空調(diào)壓縮機(jī)用無刷直流電機(jī)無傳感器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張鵬

摘要：壓縮機(jī)作為空調(diào)的心臟,是人們研究空調(diào)的主要部門?，F(xiàn)在多數(shù)空調(diào)采用的是無刷直流電動(dòng)機(jī),因?yàn)槠渚哂薪涣麟妱?dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列有點(diǎn)。無刷直流電機(jī)的機(jī)械位置傳感器影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、成本和體積,甚至在一些場(chǎng)合根本無法安裝,因此無刷直流電動(dòng)機(jī)的無機(jī)械傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法成為近些年的研究熱點(diǎn)。因此本文將采用Micro Linear公司的ML4425芯片,并配合使用International Rectifier公司的IR2130對(duì)無刷直流電機(jī)進(jìn)行控制。同時(shí)也通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的設(shè)定與室溫的檢測(cè)。通過單片機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器件對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)控制。

關(guān)鍵詞:壓縮機(jī)無刷直流電機(jī)ML4425IR2130單片機(jī)

中圖分類號(hào):TP319.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0032-01

1硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要是有兩個(gè)大塊組成,一個(gè)是由ML4425和IR2130組成的對(duì)電機(jī)控制的調(diào)速系統(tǒng),另一個(gè)是以8051單片機(jī)為核心的空調(diào)的自動(dòng)控制與顯示部分。將他們合理的結(jié)合起來就構(gòu)成一個(gè)我們想要實(shí)現(xiàn)的有實(shí)際功能的系統(tǒng)。

1.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

ML4425為三相無位置傳感器無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的專用控制芯片,適用于星形或角型連接的無刷直流電機(jī)。采用28腳雙列直插或表面封裝?？瑟?dú)立實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)和換相,并能實(shí)現(xiàn)電流和速度的雙重閉環(huán)。同時(shí),ML4425提供了完善的保護(hù)機(jī)制,在過流或欠壓時(shí)能自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。IR2130是美國(guó)國(guó)際整流器公司近年新推出的MOS功率器件專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路。它可以直接驅(qū)動(dòng)中小容量的功率場(chǎng)效應(yīng)控制晶閘管等,具有六路輸入信號(hào)和六路輸出信號(hào),其中六路輸出信號(hào)中的三路具有電平轉(zhuǎn)換功能,因而它既能驅(qū)動(dòng)橋式電路中低壓側(cè)的功率器件,又能驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)的功率元件。

1.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)

單片機(jī)采集紅外接收器和室溫傳感器的信號(hào),通過程序運(yùn)算,啟動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)整壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)。單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心,采用我們熟悉的Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。

Intel 8155是一種可編程多功能并行接口芯片。片內(nèi)有3個(gè)并行口PA、PB和PC,其中PA和PB為8位口,PC為6位口,一個(gè)可編程的14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和256個(gè)字節(jié)的RAM區(qū),可以用作I/O口和RAM擴(kuò)展,是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的接口電路。采用40引腳雙列直插式封裝。

在程序中必然要通過Intel 8155芯片的讀寫來完成數(shù)據(jù)傳送。Intel 8155提供的3個(gè)接口是可編程的。CPU通過寫命令字來控制對(duì)他們的操作,通過讀狀態(tài)字來判斷他們的狀態(tài)。通過Intel 8155芯片建立了單片機(jī)與外圍設(shè)備的橋梁,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換。

2軟件的設(shè)計(jì)

這個(gè)系統(tǒng)采用的Intel的51系列單片機(jī),編程的語言是匯編語言。由于各個(gè)器件的基本功能和原理已經(jīng)介紹過,這里對(duì)程序做簡(jiǎn)單的說明。開機(jī)后由溫度傳感器傳來溫度信號(hào),然后檢測(cè)鍵盤和紅外線接收器,是否有信號(hào)輸入,這些信號(hào)的輸入也就是設(shè)定值的輸入。通過一些程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的控制。如果溫度差比較大,可使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)加大,這樣可以快速達(dá)到設(shè)定的溫度。如果溫差不是很大,則采用較低的轉(zhuǎn)數(shù)工作,這樣還可以節(jié)省能源。

2.1 程序碼

要使各個(gè)芯片同時(shí)連接在一個(gè)單片機(jī)上,就要選好各個(gè)芯片的工作地址和工作狀態(tài),例如:

LOOPSW:MOV DPTR,#1F00H;選中溫度傳感器的8155

MOV A,#02H

MOVX @DPTR,A ;設(shè)置PA為輸入口,PB為輸出口

LOOPSW1:MOV DPTR,#1F03H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A;PB口輸出清零

LOOPSW2: MOV DPTR,#1F03H;指向PC口

MOV R0,#05H

ORL A,@DPTR

RL A

DJNZ R0,LOOPSW2

MOV A,#00H;把A中數(shù)字清零

LOOPSW3: MOV R1,#07H;取其中的7位有效數(shù)字

ORL A,@DPTR

RL A

DJNZ R1,LOOPSW3

MOV DPTR,1F02H ;指向PB口

MOVX @DPTR,A ;把溫度通過B口送入CPU

MOV R5,A ;將室溫傳感器的溫度存入R5中

LOOPHW: MOV DPTR,#1F03H; 指向PC口

LOOPHW1: MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;PB口輸出清零

LOOPHW2:MOV DPTR,#3F01H;指向PA 口

MOVX A,@DPTR

MOV R6,A

下面這段程序是一個(gè)將設(shè)定值與當(dāng)前溫度進(jìn)行對(duì)比的程序。如果溫差小于5度,電機(jī)將以一個(gè)相對(duì)較低的電壓工作,如果溫差大于5度,電機(jī)將以額定電壓工作。

ML: MOV DPTR,#7F00H;對(duì)ML4425的程序

MOV A,#01H

MOV @DPTR,A

CLR C

MOV A,R6;將設(shè)定值存入A中,再進(jìn)行比較

SUBB A,R5

CJNE A,#5,CCC

CCC: JC LOW;如果溫差小于5度,轉(zhuǎn)到LOW中

MOV A,#92H;溫差大于5度,額定電壓工作

MOVX @DPTR,A

ACALL DAY

LOW: MOV A,#4CH

MOVX @DPTR.A

ACALL DAY

RET

將設(shè)定溫度存入R6中,并顯示設(shè)定溫度值,轉(zhuǎn)入DISPLAY程序中進(jìn)行顯示。

K1:MOV R6=0DH

SJMP DISPLAY

K2:MOV R6=0EH

SJMP DISPLAY

…… ;中間程序不再累述

K12:MOV R6=18H;不同溫度的代碼分別輸入到R6中

SJMP DISPLAY;轉(zhuǎn)入顯示程序,顯示設(shè)定的溫度

這是一個(gè)延時(shí)程序

DAY: MOV R3,#0AH;一個(gè)延時(shí)程序,10ms,外循環(huán)10次

DL2:MOV R4,#7DH;內(nèi)循環(huán)

DL1:NOP

NOP

DJNZ R4,DL1

DJNZ R3,DL2

RET

3結(jié)語

隨著空調(diào)使用量的不斷加劇,研究空調(diào),使其更完美的完成任務(wù)是最近的發(fā)展趨勢(shì)。作為心臟的空調(diào)壓縮機(jī)卻是人們研究的重點(diǎn)。由于無刷直流電機(jī)的很多特點(diǎn),是多數(shù)廠家空調(diào)壓縮機(jī)的首選。本人借鑒了國(guó)外的一些研究成果,對(duì)于無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器的調(diào)速系統(tǒng)做了一些簡(jiǎn)單的研究,并將其應(yīng)用在空調(diào)上。

參考文獻(xiàn)

[1] 周子成.我國(guó)空調(diào)壓縮機(jī)制造業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].制冷與空調(diào),2004.

[2] 張琛.直流無刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] Micro Linear.ML4425 Sensorless BLDC Motor Controller,2000.