- Mục lục
b. Bo điều khiển mỏy lạnh 2 cục 12000 BTU và 18000
Từ chip DKML-1 đề tài đó thiết kế và chế tạo bo điều khiển cho mỏy lạnh 2 cục 9-12000 và 18000 BTU. Sơ đồ nguyờn lý của bo điều khiển mỏy lạnh (hỡnh trờn) bao gồm cỏc khối sau:
+ Khối nguồn cấp.
+ Khối giao tiếp hồng ngoại, nỳt bấm, khối đo nhiệt độ (hai kờnh) và khối chỉ thị. Tất cả đều giao tiếp trực tiếp với Chip DKML-1.
+ Khối đầu ra điều khiển mỏy nộn, quạt giú, đảo cỏnh giú và loa tớn hiệu thỡ cú tầng đệm cụng suất trong giao tiếp với Chip DKML-1.
c. Phần mềm
Phần mềm nhỳng trong mỏy điều hoà nhiệt độ giải quyết cỏc nhiệm vụ chớnh sau:
+ Giao tiếp với cỏc đầu vào, nhận lệnh và xử lớ cỏc lệnh đú.
+ Đo cỏc thụng số nhiệt độ hiện tại và so sỏnh với cỏc thụng số đặt trước để đưa ra quyết định điều khiển.
+ Đo đếm đồng hồ thời gian thực dựng cho cỏc lệnh và quyết định điều khiển theo thời gian.
+ Cỏc thuật điều khiển theo cỏc chế độ đặt trước của người dựng.
Bốn vấn để chớnh trờn chớnh là cốt lừi của phần mềm điều khiển ngoài ra cũn cú cỏc module giao tiếp đầu vào và đầu ra, phục vụ cho cỏc đầu thu thập số liệu vào và cỏc đầu điều khiển ra. Cỏc đầu vào và ra sẽ được sử lớ theo cỏc nguyờn lớ đo và điều khiển.
Trong cả bốn vấn đề cốt lừi cần giải quyết của phần mềm điều khiển thỡ ta thấy tất cả cỏc module đú đều cú thể can thiệp vào trạng thỏi hoạt động của mỏy. Chớnh vỡ vậy vấn đề được đặt ra là tất cả cỏc module đú phải can thiệp được vào vấn đề điều khiển cỏc đầu ra của hệ thống, nhưng khụng được chồng chộo làm vụ hiệu hoỏ nhau cũng như khụng làm rối loạn điều khiển. Bờn cạnh đú để đảm bảo sự kịp thời trong vấn để điều khiển, phải được phõn chia cỏc quỏ trỡnh cũng như xen kẽ để thực hiện một cỏch kịp thời cỏc quỏ trỡnh đú.
Với vấn đề đặt ra như vậy, ý tưởng được xõy dựng là cỏc trạng thỏi hoạt động, điều khiển được xõy dựng qua hệ thống cỏc thanh ghi xỏc lập trạng thỏi hoạt động. Cựng một loạt cỏc thanh ghi hỗ trợ dựng trong cỏc trường hợp lưu giữ tạm thời trong cỏc trạng thỏi điều khiển.
Ngoài ra cũn cú cỏc thanh ghi phụ trợ dựng để backup trạng thỏi của một số trạng thỏi điều khiển khỏc nhau trong cỏc lệnh tạm thời. và nhiều cỏc biến trạng thỏi khỏc được sử dụng kết hợp cho xử lớ cỏc giải thuật của chương trỡnh.
Cỏc thanh ghi này sẽ xỏc lập trạng thỏi hoạt động của mỏy để xỏc lập cỏc đầu ra thụng qua cỏc module điều khiển đầu ra. Cỏc lệnh đầu vào cũng can thiệp trực tiếp lờn cỏc thanh ghi này, và cỏc module thực hiện cỏc giải thuật điều khiển cũng tỏc động lờn nú.
Phương phỏp đo nhiệt độ
Trờn board điều khiển cú hai kờnh nhiệt độ, một kờnh xỏc định nhiệt độ phũng, kờnh cũn lại xỏc định nhiệt độ mặt giàn lạnh đề phũng hệ thống phõn phối nhiệt trục trạc, gõy đúng băng trờn bề mặt mỏy. Nhiệt độ được đo qua hai cảm biến nhiệt điện trở. Nờn khi xỏc định được giỏ trị điện trở của nhiệt điện trở thỡ ta cũng xỏc định được nhiệt độ bao quanh nhiệt điện trở đú. Một ADC được dựng phối hợp với một bộ phõn kờnh sẽ giỳp giải quyết vấn đề này.
tạo ỏp rơi trờn thermistor. Với điện trở tham chiếu cú giỏ trị biết trước, ta xỏc định được dũng chạy qua nhỏnh mạch, đồng thời ta cú được ỏp rơi trờn cỏc thermistor đo được trờn port P 0.1 và P0.7 thỡ tương ứng sẽ xỏc đinh được điện trở hiện thời của thermistor. Như vậy hoàn toàn xỏc định được nhiệt độ tại cỏc điểm đo của cỏc thermistor.
Sơ đồ nguyờn lớ:
Thermistor dựng loại 10k chuẩn tại 250C
Thụng qua bộ phõn kờnh ta sẽ lần lượt đo được cỏc giỏ trị V0, V1, V2,
V3 cú: V 1 −V 2 Rthermistor1 =RRe f 1 V 0 −V 1 V 3 −V 2 Rthermistor 2 =RRe f 2 V 0 −V 3
Qua cụng thức này cho thấy, độ chớnh xỏc và ổn định của điện trở tham chiếu rất ảnh hưởng tới kết quả của thermistor đo được.
Sau khi cú được Rthermistor ta sẽ tớnh được nhiệt độ của điểm đo dựa trờn đặc tớnh của sensor.
Loại thermistor được dựng ở dõy là loại NTC Thermistor EC95, độ nhạy là -4%/0C, độ chớnh xỏc cú thể đạt được là ±0.1 0C, giải đo là -800C → +1500C. Để tớnh toỏn được nhiệt độ cần thiết cú thể sử dụng hai phương phỏp tra bảng hoặc tớnh toỏn theo cụng thức SteinHart Hart.
Với phương phỏp tra bảng thỡ sẽ tốn bộ nhớ hơn tuy nhiờn tốc độ cho ra kết quả nhanh hơn. Với phương phỏp SteinHart Hart thỡ tiết kiệm bộ nhớ hơn tuy nhiờn tớnh toỏn phức tạp hơn, chậm hơn.
Dựa trờn yờu cầu thỡ phương phỏp tinh toỏn SteinHart Hart được lựa chọn ở đõy. Và được tớnh toỏn như sau:
1 = a + b ln t T R
R25 + c lnRt 2 3 + d lnRt R25 R25
Trong đú T là nhiệt độ thực tế cần tớnh toỏn. Rt là điện trở đó đo và tớnh được, R25 là điện trở chớnh xỏc.
Cỏc hệ số a, b, c, d được tra theo bảng sau:
Rt/R25 a b c d
68.600 to3.274 3.3538646E-3 2.5654090E-4 1.9243889E-6 1.0969244E-7 3.274 to 0.36036 3.3540154E-3 2.5627725E-4 1.9621987E-6 7.3003206E-8 0.36036 to 0.06831 3.3539264E-3 2.5609446E-4 2.0829210E-6 4.6045930E-8 0.06831 to 0.01872 3.3368620E-3 2.4057263E-4 -2.6687093E-6 -4.0719355E-7
Áp dụng cụng thức trờn và bộ hệ số đó cho thỡ kết quả thu được sẽ chớnh là nhiệt độ cần đo.
Hội thọai với Bộ điều khiển xa hồng ngọai
Cả nỳt bấm và phần nhận lệnh từ bộ điều khiển xa hồng ngọai đều cú trạng thỏi thường cao. Vỡ vậy cả hai đều cú thể sử dụng ngắt GPIO dạng falling edge để nhận dạng.Với nỳt bấm thỡ khi cú ngắt falling edge của đầu vào nỳt bấm thỡ nú sẽ xử lớ lệnh Botton_Power. Can thiệp thanh ghi lệnh dựng cờ bỏo Botton_Power. Cũng như vậy, đầu thu hồng ngoại cũng được giao diện qua ngắt GPI. Tuy nhiờn, ngắt GPIO mới là bắt đầu của quỏ trinh nhận dạng lệnh từ remote control.
Nguyờn lớ của lệnh từ điều khiển từ xa:
Nguyờn lớ trờn cú đặc điểm là: Nếu ta sử dụng một bộ đếm để đếm được khoảng hạ thấp của cỏc bit và qui đổi theo thời gian thỡ cú thể xỏc định được bit start, bit 0, bit 1,… hơn nữa số bit số liệu sẽ chủ động được chứ khụng giới hạn ở 8 bit. Phụ thuộc theo giới hạn của tập lệnh điều khiển. Do yờu cầu của tập lệnh điều khiển trong ứng dụng này, độ dài lệnh là 8 bit được lựa chọn, 8 bit đủ đỏp ứng cho độ của tập lệnh.
Tuy nhiờn nếu sử lớ trực tiếp lệnh trong ngắt sẽ làm cho ngắt quỏ dài và cú thể làm chương trỡnh trở nờn khụng ổn định. Chớnh vỡ vậy cú thể dựng cờ bỏo lệnh để chương trỡnh sử lớ ngoài vũng ngắt. Nhưng nếu hết một vũng quột chương trinh mới xử lớ cờ lệnh thỡ lại quỏ lõu, cú thể là cỏc lệnh chưa kịp xử lớ
đó bị lệnh khỏc chốn vào. Để khắc phục, module kiểm tra cờ lệnh và xử lớ lệnh sẽ được cài vào rải rac trong cỏc quỏ trỡnh khỏc để xử lớ đan xen trong chương trỡnh. Tăng tớnh kịp thời của vấn đề xử lớ lệnh lờn bằng cỏch tăng số lần kiểm soỏt trong một chu kỡ quột của chương trỡnh.
Trong quỏ trinh xử lớ ngắt cho Infrared tất cả cỏc ngắt khỏc: GPIO Int, Real Time Int, Sleep Timer Int sẽ bị khoỏ và chỉ được mở lại khi đó thực hiện xong ngắt này để trỏnh tranh chấp ngắt gõy sai lệch số liệu thu được. Giỏ trị mó lệnh thu được sẽ được xử lớ trong module ngoài ngắt remote_control() để trỏnh làm ngắt quỏ dài.
Đồng hồ thời gian thực và watchdog.
Đồng hồ thời gian thực dựng đếm thời gian hệ thống. Nguyờn lớ thực hiện là dựng một counter đếm và dựng ngắt counter để tăng giỏ trị thời gian sau mỗi lần ngắt. Giỏ trị thời gian đếm được sẽ được xử lớ trong cỏc module chớnh giải quyết về giải thuật xử lớ thời gian.
Ngắt Sleep Timer cú tớnh chất chu kỡ tương tự khi chọn nú ở tần số 1 Hz, tuy nhiờn khụng thể sử dụng ngắt này cho đồng hồ thời gian thực với độ chớnh xỏc cao, vỡ ngắt này cú mức độ ưu tiờn thấp nhất, dễ bị làm sai lệch bởi cỏc ngắt khỏc. Tuy nhiờn đõy là ngắt cần thiết dựng cho WatchDog. WatchDog sẽ tự động reset hệ thống khi vỡ một lớ do nào đú mà hệ bị treo (chương trinh lỗi, nhiễu loạn…). Khi hệ thống bị time_out khoảng 3 chu kỡ sleep timer mà khụng Clear WatchDog thỡ hệ thống sẽ auto reset. Đõy là một tớnh chất cần cú để hệ thống cú thể chạy ổn định mà trỏnh phiền phức nhất cho người sử dụng.
CÁC MODULE ĐIỀU KHIỂN Đốn chỉ thị, quạt giú và mỏy nộn
Cỏc đốn chỉ thị cú cụng suất nhỏ nờn được điều khiển trực tiếp mà khụng cần sử dụng tới tầng đệm cụng suất. Tuy nhiờn, đốn được treo ở mức thường cao cho nờn để bật đốn ta cần đưa chõn điều khiển về mức thấp. Điều khiển theo mức logớc ngược. Ưu điểm của phương thiết kế mạch điều khiển thường cao là giảm tải cho cỏc chõn điều khiển của àC. Đầu ra chỉ tiờu cụng suất khi chõn điều khiển hạ xuống mức thấp, chớnh vỡ vậy giảm tải cho àC, nếu trong trường hợp cụng suất tiờu hao khi mức điều khiển cao thỡ cú thể xảy ra trường hợp mức ỏp duy trỡ khụng đủ, non ỏp khi đầu ra cần một cụng suất tương đối. Tuy nhiờn, điờu đú chỉ cú ý nghĩa khi cần giao tiờp ngoài với mức logic cần ổn định, và với cỏc àC cú cụng suất tải trờn cỏc chõn khụng được tốt. Đối với PSoC cũng như trong trường hợp điều khiển LED chỉ thị thỡ điều này khụng cú nhiều ý nghĩa vỡ cụng suất tải của PSoC rất tốt cũng như mức logic đối với LED là khụng quan trọng.
Cỏc đầu ra điều khiển relay đúng cắt động cơ quạt giú và động cơ nộn đũi hỏi cụng suất điều khiển lớn hơn, chớnh vỡ vậy cần cú tầng đệm cụng suất.
Đệm cụng suất ở đõy sử dựng IC ULN2003, IC này cú thể chịu dũng tới 500 mA, đầu ra đảo(hỡnh vẽ). Do đú mặc dự cỏc relay cũng được treo thường cao nhưng lại được điều khiển theo mức logic thụng thường, mức cao sẽ đúng relay.
Cả động cơ nộn và động cơ quạt giú đều là loại động cơ AC. Động cơ nộn chỉ cú một cấp độ duy nhất tuy nhiờn động cơ quạt giú cú 3 cấp độ khỏc nhau. Cú thể thay đổi được tốc độ nhờ 3 cấp độ đú cú số vũng dõy khỏc nhau. Nờn cần điều khiển 4 trạng thỏi cho mỏy nộn và quạt giú. Cần đảm bảo cỏc relay điều khiển động cơ quạt giú khụng được cựng đúng nhiều hơn 1 trạng thỏi. Động cơ mỏy nộn cần được chỳ ý vỡ nú ớt thay đổi trạng thỏi hơn quạt giú nhưng khụng được khởi động nhiều lần với thời gian quỏ ngắn vỡ cú thể làm tăng ỏp trong mỏy nộn gõy nguy hiểm.
Động cơ đảo cỏnh giú
Động cơ đảo cỏnh giú là loại động cơ bước (Stepping Motor). Với động cơ bước cú thể sử dụng những IC điều khiển động cơ tớch hợp sẵn để điều khiển hoặc tự xõy dựng một chương trinh điều khiển. Tuy nhiờn nếu khụng cú IC chuyờn trỏch thỡ đõy sẽ là một quỏ trỡnh điều khiển chiếm nhiều thời gian của CPU nhất. Điều khiển động cơ bước là sự điều khiển phối hợp cỏc pha A,B,C,D sao cho động cơ quay, cú chiều và tốc độ như ta mong muốn. Ưu điểm của động cơ bước là:
+ Độ chớnh xỏc cao trong điều khiển chuyển dộng. + Khụng cần sensor tốc độ.
+Độ ổn định cao, khụng cú những điểm mất ổn định nghiờm trọng.
Tuy nhiờn momen và tốc độ của động cơ bước khụng cao lắm và mụ tụ họat động cú độ rung cao.
Phương phỏp điều khiển động cơ bước ở đõy theo nguyờn lý half stepping được mụ tả theo bảng sau:
STEP A B C D 1 H L L L 2 H H L L 3 L H L L 4 L H H L 5 L L H L 6 L L H H 7 L L L H 8 H L L H
Phương phỏp này cú độ ổn định ở tốc độ cao, momen lớn và độ phõn giải tốt.
Trong trường hợp muốn quay ngược lại, đảo lại cỏc bước cũng theo thứ tự trờn.
Chương trỡnh điều khiển động cơ: đảo cỏnh giú được điều khiển theo phương phỏp trờn là phương phỏp cú nhiều ưu điểm nhất. Với chương trỡnh điều khiển thực hiện cho cả hai chiều xuụi và ngược chiều kim đồng hồ.
Cần xử lớ thờm việc ngắt toàn bộ pha của động cơ khi ra khỏi module điều khiển để trỏnh bị núng động cơ. Do quỏ trỡnh đảo cỏnh giú là quỏ trỡnh kộo dài và liờn tục nờn quỏ trỡnh này được chia nhỏ và xử lớ từng phần nhỏ trong cả chu kỡ vũng quột, đồng thời phải lưu lại thụng tin về vị trớ và hướng quay cho lần hoạt động tiếp theo.
Điều khiển loa tớn hiệu
Nguyờn lớ của điều khiển loa tớn hiệu Buzzer là tạo ra một tần số õm thớch hợp và kộo dài trong khoảng thời gian đủ để bỏo thành tớn hiệu õm thanh. Với nguyờn lớ như vậy chỉ cần tạo ra tại cổng của PSoC một giao động xung thớch hợp, và một mạch đệm cụng suất là cú thể tạo được tớn hiệu bỏo Buzzer.
Module xử lý thời gian
Module xử lớ thời gian dựng cập nhật thời gian, xử lớ cỏc khoảng thời gian hẹn giờ bật tắt, xử lớ khoảng thời gian bắt đầu bật mỏy và thời gian bắt đầu tắt mỏy phục vụ cho vấn đề giải quyết cỏc thuật toỏn bật/tắt mỏy. Cập nhật thời gian hệ thống để phục vụ cỏc module khỏc. Tuỳ theo trạng thỏi của mỏy là đang bật hay tắt mỏy mà cú cỏc thụng số cần cập nhật khỏc nhau. Dựa vào đú cú thể chia ra hai dạng cập thời gian khi đang bật mỏy và khi đang tắt mỏy.
Module xử lý tốc độ quạt
Tốc độ của quạt giú cú cỏc chế độ chạy:
AUTO - HIGH - MEDIUM - LOW
Trong đú chỉ chế độ Auto là cú cỏch chạy biến đổi:
• AUTO: Ở chế độ này quạt giú sẽ chạy lỳc mạnh lỳc yếu mụ phỏng như giú trời, cứ sau 10 phỳt tốc độ quạt lại được thay đổi theo chu kỡ: High – Medium – Low.
• HIGH, MEDIUM, LOW: Ở cỏc chế độ này tốc độ quạt là xỏc định và được duy trỡ ổn định.
Vỡ vậy xõy dựng chế độ phức tạp hơn cỏc chế độ điều khiển trực tiếp kia đụi chỳt và cú dựa vào thời gian hệ thống để xử lớ.
Module xử lớ Fan auto: Sau 10 phỳt chế độ chạy của quạt được thay đổi một lần.
Cỏc chế độ của quạt giú sẽ được điều khiển qua module chuyờn trỏch Fan Mode. Module này kiểm tra thanh ghi xỏc định cỏc chế độ đặt của quạt giú từ đú đưa ra quyết định điều khiển.
Chế độ oscilation
Oscilation là chức năng thực hiện việc đảo cỏnh giú.
Cửa giú được chia ra 6 vị trớ. Vị trớ đúng hết, mở hết và 4 vị trớ trung gian. Khi tắt mày cỏnh giú luụn ở vị trớ đúng hết. Cỏnh đảo giú được điều khiển ở 3 chế