一、 控制系统结构与方案设计
模糊控制变频空调器的基本概念是将传感器测定的实际环境状态和空调器系统状态与人们所期望达到的设定状态进行比较，通过模糊逻辑控制技术使空调器控制系统具有自调整的智能特性，从而得出最佳的动态控制参数，并对空调器的变频电源及各执行单元实施控制，使空调器的工作状态随着人们的要求和环境状态的变化而变化，迅速、准确地达到人们的要求，并使空调器的工作状态保持在最合理的状态下。分体热泵型变频空调控制系统基本结构框图见图1。
室内机的控制核心采用东芝公司的TMP87PH46N，它接收遥控器的控制信号，根据控制信号的要求启动各项控制功能，包括制冷、制热、除湿等，并根据需要控制室内风机的开／停及转速调节。
遥控器采用4位单片机，片内有LCD控制驱动电路，可直接驱动LCD显示器。单片机配以键盘输入，红外发光二极管及LCD显示器组成遥控器。
室外机选用富士通公司的MB89P857PSH芯片作为控制核心，其主要任务是综合室内机传感器传送的数据实现模糊推理，从而对压缩机进行变频调速；同时，检测室外环境温度，冷凝器温度，压缩机是否正常，确定整机工作状态。
二、 变频空调控制系统硬件电路组成框图
模糊控制变频空调器控制系统硬件组成结构框图如图2所示。下面主要讨论室内机硬件电路。
三、 室内机硬件电路
变频空调室内机控制系统硬件结构框图如图3所示，各组成部分的作用如下。
E2PROM是用来存储当前系统的工作状态，用户设定状态等，便于停电后恢复供电或下次开机时系统按照E2PROM中的存储信息进行工作。
内机显示电路显示室温和用户设定温度，显示系统工作状态，系统有故障时显示故障代码。
换新风电路根据室内CPU的P72口输出的控制信号，控制换新风电机工作或停止。
导风板电路根据室内CPU的P04、P05、P70、P71口输出的控制信号，控制步进电机摆动的步数和角度。
室外电源控制电路根据室内CPU的P14口输出的控制信号，相应地接通或切断室外交流市电。
过零检测电路为室内CPU提供过零信号。
通讯电路为室内外CPU通讯提供通道。
室内风扇电机控制电路根据室内CPU的P16口输出的速度控制信号，相应调节室内风扇电机转速。
机型选择电路用于调节相关元器件参数，以适应不同机型的需求。
传感器检测电路将其检测到的室温信号和室内盘管温度信号分别送到CPU的P60口和P61口。
直流电源电路为室内机提供稳定+5V直流电源。
1. 室内单片机控制系统
TMP87C846是日本东芝公司推出的专门为电机高速控制所设计的一种微处理器，当前广泛应用于家用电器的马达控制中。TMP87C846特别适合于电动机和反相器等高速控制领域，具有性能高、功能全、用户使用方便等特点，尤其是高速的处理能力和对交流电的特殊应用。
TMP87C846采用42脚双列直插式封装，片内有8K（bytes）ROM和512（bytes）RAM，最小指令执行时间0.5/122(S)，8路LED驱动，一个SIO通道，一个高速串行输出，包含有一个两通道16位定时/计数器和8位定时/计数器，包含有1个8位A／D转换器，具有35个I/O口，每个端口的管脚功能都是复用的，即可作为标准口又可产生特殊信号。
单片机控制系统的引脚功能如表1所示。由于TMP87C846芯片具有OTP编程功能，即一次编程功能，它适用于大批量产品的生产，因此对于系统开发来讲，使用TMP87C846单片机进行产品的研究、开发，它的性能价格比高，构成各种实用的系统既经济又方便。
表1 室内芯片TMP87C846管脚控制功能表
|
管脚
|
功能
|
|
管脚
|
功能
|
|
1
|
接EEPROM
|
|
22
|
接+5V
|
|
2
|
接EEPROM
|
|
23
|
室内环境传感器
|
|
3
|
LED控制
|
|
24
|
室内盘管传感器
|
|
4
|
LED控制
|
|
25
|
机型
|
|
5
|
LED控制
|
|
26
|
机型
|
|
6
|
换新风（预留）
|
|
27
|
快检
|
|
7
|
接步进电机
|
|
28
|
自检
|
|
8
|
接步进电机
|
|
29
|
电阻接地
|
|
9
|
LED控制
|
|
30
|
强制按键
|
|
10
|
LED控制
|
|
31
|
内风机反馈
|
|
11
|
接步进电机
|
|
32
|
通信接收
|
|
12
|
接步进电机
|
|
33
|
遥控接收
|
|
13
|
LED控制
|
|
34
|
蜂鸣器驱动
|
|
14
|
LED控制
|
|
35
|
室外电源控制
|
|
15
|
遥控灯板LED控制
|
|
36
|
电阻接+5V
|
|
16
|
预留
|
|
37
|
内风机驱动
|
|
17
|
电阻接地
|
|
38
|
通信发送
|
|
18
|
复位
|
|
39
|
过零信号
|
|
19
|
接晶振
|
|
40
|
电阻接+5V
|
|
20
|
接晶振
|
|
41
|
电阻接+5V
|
|
21
|
接地
|
|
42
|
接+5V
|
2. 直流稳压电源电路
在室内机控制电路中需要+5V直流电压供给单片机电路和一些集成电路，+12V直流电压供给继电器驱动电路和风门电机驱动。由变压器将220V交流电变成低压交流后，通过整流、滤波，再经过7805三端集成稳压器得到+5V直流电压。室内机需要的其他直流电由室外IPM板上的开关电源提供。78系列三端稳压集成电路具备了直流稳压器应具备的条件：
①. 当输入电压变动时，输出电压保持不变；
②. 当负载变动时，输出电压保待不变；
③. 对输入电压交流部分具有抑制能力；
④. 输出电压不随温度而变；
⑤. 具有各种保护描施。同时78系列稳压器外围电路非常简单、可靠，如图4所示。
3. 继电器控制系统
空调器室内继电器控制电路主要实现两个功能：电源功率继电器控制和室内换新风电机控制。
4. 室外电源功率继电器控制电路
室外电源功率继电器控制电路如图5所示。当电源电压处于220V土20％范用内，功率继电器开通将电源输送到室外；而当电源电压超出此范围，控制功率继电器关断，断开室外机供电。这里的功率继电器选择型号为JQX-15F，其最大电流达到20A，由80C196MC单片机的P6.7口控制，当系统上电时单片机复位，此时P6.7口输出低电平，经反相驱动器ULN2003反相放大后，功率继电器不动作，也即电源电压输送到室外侧，同时电源电压检测电路工作，检测电源电压是否处于220V±10%范围内，根据不同情况，选择相应的控制功能。
其中ULN2003是专门驱动继电器的7通道反相驱动器。
图中的D301是续流二极管，为继电器线圈两端产生的反向电动势形成一个泄放回路。
图5 室外电源功率继电器控制电路
① 室内换新风电机控制
室内换新风电机控制电路如图6所示。室内CPU根据环境条件变化，分析判断后从P72口输出换新风控制信号。利用该控制信号的变化，控制继电器RY302动、静触点的断开或闭合，从而实现对换新风电机的控制。图中的D302是续流二极管，为继电器线圈两端产生的反向电动势形成一个泄放回路。
图6 室内换新风电机控制电路
5. 室内风扇电机风速控制系统
空内风扇电机采用四挡风速控制（高、中、低、特低），风扇电机采用塑封单相PG电动机（上海必威电机YYST1016-4），该电机自身带过热保护功能，当电机内部的热传感器测出温度超过安全工作温度，电机自动断开电机的供电电压。电机控制电路如图7所示。图中，IC301是室内微处理器TMP87C846；IC302是倒相放大集成块；PC303是光耦；R344和C322组成光耦保护电路；C326是室内风扇电机起动电容。CN305连接室内电机的霍尔传感器，CN307与室内电机的绕组相连接。
TMP87C846根据用户设定或根据室温与设定温度的差值大小等情况决定室内风扇电机的转速。转速控制信号由TMP87C846的P16口输出，经ULN2003倒相放大后，将控制信号送到光耦P303的第三脚，利用不同的转速控制信号产生不同的信号电流，引起光耦PC303第三脚内部的发光二极管的亮度变化，从而引起光耦第11脚和13脚内部的双向可控硅导通角的变化。室内电机的工作绕组与光耦串联后连接到电源L线上，可见光耦内部可控硅阴、阳极导通程度的变化，将直接改变室内风扇电机工作绕组两端的电压大小，从而改变室内风扇电机的转速。室内电机内部的霍尔元件将电机旋转的速度信号转变为电信号，经过滤波电路滤除干扰信号后送到TMP87C846的P10口，TMP87C846对检测到的速度和设定速度进行比较，输出误差信号，适时调节P16口输出的速度控制信号，形成一个闭合的速度负反馈控制回路，保证室内风机转速严格锁定到设定转速。
6. 光耦隔离市电调制通讯
本空调器在室内、外机控制器之间采用了光耦隔离的市电通讯技术，通讯采用主从方式，即室内机为主机；室外机为从机。每次通讯时室内机先向室外机发送信号，然后室外机随即将室外信息传送给室内机，以便进行相应的处理。室内机主动发送，室外机被动发送，室内机每隔－定时间发送一次，室外机只有接收到室内机信号后才进行发送。由于室内、外机的两片MCU距离较远，如果用导线将两片MCU的通讯口SCI直接相连，因两根导线将不可避免地与市电的N和L线紧密并行，会为一些干扰的引入提供途径，所以在通讯的方案中必须考虑隔离等方法来防止电磁干扰。本控制器采用了光耦隔离的市电调制通讯方式，使电磁干扰对通讯的影响降到很低的水平。此法与常规做法不同的是，采用市电直接降压整流为电流环提供电源，使得可以省略一路电源器件，且使抗扰阈值大幅提高，同时使室内、外机之间的通讯线减为一根。采用市电通讯的原理如图8所示。室内机+5V电源系统与室外机+5V电源隔离。电流环电源由R130、VD110、ZD101、C123构成。电流环与室内、室外两
单片机(IC201、IC102)供电系统隔离由PC201、PC202、PC101、PC102光电耦合器完成。R221，R220，R132，R129，R131为限流电阻。220V室内电源经电阻R130降压、VD110整流、C123滤波后变为直流，稳压二极管ZD101的稳压值可根据环路电流的需求大小来选择。室内、室外单片机通讯接口SCI的发送口分别接光藕PC201和PC101的发光二极管，可以控制环路通断；SCI的接收口分别接PC202和PC102的光敏三极管端。由于PC202和PC102的发光二极管串接在电流环上。所以电流环的通断信号可以传递给单片机的SCI接收口，实现了电流环的通讯。
7. 步进电机控制电路
室内步进电机控制电路如图9所示。室内CPU根据用户设定或根据室内环境条件变化，分析判断后从CPU的P71、P70、P05、P04口输出步进电机控制信号，经过ULN2003倒相放大后，控制步进电机的工作，从而控制室内导风板的摆动步数和角度。
本文出自杭州大金中央空调http://www.vrv.so
