空調溫控電子膨脹閥驅動電路的設計

1 引言
電子膨脹閥是用電子電路控制的膨脹閥，它是變頻空調制冷設備中的關鍵部件。由于電子膨脹閥能夠根據(jù)CPU的指令迅速調節(jié)閥的開啟度，快速控制制冷劑的流量，減小房間內的溫差，因而既能增強空調房間的舒適程度，又可最大限度地節(jié)能。電子膨脹閥的驅動部件是一個4相8拍步進電機。本文給出了一種電子膨脹閥的驅動電路。

2 系統(tǒng)硬件設計
整個系統(tǒng)采用模塊化設計。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機、溫度傳感器、電池供電的RAM、步進電機驅動部件、RS485等組成，其單片機硬件電路如圖1所示。

由于程序比較大和中間變量比較多，這里采用了Atmel公司的AT89C55型單片機。它具有20 KB的Flash程序存儲空間和256字節(jié)的RAM。圖1中：
P0.1和P0.2口模擬I2C總線SDA、SCL；
P0.3口實現(xiàn)計數(shù)脈沖清零；
P0.4口實現(xiàn)步進電機正轉10個脈沖；
P0.5口實現(xiàn)步進電機反轉lO個脈沖；
PO.6口實現(xiàn)溫差增加l℃；
P0.7口實現(xiàn)溫差減少l℃；
P1.O口控制是否上拉T_IN；
P1.1口上單總線掛接4個DSl8B20；
P1.2口接收工作模式(“1”是制冷、“0”是制熱)；
P1.7口輸出底電平是使能接收，輸出高電平是使能發(fā)送；
P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口連接D、C、B、A控制步進電機。
其中PCF8583與單片機通過I2C總線通信，其硬件電路連接如圖2所示。

與上位機的通信方式是RS485，其硬件電路連接如圖3所示。

步進電機采用的是4相8拍制，通過AT89C55的I/O口驅動，其硬件電路連接如圖4所示。

3 軟件設計
在本程序設計中，采用置事件標志和分時控制辦法對事件進行處理。如在T0中斷子程序中，每隔2.5 ms驅動步進電機1個脈沖，同時在中斷服務程序中將計數(shù)脈沖保存在PCF8583中的RAM。P0.3口、P0.4口、P0.5口、P0.6口、P0.7口5個I/O對應的5個按鍵與74LS08相連，執(zhí)行相與的關系觸發(fā)外部中斷方式0進入中斷服務程序，執(zhí)行相應的功能。因為溫度傳感器部分用單總線通信方式，且PCF8583與單片機通過I2C總線通信，二者對時序要求很嚴格，在此期間不可被中斷程序打斷，故在此期間關中斷。主程序流程如圖5所示。

整個軟件采用結構化的程序設計方法設計。程序分為三大模塊：主程序模塊、EXO中斷服務子程序模塊、T0中斷服務子程序模塊。
主程序模塊按照功能又分為：初始化子程序、I2C總線通信程序、溫度傳感器測溫程序、RS485通信程序和PID控制程序。在初始化子程序中，主要包括RS485通信和DSl8B20傳感器初始化。I2C總線通信部分則是讀出上次掉電保存的脈沖數(shù)。溫度傳感器測溫程序模塊測得二點溫度。將每個傳感器的序列號測出，以數(shù)組的形式和程序存放在一起，并且給每個測溫點編號，做成標簽粘貼在對應的傳感器上。當系統(tǒng)中的傳感器出故障時，必須測出備用傳感器序列號，貼上相應的標簽，并在程序中修改數(shù)組，再將程序固化到程序存儲器中。
執(zhí)行機構需要控制量的增量(例如驅動步進電動機)時，需要用PID的“增量算法”，這種算法在有關文獻中已有具體說明。

4 結束語
目前，該步進電機驅動電路已成功用于某空調制冷電子膨脹閥測試系統(tǒng)中。經(jīng)過1個月的運行，情況良好，達到了客戶的要求。