十年單片機(jī)開發(fā)方案提供商深圳英銳恩，推出煙霧探測(cè)器單片機(jī)方案 。

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 1、概述 
  1.1項(xiàng)目背景
    變頻（轉(zhuǎn)速）空調(diào)是定頻空調(diào)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。變頻（轉(zhuǎn)速）空調(diào)可以在超過額定頻率（轉(zhuǎn)速）的情況下運(yùn)行；在短時(shí)間內(nèi)充分發(fā)揮壓縮機(jī)的最大效能，輸出超出額定的制冷或制熱量，以達(dá)到高效、快速調(diào)節(jié)溫度的效果。相對(duì)于交流變頻空調(diào)，直流變轉(zhuǎn)速空調(diào)具有效率及可靠性更高、損耗及噪聲更低等優(yōu)點(diǎn)。直流無刷壓縮機(jī)在家用變轉(zhuǎn)速空調(diào)中有著不可估量的發(fā)展前景。

    dsPIC30F4011是Microchip dsPIC系列高端單片機(jī)產(chǎn)品中的一員。該器件是一個(gè)16位的MCU，內(nèi)嵌有DSP引擎，速度可達(dá)30MIPS。該DSP核由一個(gè)17x17的乘法器，兩個(gè)40bits的累加器以及其他DSP支持電路構(gòu)成，可支持需要復(fù)雜計(jì)算的實(shí)時(shí)應(yīng)用。

    dsPIC30F4011內(nèi)部有48K字節(jié)FLASH程序空間，2K字節(jié)數(shù)據(jù)空間以及1K字節(jié)的片上EEPROM。該器件提供十分豐富的在片外設(shè)。除了高速的10bitADC，長(zhǎng)達(dá)32bits的定時(shí)器，多種串行接口等其他常規(guī)MCU在片外設(shè)以外，該器件還提供有專用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的PWM接口，PWM分辨率可達(dá)到14bit，并有專用的故障保護(hù)信號(hào)接口。 

    dsPIC系列產(chǎn)品秉承了Microchip單片機(jī)一貫的抗干擾性能強(qiáng)，工作電壓范圍寬等特點(diǎn)。以上特點(diǎn)使得dsPIC30F4011非常
適合馬達(dá)的高檔應(yīng)用。

  1.2方案特點(diǎn)
    該設(shè)計(jì)本著家用分體式空調(diào)器室外機(jī)系統(tǒng)解決方案的原則，充分考慮到當(dāng)前室外機(jī)功能及外設(shè)的需求，備有豐富的外設(shè)接口及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)配置，基本可滿足當(dāng)前室外機(jī)中可能有所應(yīng)用的外設(shè)。

    從靈活性上講，可通過簡(jiǎn)單的配置（跳線開關(guān)）來適應(yīng)同一種類不同類型的外設(shè)。壓縮機(jī)采用目前市場(chǎng)上比較常見的梯形波直流無刷壓縮機(jī)，通過高速ADC直接檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)。相比傳統(tǒng)的比較器式反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法，具有成本低，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，損耗小等優(yōu)點(diǎn)。

    從電機(jī)驅(qū)動(dòng)的角度來說，它是一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制開發(fā)平臺(tái)。可以用作單相交流，3相交流感應(yīng)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，霍爾傳感器直流無刷電機(jī)，直流無刷無傳感器電機(jī)等電機(jī)的控制開發(fā)平臺(tái)。同時(shí)具有豐富的硬件保護(hù)功能。

    軟硬件皆采用模塊化設(shè)計(jì)，便于后期維護(hù)及二次開發(fā)。完整的開發(fā)、調(diào)試、評(píng)估環(huán)境，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。

  1.3 功能描述: 

    最小負(fù)載:5 KW/2.2KW(500-900/RPM) 

    溫度傳感器 4通道 

    電子4通閥：1路 

    4速的交流風(fēng)扇：1路 

    DC風(fēng)扇接口：1路 

    霍爾傳感器無刷無傳感器電機(jī)：1路 

    無傳感器無刷直流電機(jī)：1路 

    串行口：3路

 
2、直流無刷無傳感器電機(jī)控制原理

    直流電機(jī)的工作原理不是本筆記講述的重點(diǎn)，閱者可以查閱相關(guān)書籍。

  2.1直流電機(jī)的演變

    直流有刷電機(jī)： 直流有刷電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱BDC電機(jī)）是依據(jù)電刷從機(jī)械上來確定換相點(diǎn)，并依靠電刷進(jìn)行換相。

    直流無刷電機(jī)： 直流無刷電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱BLDC電機(jī)）是在直流有刷電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。一般來講，它采用非接觸式的電磁、光電位置傳感器替代了機(jī)械電刷。減少了直流有刷電機(jī)換向時(shí)所帶來的噪聲、火花、無線電干擾等缺點(diǎn)，同時(shí)延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。

BLDC電機(jī)控制原理框圖如下：

        圖2-1-1：BLDC電機(jī)控制原理框圖

直流無刷無傳感器電機(jī)
    顧名思義，BLDC無傳感器電機(jī)就是省略了位置傳感器的BLDC電機(jī)。電氣特性與傳統(tǒng)的BLDC電機(jī)相同，差別在于：出于某些考慮，省略了位置傳感器。為了保證換相的正確與換相點(diǎn)的準(zhǔn)確，必須要有其它方法來判斷轉(zhuǎn)子的位置。這正是本筆記所要著重講述的。

    BLDC無傳感器電機(jī)的意義在于：減小了電機(jī)的體積；消除了因傳感器信號(hào)被干擾而引起的誤操作；可以在高溫、低溫污濁空氣等不允許使用位置傳感器的惡劣環(huán)境中工作；減少了電機(jī)的生產(chǎn)及維護(hù)成本。

基于反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)的BLDC無傳感器電機(jī)控制原理框圖如下： 

 圖2-1-2：電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)的BLDC無傳感器電機(jī)控制原理框圖

    直流無刷無傳感器電機(jī)與直流無刷有傳感器的控制的差別僅在于反電動(dòng)過零檢測(cè)替代了轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器。

    視具體應(yīng)用，反電動(dòng)過零檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的方法有：硬件，軟件，硬件+軟件。

    另外，相對(duì)于帶位置傳感器的直流無刷電機(jī)控制，無傳感器直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)控制器的要求比較高。

  2.2直流無刷無傳感器電機(jī)控制

    本筆記假設(shè)讀者已經(jīng)熟悉了帶有位置傳感器的BLDC 的工作原理，因此不再詳細(xì)闡述。

本設(shè)計(jì)所采用的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路如下：

  圖2-2-1反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路 

    在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，對(duì)應(yīng)未通電線圈（繞組）的端電壓為（以 a 相為例）：

上式即為反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)方程。

其中 以下簡(jiǎn)稱半電壓。

在反電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)， ，也就是未通電繞組的端電壓為半電壓點(diǎn)。

反電動(dòng)勢(shì)示意圖如下：

圖2-2-2反電動(dòng)勢(shì) 

    如不考慮電壓偏置，上圖中的 點(diǎn)即為反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)，其中 x=1，2，3，4，5，6。對(duì)于特定相而言，以 a 相為例，（x=3，6）所處的60°扇區(qū)即為反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)區(qū)域。圖2-2-2的橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的電壓為半電壓： 。

由圖2-2-2可以看出：

  反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)超前于實(shí)際換相點(diǎn)30°。 
  一個(gè)電周期內(nèi),任一相反電動(dòng)勢(shì)有兩次過零 
  檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)等效于檢測(cè)實(shí)際換相點(diǎn)(霍爾位置傳感器) 
  反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)可以簡(jiǎn)化為反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè) 
  這里再次重申：反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)只是針對(duì)未通電線圈（繞組）。

    應(yīng)該指出，本筆記中所有論述以及應(yīng)用軟件均假定使用三相梯形波電機(jī)，星型接法。120°導(dǎo)通角，每60°換相。

    本文的目標(biāo)閱讀對(duì)象為具有一定硬件/軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的工程師。為突出重點(diǎn)，減少篇幅，假定閱讀對(duì)象了解文中所涉及的一些特定用語及某些基本概念。

    最后指出，本應(yīng)用筆記只是介紹直流變轉(zhuǎn)速空調(diào)室外電控件的一種解決方案，本質(zhì)上來講是一種工程應(yīng)用；其中所涉及的一些基本原理及背景知識(shí)不是本筆記介紹的重點(diǎn)。

    如有必要，閱者可查閱相關(guān)資料。

    在附錄A所列出的參考書籍中，已基本涵蓋相關(guān)的基本原理及背景知識(shí)介紹。 

3、空調(diào)外機(jī)硬件設(shè)計(jì) 

  3.1特別安全提醒：

  本設(shè)計(jì)無電氣隔離回路，使用與操作過程中應(yīng)特別注意。 
  交流供電必須要有隔離措施（隔離電源、變壓器等） 
  哪怕你是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的電子/電氣工程師，為確保安全，在目標(biāo)板上電與操作之前，建議你仔細(xì)閱讀以下安全注意事項(xiàng)。如有任何疑問，請(qǐng)與供應(yīng)商聯(lián)系。 
  在任何時(shí)候，此系統(tǒng)必須可靠接地。 
  欲對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行安裝、操作、維護(hù)、更改的人員必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件： 
  有資質(zhì)的、具有相當(dāng)電氣安全知識(shí)。 
  已仔細(xì)閱讀過目標(biāo)板操作指南（另件）。 
  目標(biāo)板上所有的接線端子及元器件皆不提供電氣隔離安全保證，板上任何部分與地之間皆有可能存在幾百伏的壓差。 
  在通電的情況下，請(qǐng)不要觸及板上的任何部位。

  目標(biāo)板斷電后，請(qǐng)耐心等待1分鐘后，再對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行操作。 
  電機(jī)外殼必須可靠接地。 
  如需外接儀器、儀表，務(wù)請(qǐng)遵循目標(biāo)板操作指南。 
  目標(biāo)板電源進(jìn)線處無保險(xiǎn)絲保護(hù)功能，使用中應(yīng)引起注意。 
  此板應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行操作。 

  3.2硬件規(guī)格

 硬件規(guī)格參數(shù)：

  供電電壓：AC 180-260V，50HZ 
  供電電流： 10A（有效值） 
  額定功率：1.5KW （2匹） 
  溫度傳感器：4路 
  四通閥：1路 
  電子膨脹閥（四相）：1路 
  交流風(fēng)機(jī)（四速）：1路 
  直流風(fēng)機(jī)：1路 
  霍爾傳感器BLDC電機(jī)（BLDC電機(jī)霍爾傳感器輸入）：1路 
  BLDC無傳感器電機(jī)：1路 
  單相/3相電機(jī)：1 
  在線調(diào)試編程接口：1 
  通訊（UART）接口：2（內(nèi)機(jī)，PC機(jī)） 
  保護(hù)： 
  IPM過流、過溫保護(hù) 
  IPM欠壓保護(hù) 
  壓縮機(jī)過溫保護(hù)（可選） 
  上電保護(hù) 
  功率因素校正：NDA 
  急停放電：150W 
  （注：以上某些功能具有排它性。） 

  3.3系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境框圖

圖3-3-1：系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境框圖

 

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境框圖簡(jiǎn)介：

    室內(nèi)機(jī)控制器：交流變頻空調(diào)的室內(nèi)機(jī)控制器，與外機(jī)控制器通過UART1口進(jìn)行通訊。主要功能是傳遞室內(nèi)的溫度信息，遙控器信息。 具體協(xié)議見附件E。

 仿真器/調(diào)試器：MICROCHIP公司的ICD2在線調(diào)試器或ICE4000仿真器。

 室外機(jī)控制器：目標(biāo)板。

 PC機(jī)：調(diào)試仿真終端。PC機(jī)上應(yīng)安裝MPLAB 7.0以上版本，C30 1.2以上版本。

 輔助軟件MONCON：

 輔助軟件MONCON用于提供PC調(diào)試界面，可方便設(shè)置系統(tǒng)工作模式；調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并可模擬室內(nèi)機(jī)控制室外機(jī)運(yùn)行以及獲取室外機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 MON-CON的使用方法見 相應(yīng)操作指南。 MPLAB及C30的使用方法不屬于本筆記介紹的范疇。請(qǐng)查閱相關(guān)資料 。 

  3.4分體式直流變轉(zhuǎn)速空調(diào)系統(tǒng)電控框圖

圖3-4-1：系統(tǒng)電控框圖

    上圖中，虛線框內(nèi)即為完整的室外機(jī)電控件，以下簡(jiǎn)稱為目標(biāo)板。目標(biāo)板與室內(nèi)機(jī)控制器接線簡(jiǎn)單（UART），功能上相對(duì)獨(dú)立。這為以后室內(nèi)、外機(jī)電控件的開發(fā)、再開發(fā)提供了便利。 對(duì)開發(fā)而言，出于安全考慮，外接交流電必須有隔離措施，方可接駁目標(biāo)板。外接交流電的規(guī)格并無特別的限制，原則上交流90-260V，50/60HZ皆可以。 

但考慮到PFC功能模塊尚未完全應(yīng)用，在此特別限制外接交流電的規(guī)格為：

220V/50HZ，電壓波動(dòng)范圍為正負(fù)20%（180-260V）

  3.5室外機(jī)功能框圖

   圖3-5-1：室外機(jī)功能框圖

上圖虛框內(nèi)部分不屬于目標(biāo)板板上功能。

室外機(jī)功能框圖介紹：

MCU：dsPIC30f4011作為外機(jī)的唯一控制芯片，具有如下特點(diǎn)：

16位MCU+DSP 的架構(gòu) 
30MIPS的運(yùn)行速度 
ROM/FLASH： 48K，RAM： 2K，EEPROM： 1K 
UART ：2；TIMER：5；OC：4；QEI；9 通道ADC，500kbps/10bit; 
馬達(dá)控制專用PWM：6 
保護(hù)信號(hào)輸入