十年單片機開發(fā)方案提供商深圳英銳恩，推出煙霧探測器單片機方案 。

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 1、概述 
  1.1項目背景
    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）的情況下運行；在短時間內(nèi)充分發(fā)揮壓縮機的最大效能，輸出超出額定的制冷或制熱量，以達到高效、快速調(diào)節(jié)溫度的效果。相對于交流變頻空調(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。直流無刷壓縮機在家用變轉(zhuǎn)速空調(diào)中有著不可估量的發(fā)展前景。

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

    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。除了高速的10bitADC，長達32bits的定時器，多種串行接口等其他常規(guī)MCU在片外設以外，該器件還提供有專用于馬達驅(qū)動的PWM接口，PWM分辨率可達到14bit，并有專用的故障保護信號接口。 

    dsPIC系列產(chǎn)品秉承了Microchip單片機一貫的抗干擾性能強，工作電壓范圍寬等特點。以上特點使得dsPIC30F4011非常
適合馬達的高檔應用。

  1.2方案特點
    該設計本著家用分體式空調(diào)器室外機系統(tǒng)解決方案的原則，充分考慮到當前室外機功能及外設的需求，備有豐富的外設接口及相應的驅(qū)動配置，基本可滿足當前室外機中可能有所應用的外設。

    從靈活性上講，可通過簡單的配置（跳線開關）來適應同一種類不同類型的外設。壓縮機采用目前市場上比較常見的梯形波直流無刷壓縮機，通過高速ADC直接檢測反電動勢過零點。相比傳統(tǒng)的比較器式反電動勢過零點檢測法，具有成本低，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，損耗小等優(yōu)點。

    從電機驅(qū)動的角度來說，它是一個電機驅(qū)動控制開發(fā)平臺。可以用作單相交流，3相交流感應電機，步進電機，霍爾傳感器直流無刷電機，直流無刷無傳感器電機等電機的控制開發(fā)平臺。同時具有豐富的硬件保護功能。

    軟硬件皆采用模塊化設計，便于后期維護及二次開發(fā)。完整的開發(fā)、調(diào)試、評估環(huán)境，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間。

  1.3 功能描述: 

    最小負載:5 KW/2.2KW(500-900/RPM) 

    溫度傳感器 4通道 

    電子4通閥：1路 

    4速的交流風扇：1路 

    DC風扇接口：1路 

    霍爾傳感器無刷無傳感器電機：1路 

    無傳感器無刷直流電機：1路 

    串行口：3路

 
2、直流無刷無傳感器電機控制原理

    直流電機的工作原理不是本筆記講述的重點，閱者可以查閱相關書籍。

  2.1直流電機的演變

    直流有刷電機： 直流有刷電機（以下簡稱BDC電機）是依據(jù)電刷從機械上來確定換相點，并依靠電刷進行換相。

    直流無刷電機： 直流無刷電機（以下簡稱BLDC電機）是在直流有刷電機的基礎上發(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械電刷。減少了直流有刷電機換向時所帶來的噪聲、火花、無線電干擾等缺點，同時延長了電機的使用壽命。

BLDC電機控制原理框圖如下：

        圖2-1-1：BLDC電機控制原理框圖

直流無刷無傳感器電機
    顧名思義，BLDC無傳感器電機就是省略了位置傳感器的BLDC電機。電氣特性與傳統(tǒng)的BLDC電機相同，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的準確，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無傳感器電機的意義在于：減小了電機的體積；消除了因傳感器信號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；減少了電機的生產(chǎn)及維護成本。

基于反電動勢過零檢測的BLDC無傳感器電機控制原理框圖如下： 

 圖2-1-2：電動勢過零檢測的BLDC無傳感器電機控制原理框圖

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

    視具體應用，反電動過零檢測實現(xiàn)的方法有：硬件，軟件，硬件+軟件。

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

  2.2直流無刷無傳感器電機控制

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

本設計所采用的反電動勢檢測電路如下：

  圖2-2-1反電動勢檢測電路 

    在電機運轉(zhuǎn)過程中，對應未通電線圈（繞組）的端電壓為（以 a 相為例）：

上式即為反電動勢過零檢測方程。

其中 以下簡稱半電壓。

在反電動勢為零時， ，也就是未通電繞組的端電壓為半電壓點。

反電動勢示意圖如下：

圖2-2-2反電動勢 

    如不考慮電壓偏置，上圖中的 點即為反電動勢過零點，其中 x=1，2，3，4，5，6。對于特定相而言，以 a 相為例，（x=3，6）所處的60°扇區(qū)即為反電動勢過零檢測區(qū)域。圖2-2-2的橫坐標所對應的電壓為半電壓： 。

由圖2-2-2可以看出：

  反電動勢過零點超前于實際換相點30°。 
  一個電周期內(nèi),任一相反電動勢有兩次過零 
  檢測反電動勢過零點等效于檢測實際換相點(霍爾位置傳感器) 
  反電動勢檢測可以簡化為反電動勢過零檢測 
  這里再次重申：反電動勢過零檢測只是針對未通電線圈（繞組）。

    應該指出，本筆記中所有論述以及應用軟件均假定使用三相梯形波電機，星型接法。120°導通角，每60°換相。

    本文的目標閱讀對象為具有一定硬件/軟件設計應用經(jīng)驗的工程師。為突出重點，減少篇幅，假定閱讀對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用；其中所涉及的一些基本原理及背景知識不是本筆記介紹的重點。

    如有必要，閱者可查閱相關資料。

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

3、空調(diào)外機硬件設計 

  3.1特別安全提醒：

  本設計無電氣隔離回路，使用與操作過程中應特別注意。 
  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)驗豐富的電子/電氣工程師，為確保安全，在目標板上電與操作之前，建議你仔細閱讀以下安全注意事項。如有任何疑問，請與供應商聯(lián)系。 
  在任何時候，此系統(tǒng)必須可靠接地。 
  欲對目標板進行安裝、操作、維護、更改的人員必須同時滿足以下兩個條件： 
  有資質(zhì)的、具有相當電氣安全知識。 
  已仔細閱讀過目標板操作指南（另件）。 
  目標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，請不要觸及板上的任何部位。

  目標板斷電后，請耐心等待1分鐘后，再對目標板進行操作。 
  電機外殼必須可靠接地。 
  如需外接儀器、儀表，務請遵循目標板操作指南。 
  目標板電源進線處無保險絲保護功能，使用中應引起注意。 
  此板應在實驗室環(huán)境下進行操作。 

  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 
  交流風機（四速）：1路 
  直流風機：1路 
  霍爾傳感器BLDC電機（BLDC電機霍爾傳感器輸入）：1路 
  BLDC無傳感器電機：1路 
  單相/3相電機：1 
  在線調(diào)試編程接口：1 
  通訊（UART）接口：2（內(nèi)機，PC機） 
  保護： 
  IPM過流、過溫保護 
  IPM欠壓保護 
  壓縮機過溫保護（可選） 
  上電保護 
  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)境框圖簡介：

    室內(nèi)機控制器：交流變頻空調(diào)的室內(nèi)機控制器，與外機控制器通過UART1口進行通訊。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。

 室外機控制器：目標板。

 PC機：調(diào)試仿真終端。PC機上應安裝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，可方便設置系統(tǒng)工作模式；調(diào)節(jié)電機運行參數(shù)，并可模擬室內(nèi)機控制室外機運行以及獲取室外機運行狀態(tài)。 MON-CON的使用方法見 相應操作指南。 MPLAB及C30的使用方法不屬于本筆記介紹的范疇。請查閱相關資料 。 

  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)即為完整的室外機電控件，以下簡稱為目標板。目標板與室內(nèi)機控制器接線簡單（UART），功能上相對獨立。這為以后室內(nèi)、外機電控件的開發(fā)、再開發(fā)提供了便利。 對開發(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用，在此特別限制外接交流電的規(guī)格為：

220V/50HZ，電壓波動范圍為正負20%（180-260V）

  3.5室外機功能框圖

   圖3-5-1：室外機功能框圖

上圖虛框內(nèi)部分不屬于目標板板上功能。

室外機功能框圖介紹：

MCU：dsPIC30f4011作為外機的唯一控制芯片，具有如下特點：

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