面向变频家电的嵌入式系统改造设计与实现.pdf

上海交通大学工程硕士学位论文绪论
第一章绪论
项目背景与意义
目前能源紧缺已成为世界各国都倍感棘手的问题,而我国在能源方面的问题尤为严峻。
我国经济可持续发展的一个重要的条件就是能源供应的重组,因此,节能环保非常重要。.
变频空调器作为节能产品以其高技术、高性能已经得到了空调行业及用户的关注,同时也
符合国家节能减排的国策。变频空调,是根据不同的室内环境状况,改变电源频率,以最
合适的输出功率进行运转,最大程度的有效利用能源。据统计,变频空调可以使得空调的
能效比至少提高 30%~40%。[1]此外,随着人民生活水平的逐步提高,人们对舒适的生活品
质与环境的要求愈来愈高,不仅对室内温、湿度提出了更高要求,更注重室内空气品质指
标,希望室内环境趋近自然环境的特征,于是变频空调应运而生。
项目承担单位是具有变频控制器自主开发能力的专业化公司,其变频控制产品在国内
占有领先市场份额,但多年以来原有的基于单片机的变频控制一期产品,在设置、通信、
系统集成等方面存在开发维护困难、不够灵活等不足,需采用更灵活强大的嵌入式系统。
另外,变频控制与空调其它部件和整体设计关系相当密切,每家家电生产厂商乃至每一个
新型号,都有整机系统的技术配合和扩展的具体设计改变,这对设计能力及其灵活性、适
用性都是一个挑战。
本文所研究的课题是上海市科学技术委员会重大科技攻关项目——“面向变频空调控
制的嵌入式系统研究与开发”(编号 04DZ15003)中的一个子课题。
课题的总目标是改造和提升传统家电变频控制产品的开发体系,以缩短开发周期降低
成本;研制面向变频家电的控制系统开发平台并基于平台开发新一代变频控制产品,以增
强产品功能提高质量降低维护成本,直接推动我国变频家电的普及使用,促进节能环保。
本项目产业化将采取“攻取一点、带动一片”的辐射型策略,在技术上留有充分的广度和
可扩展性,首先以空调为产业化对象,再逐步推广到其它白色家电类型。[2,3]
本子课题以此项目为契机试图通过引入成熟和最新发展的嵌入式技术对原有产品进行
改造以提高产品的设计柔性,使产品质量达到一个新的层次,提高产品竞争力。
论文组织结构
本篇论文以变频空调控制系统为对象,分析了控制系统的结构,然后通过分析空调嵌
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入式系统结构和产业化特点,提出了嵌入式系统分阶段的改造目标和改造方案,并对两次
改造的设计和实现进行了深入阐述。
本文按如下结构进行组织:
第二章:介绍了变频空调控制系统结构以及当前产品方案的技术状况;
第三章:介绍了面向变频家电的嵌入式系统改造目标和方案,并介绍了变频家电嵌入
式开发平台的组成结构;
第四章:详细介绍了对变频空调控制器的一次改造,对第一代产品的功能、控制流程
分解、模块化改造方法进行了详细描述;
第五章:详细介绍了对变频空调控制器的二次改造,主要是以客户需求为中心提升可
维护性以及家电信息化内涵和智能化功能;
第六章:结论与展望,对整个研究开发过程进行了总结,并探讨了以后的研究中需要
关注的问题。

本章小结
本章主要介绍了项目的大致背景、本课题的来源以及研究设计方向,并将本论文的组
织结构进行了整理。











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第二章变频空调控制系统结构
分体变频(变速)空调的基本结构
分体空调器分两部分,分别称室内机和室外机。室内主要包括室内热交换器、室内风
机及驱动电机、遥控接受与显示、室内风向控制部分及室内控制器。室外机主要包括室外
热交换器、压缩机、室外风机、四通阀(制冷制热切换)、膨胀阀(常采用毛细管完成膨胀
阀功能)、对于不停机除霜的空调器还有控制除霜的电磁阀等构成。
对于定频控制的分体空调,由于控制功能简单,一般不在室外设置专门的控制器。对
于变频分体空调,由于控制功能复杂,特别是室外的变频压缩机控制,就比较复杂,同时
室内一般不能提供较大的电控系统的安装,变频分体空调通常在室外设定一个室外控制器,
完成室外主要控制部件的驱动控制和室外环境温度和室外机运行状态的检测及控制。
分体变频(变速)空调控制器的基本结构
分体变频空调控制器的基本结构如下图所示:
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图 2-1 变频空调控制器基本结构
-1 Structure of inverter air-conditioner