摘要：文章通过对变频空调发展现状进行分析，概述了变频控制系统的特点，针对变频空调控制系统硬件以及软件设计和实现进行全面阐述，为相关技术发展提供一定的理论基础。
关键词：变频空调；控制系统；设计实现
空气调节器（以下简称“空调”）的核心部件是压缩机，普通定频50Hz空调压缩机一般是用开关控制模式，不仅噪音大，而且电能损耗较大，容易造成压缩机的损坏。近年来，随着科学信息技术的发展，变频调速控制技术被广泛应用在空调领域，通过对压缩机运行进行变频处理，有效的起到节能舒适、降耗降噪的作用，为人们提供更加舒适的使用感受。现阶段，随着变频技术的不断发展，无论是在电机控制、电力电子还是现代数字以及微电子等各个方面广泛使用变频技术。
1变频空调控制系统发展现状
近年来，变频空调越来越多的出现在人们的办公和居住场景中。它主要是通过空调器对室内的空气进行有效的处理，使室内的温度、湿度达到人体所需要的要求，提供更高的舒适度，让人们处在更加舒适的环境中。随着我国空调行业不断发展，各大公司都加大对变频技术的研发力度，通过相关数据表明，现阶段我国变频空调占全部空调市场的十分之一。虽然自21世纪以来，我国空调器的研发和生产的得到突飞猛进的发展，然而相比于发达国家，仍有落后的现象，需要进行深入探究，找到促进我国空调变频技术发展的有效途径[1]。
2 变频空调控制系统特点
对于定频的空调来说，压缩机只是单纯的运作和停止，实现不了变频调速的作用。而且定频压缩机再启动以后，一直处在超负荷运作的工作状态，对电量并不能进行有效调控，造成大量电力能源的浪费，而新时期的变频空调压缩机，可以通过变频压缩机对速度进行有效调频，实现能量无级调节的作用。现阶段我国的变频技术，一般使用在空调系统上能有效地实现空调在低频低压下进行启动，不会对电流，电压造成巨大的冲击。相比于定频空调，能节省大量的电力资源，避免机械损耗。变频空调主要有以下特点，首先，它具备制冷制热迅速特点，能够通过快速的制冷制热在最大范围内满足人体对温度的需求。其次，变频空调具备准确控温，温度恒定的特点，通常情况下，变频空调的运作效率是连续可控的，可以将整个房间的温度控制在一定范围内。温度上下波动的范围不会大于0.5摄氏度[2]。最后，变频空调还具有强力除湿的特点，它能够在一定的功率和风速下进行有效的工作，达到室内除湿的要求，相较于传统的定频空调，其除湿力度超过传统空调的1.5倍。除此之外，它的使用期限较长。普通定频空调的使用寿命一般为8到12年，变频空调使用寿命则能达到12到15年[3]。
3 变频空调控制系统硬件设计与实现
3.1控制系统主控制板硬件电路
一般来说，整个变频空调系统主要由变频板、主控制板、电源板、显示板，压缩机等各个系统组成。见下图一变频空调整体控制系统。
图一 变频空调整体控制系统
在主控板控制系统中，一般由控制面板输入、开关量输入以及模拟量输入等各个子系统构成。最小系统电路也是主控板控制系统的主要构成，一般使用ST72324单片机作为核心处理器，该单片机具备读写保护以及多种低功耗模式满足变频需求。在进行主控板控制系统中，一般使用手动复位电路，能有效的对系统进行调试。在此过程中，需要对电阻进行上拉。开关量输入输出电路一般使用MCU开关信号它能有效的进行等价介质交换。通常情况下，它具备存储器三态输出功能，对总线进行有效的输出，然后再将数据存储到寄存器。对于模拟量输入电路来说，在信号进行采集以后，通过精密仪器会被分压电路运放到CD42051芯片中。它能有效的依据当时环境温度，对主控板和变频板进行有效的调控[4]。
3.2压缩机变频驱动控制系统硬件电路
在压缩机变频驱动控制系统硬件电路中，一般使用交流-直流-交流电压源的变频器结构。通常情况下，变频空调控制系统中的压缩机系统使用的电源功率较低。通过智能功率模块来驱动电机，能有效地进行散热。通常情况下，为了避免外界干扰，使用智能功率模块，能有效地对空调内的元器件进行有效的排布。值得注意的是，在此过程中也会使用IPM系统，IPM系统中的智能功率模块，能有效的保护变频空调中出现的短路、过流、过热现象，降低对电路系统造成的损害，从而起到电路保护作用。不能忽视整流部分硬件设计，在此系统中需要进行滤波和保护电路[5]。
3.3显示板硬件电路
在变频空调硬件控制系统中，还有显示板硬件电路。显示板硬件电路主要是使用数码管显示的方式，具有独立的MCU控制单位，能有效地进行人机交互。对于显示板最小系统电路来说，一般会使用ST72324型号的核心单片机，能有效地对压缩机的运作情况进行设置，还能观察各类运行参数和运行频率，对系统的运行状态进行全面把控。在显示电路中，可以使用专用的数码管，驱动芯片，然后通过晶体管的放大作用，对整个数码管进行控制[6]。
3.4电源板硬件电路
现阶段，在电源板硬件电路设计过程中。为了满足控制核心和用户界面的需求，会选择体积小，效率高的开关电源。尤其是近几年，随着信息技术的不断发展，开关电源芯片更具备集成化的优势，能够有效地对整个电路控制系统和功率器件进行设计分离。
4变频空调控制系统软件设计与实现
4.1主控制系统控制程序
对于变频空调控制系统软件设计，实现过程中需要对主控制系统进行研发。这样才能对系统开关机部分的控制对象进行有效设定，做好模糊控制处理，实现自动除霜。通常情况下，对于整个变频空调主控程序设计过程来说，必须要包括资源的初始化程序、主循环程序以及系统驱动和显示程序等。见下图二 变频空调主控制板程序流程图。
图二 变频空调主控制板程序流程图
4.2变频驱动模块软件
在变频空调变频驱动模块软件设计过程中，必须要考虑到正常状态下，变频控制板收到主控制板命令以后会对室内的温度、运行参数进行准确判断，才能按照时间变化规律，在最大范围内保证室内温度的舒适性。对温度、电流以及运行模式控制子系统、故障处理子系统等进行全面监控。
4.3显示板程序
变频空调显示板程序设计主要是为了对空调系统进行有效的调试，能在开启、停机工作时，对各类参数有效控制。在设置过程中，需要对信号进行筛选，然后设置高电平时钟，将单片机内的数据，有效地传输到所使用的芯片上，然后转变为一个低电平的时钟，实现数据的有效传输，从而实现空调的变频处理工作。
结语
根据以上文章内容，在变频空调控制系统设计与实现阶段，要严格的对空调的硬件控制系统和软件控制系统进行全面把控。在空调器中融入现代化智能变频技术，能有效地根据室内所需要的温度进行调节。使用较小的功耗就能够维持整个房间的温度，能节省大量的电能资源，具有较高的社会效益和经济效益。因此，当下对变频空调控制系统进行研究，具有至关重要的作用。
参考文献：
[1]孙振.小型数据中心机房变频空调控制系统的设计与实现[D].北京：中国科学院大学，2017.
[2]张勰.变频空调控制系统的设计与实现[D].辽宁：东北大学，2017.
[3]贺珊珊.智能变频户式空调模糊控制系统的设计与实现[D].辽宁：东北大学，2017.
[4]张红祥.中央空调节能系统的设计及实现[J].建筑工程技术与设计，2018，（36）：3595.
[5]陈方兴，童维勤，支小利.基于μC/OS-Ⅱ的变频空调控制系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2017，28（20）：4974-4977.
[6]王铁权.智能变频空调模糊神经网络控制系统的设计与实现[D].辽宁：东北大学，2018.
论文作者:陈思
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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