以触发外部中断，进行过零检测。采样点和整形后的信号如图4-5所示。
过零检测的作用是为了控制光耦可控硅的触发角，从而控制室内风机风速的大小。
图 4-4过零检测电路
图 4_5采样点和整形后的信号
4.5 室内风机的控制
图4-6为内风机控制电路，u1为光耦可控硅，用于控制ac220v的导通时间，从而实现内风机风速的调节。u3的3脚为触发脚，由三极管驱动。ac220v从管脚11输入，管脚13输出，具体导通时间受控于触发角的触发。
室内风机风速具体控制方法：首先过零检测电路检测到ac220v的过零点，产生过零中断；然后，在中断处理子程序中，打开timer的定时功能，比如定时4ms，4ms后由cpu产生一个触发脉冲，经三极管驱动，从u3的3脚输入，触发u3的内部电路，从而使u3的管脚11和13的导通，ac220v给室内风机供电。这样，通过定时器的定时长度的改变可以控制ac220v在每半个周期内的导通时间，从而控制室内风机的功率和转速。
图 4‑6室内风机控制电路
4.6 室内风机风速检测
当室内风机工作时，速度传感器将室内风机的转速以正弦波的形式反馈回来，正弦波的频率与风机转速成特定的对应关系，见下表所示。正弦波经过三极管整形为方波，cpu采用外部中断进行频率检测，从而实现对风速的测量。
风速
高
中
低
风机频率（hz）
70
50
30
图 4-7室内风机风速检测电路
4.7 过流检测电路
采用电流互感器l1检测火线上电流的变化情况。图中 l1为电流互感器，输出0～5ma的交流电。当电流突然增大时，电流互感器输出电流也随之增大，经过全桥整流、电流－电压转换、低通滤波，从cod端输出直流电压信号。cpu通过对cod端电压的ad采集来感知ac220v电流的变化，当cod端的电压过高时，cpu可以对电路采取保护措施。
图 4-8过流检测电路
4.8 低电压检测电路
采用电阻分压原理，cpu利用ad采集对7805前端的12v电压进行检测。当电网掉电后，ad端会采集到7805前端的12v电压的降低，由于7805输出端电容的存在，所以即使12v电压降低到6v，7805仍能提供5v电压使cpu正常工作， 此时，cpu立即将空调当前的运行参数保存在at24c01里面。
图 4-9低电压检测电路
4.9 压缩机、四通阀、外风机和负离子产生器（健康运行）的控制
压缩机、室外风机、四通阀和负离子产生器均由ac220v供电，所以通过继电器控制ac220v的通断便可以控制各个部分的运行。
r1为压敏电阻，用于过压保护。si1为保险管。
插座j2为ac220v输出端，外接变压器，将ac220v降压，降压后接到电源模块，分别得到dc12v和dc5v。
图 4-10压缩机、四通阀和健康运行的控制电路
4.10 驱动电路
继电器、峰鸣器和步进电机均由12v直流电压控制，u4为驱动芯片。
neg－lonc控制负离子发生器的继电器；
valvec控制四通阀的继电器；
comprc控制压缩机的继电器；
buzzer控制峰鸣器；
a、b、c、d为步进电机的四相。
图 4-11驱动电路
4.11 断电记忆
采用u5（at24c01）作为串行存储芯片，保存电网断电前空调的运行参数。该芯片只需两根线控制：时钟线scl和数据线sda/ion，存储器大小为128×8 byte。
图 4-12断电记忆电路
5 系统软件设计
5.1 主流程
主程序流程如图 5‑1所示，一个主循环时间为10ms，采用时基进行定时。
首先等待10ms的到来，10ms来临，进行遥控器信号的解码，根据解码得到的信息选择空调的工作模式，然后进入该模式执行。
图 5-1 主流程图
6 结语
spmc65系列芯片以优异的性能和丰富的资源适合于各个公控场合。本次以spmc65p2408a为主控芯片开发的空调主控板，在没有专门加emc防治的情况下，经过eft测试，其抗干扰能力达到国家最高级别±4kv。
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IC设计：CMOS器件及其电路
伺服电机为什么我们要坚持做
人工智能在不同领域中的作用
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公共建筑环境消杀成关注重点，多家企业有新动作
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陶瓷4D打印的首次实现，有望应用于电子产品与航空发动机领域
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关键词：空调 凌阳单片机 spmc65p2408a
引 言：
近年来，我国空调器产业的发展十分迅猛，2000年我国空调行业的生产规模便已经发展到1800万台左右，2003年度我国家用空调器行业的总生产能力已超过4000万台，2004年度这一数据已经扩大到了5500万台。目前，中国的空调器产量已占世界总产量的3/5左右，中国已成为名副其实的空调器制造大国，也正在逐渐成为全球空调器生产基地。在过去的五年中，中国空调器行业的工业总产值和销售收入都经历了持续的增长，其中2001年度、2003年度和2004年度的增长尤为显著。
此外，近年来，百户城市居民家庭的空调器拥有量每年都有显著提高。空调拥有量在各地区差异较大。随着国内市场的扩大, 中国的空调器出口也在连年迅速增长，空调器出口额占家电产品出口总额的份额也在不断提高。2002年度、2003年度和2004年度我国空调产品的出口保持了十分强劲的增长势头，其中2003年度国内空调企业的出口额首次突破千万台大关，超过了1400台。2004年度国内空调器企业的出口量更是超过了2300万台，与国内销量形成了齐头并进的格局。 这篇文章的主要目的是希望能够大力推动spmc65系列芯片的应用，并根据国家标准验证其性能，走进国内各家电生产厂家。
1 空调工作原理
（1）制冷原理
图 1-1空调制冷原理
空调制冷原理如图 1‑1所示，空调工作时，制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至冷凝器；同时室外侧风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压、高温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过节流毛细管降压降温流入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量；同时室内侧风扇使室内空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后的变冷的气体送向室内。如此，室内外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。
（2）制热原理
图 1-2空调制热原理
空调热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室内空气的，如图 1‑2所示。低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压制冷剂气体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀来改变制冷剂的循环方向，使原来制冷工作时做为蒸发器的室内盘管变成制热时的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。
2功能介绍
◆ 制冷
1) 设定温度范围：16℃～30℃，默认设定温度为24℃。
2) 具有防霜冻保护功能。
◆ 除湿
在除湿运转模式下，设定温度由遥控器决定，温度设定范围：16℃～30℃。控制器根据室内温度和设定温度的差值决定运转模式。
◆ 制热
1) 设定温度范围：16℃～30℃。
2) 具有防冷风功能。
3) 具有化霜功能。
4) 具有高温保护功能。
◆ 送风模式
风速可在高、中、低档之间转换，不受设定温度所控制。
◆ 定时开/关机功能
定时开/关机时间以10分钟为最小单位进行设置，定时时间到达，空调启动和停止工作。
◆ 风门片工作情况
1) 遥控器可设置风门片工作于连续方式或固定方式。
2) 制冷、除湿、送风和自动摆风在150°与105°之间大约45°做周期摆动。
3) 制热摆风在90°与150°之间大约60°做周期摆动。
◆ 健康运行
可以在任何模式下，产生健康负离子，进行空气杀菌。
◆ 自动运行
遥控器设定为自动运转模式时，空调器根据室内温度与设定温度的差值，自动判定运转模式。设定温度默认为24℃。
◆ 睡眠
科学的温度－睡眠曲线，自动调节室内温度，保证用户有一个非常舒适的睡眠。
◆ 应急开关
遥控器丢失或损坏时，可以使用应急开关进行开机、关机、制冷和制热。
3系统总体方案介绍
硬件组成框图如图 3‑1所示。主要由cpu、信号检测和控制部分组成。cpu首先接收遥控器发出的红外信号，获得命令参数，同时检测环境变量（温度、过流、电网断电等），然后综合分析，下达命令，控制空调各部件的正常工作。显示面板可以显示空调当前的工作状态。
图 3-1硬件组成框图
4系统硬件设计
4.1 空调电路原理
硬件电路如图 4‑1所示。根据工作电压的不同，整个系统可以分为三部分：微控系统、继电器控制和强电控制，分别工作于dc5v、dc12v和ac220v。
图 4-1系统电路原理图
4.2 芯片特性简介
spmc65p2408a是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机，采用凌阳spmc65内核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及adc、pwm、标准通讯接口等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。spmc65p2408a有28管脚和32管脚两种封装，32管脚封装多了uart功能。本设计选用28管脚封装，如图4-2所示。
28管脚封装芯片的具体特性如下：
l 工作电压：3.0v～5.5v
l 工作速度：8mhz
l 工作温度：-40℃～85 ℃
l 超强抗干扰、抗静电esd保护能力
l 8k byte rom，256 byte ram
l 23个通用输入输出口
l 强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有capture\compare\pwm功能
l 1个1hz～62.5khz的时基
l 8通道10位精度的adc(带外部参考电压)
l 4个外部中断，11个内部中断
l spi串行通讯接口
l 2种省电模式：halt、stop
l 蜂鸣器输出功能
l 4.0v/2.5v可选低电压复位功能
l 可编程看门狗功能
图 4-2 spmc65p2408a*28p封装
4.3 供电系统分析
整个主控板上有三种电压：ac220v、dc12v和dc5v。ac220v直接给压缩机、室外风机、室内风机和负离子产生器供电；ac220v经过降压，变为dc12v和dc5v，用于继电器和微控系统供电。供电系统如图4-3所示，ac220v先经过变压器降压，然后从插座j1输入，经过整流桥进行全波整流，通过电容c2滤波，得到dc12v，再经过稳压片7805稳压，得到dc5v。图中的采样点zds用于过零点的检测，二极管d1防止滤波电容c2 对采样点zds的影响。
图 4-3供电系统
4.4 过零检测电路
过零检测电路如图4-4所示，用于检测ac220v的过零点，在整流桥路中采样全波整流信号，经过三极管及电阻电容组成整形电路，整形成脉冲波，可以触发外部中断，进行过零检测。采样点和整形后的信号如图4-5所示。
过零检测的作用是为了控制光耦可控硅的触发角，从而控制室内风机风速的大小。
图 4-4过零检测电路
图 4_5采样点和整形后的信号
4.5 室内风机的控制
图4-6为内风机控制电路，u1为光耦可控硅，用于控制ac220v的导通时间，从而实现内风机风速的调节。u3的3脚为触发脚，由三极管驱动。ac220v从管脚11输入，管脚13输出，具体导通时间受控于触发角的触发。
室内风机风速具体控制方法：首先过零检测电路检测到ac220v的过零点，产生过零中断；然后，在中断处理子程序中，打开timer的定时功能，比如定时4ms，4ms后由cpu产生一个触发脉冲，经三极管驱动，从u3的3脚输入，触发u3的内部电路，从而使u3的管脚11和13的导通，ac220v给室内风机供电。这样，通过定时器的定时长度的改变可以控制ac220v在每半个周期内的导通时间，从而控制室内风机的功率和转速。
图 4‑6室内风机控制电路
4.6 室内风机风速检测
当室内风机工作时，速度传感器将室内风机的转速以正弦波的形式反馈回来，正弦波的频率与风机转速成特定的对应关系，见下表所示。正弦波经过三极管整形为方波，cpu采用外部中断进行频率检测，从而实现对风速的测量。
风速
高
中
低
风机频率（hz）
70
50
30
图 4-7室内风机风速检测电路
4.7 过流检测电路
采用电流互感器l1检测火线上电流的变化情况。图中 l1为电流互感器，输出0～5ma的交流电。当电流突然增大时，电流互感器输出电流也随之增大，经过全桥整流、电流－电压转换、低通滤波，从cod端输出直流电压信号。cpu通过对cod端电压的ad采集来感知ac220v电流的变化，当cod端的电压过高时，cpu可以对电路采取保护措施。
图 4-8过流检测电路
4.8 低电压检测电路
采用电阻分压原理，cpu利用ad采集对7805前端的12v电压进行检测。当电网掉电后，ad端会采集到7805前端的12v电压的降低，由于7805输出端电容的存在，所以即使12v电压降低到6v，7805仍能提供5v电压使cpu正常工作， 此时，cpu立即将空调当前的运行参数保存在at24c01里面。
图 4-9低电压检测电路
4.9 压缩机、四通阀、外风机和负离子产生器（健康运行）的控制
压缩机、室外风机、四通阀和负离子产生器均由ac220v供电，所以通过继电器控制ac220v的通断便可以控制各个部分的运行。
r1为压敏电阻，用于过压保护。si1为保险管。
插座j2为ac220v输出端，外接变压器，将ac220v降压，降压后接到电源模块，分别得到dc12v和dc5v。
图 4-10压缩机、四通阀和健康运行的控制电路
4.10 驱动电路
继电器、峰鸣器和步进电机均由12v直流电压控制，u4为驱动芯片。
neg－lonc控制负离子发生器的继电器；
valvec控制四通阀的继电器；
comprc控制压缩机的继电器；
buzzer控制峰鸣器；
a、b、c、d为步进电机的四相。
图 4-11驱动电路
4.11 断电记忆
采用u5（at24c01）作为串行存储芯片，保存电网断电前空调的运行参数。该芯片只需两根线控制：时钟线scl和数据线sda/ion，存储器大小为128×8 byte。
图 4-12断电记忆电路
5 系统软件设计
5.1 主流程
主程序流程如图 5‑1所示，一个主循环时间为10ms，采用时基进行定时。
首先等待10ms的到来，10ms来临，进行遥控器信号的解码，根据解码得到的信息选择空调的工作模式，然后进入该模式执行。
图 5-1 主流程图
6 结语
spmc65系列芯片以优异的性能和丰富的资源适合于各个公控场合。本次以spmc65p2408a为主控芯片开发的空调主控板，在没有专门加emc防治的情况下，经过eft测试，其抗干扰能力达到国家最高级别±4kv。
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MAX6646,MAX6647,MAX6649精密的、2通道数字温度传感器
陶瓷4D打印的首次实现，有望应用于电子产品与航空发动机领域