 |
Система команд транспортного уровня микросхемы DSI8B20
|
|
|
|
Система команд транспортного уровня микросхемы DSI8B20 представлена в таблице 3:
Таблица 3 – Система команд транспортного уровня микросхемы DS18B20
| Код команды | Описание |
| 4EH | Запись блокнотной памяти |
| 0BEH | Чтение блокнотной памяти |
| 0B4H | Чтение режима питания |
| 0B8H | Чтение из EEPROM в блокнотную память |
| 48H | Копирование блокнотной памяти в EEPROM |
| 44H | Запуск процесса преобразования |
В данном проекте используется внешний режим питания микросхемы, поэтому команда «Чтение режима питания» (0B4H) не используется.
Команда «Запись блокнотной памяти» (Write Scratchpad). При выполнении этой команды микроконтроллер выдает на шину следующие сигналы:
-сигнал начального сброса;
-команду сетевого уровня «Пропуск ПЗУ»(0ССН);
-код операции Запись блокнотной памяти» (4EH);
-восемь байт для записи во все восемь регистров этой памяти.
Микросхема DS18B20 принимает все эти данные и записывает в регистры памяти.
Команда «Чтение блокнотной памяти» (Read Scratchpad). При выполнении этой команды микроконтроллер выдает на шину следующие сигналы:
-сигнал начального сброса;
-команду сетевого уровня «Пропуск ПЗУ»(0ССН);
-код операции «Чтение блокнотной памяти» (0ВEH);
Затем он считывает восемь байт данных из блокнотной памяти.
Команда «Чтение из EEPROM в блокнотную память» (Recall E2).
Команда служит для переноса информации из EEPROM в блокнотную память. Для выполнения этой команды микроконтроллер производит следующие действия:
-выдает на шину сигнал начального сброса;
-выдает команду сетевого уровня «Пропуск ПЗУ»(0ССН);
-выдает код операции «из EEPROM в блокнотную память» (0B8H).
Сразу после получения этой команды содержимое EEPROM копируется в блокнотную память. Эта команда выполняется автоматически каждый раз после включения питания.
|
|
|
Команда «Копирование блокнотной памяти в EEPROM» (Copy Scratchpad). При выполнении этой команды микроконтроллер выдает на шину следующие сигналы:
-сигнал начального сброса;
-команду сетевого уровня «Пропуск ПЗУ»(0ССН);
-код операции «Копирование блокнотной памяти в EEPROM» (48H);
-выполняет процедуру ожидания конца операции.
В результате выполнения этой операции содержимое блокнотной памяти копируется в EEPROM.
Команда «Запуск процесса преобразования» (Convert T). При выполнении этой команды микроконтроллер выдает на шину следующие сигналы:
-сигнал начального сброса;
-команду сетевого уровня «Пропуск ПЗУ»(0ССН);
-код операции «Запуск процесса преобразования» (44H);
-выполняет процедуру ожидания конца операции.
В результате выполнения этой команды измеренная температура преобразуется в код. Полученный код помещается в соответствующий регистр микросхемы DS18B20.
Длительность процедуры ожидания определяется сигналом готовности. Сигнал готовности формируется следующим образом. Как только микросхема термодатчика начинает выполнять одну из команд «Копирование блокнотной памяти в EEPROM» или «Запуск процесса преобразования», она «подсаживает» 1-Wire шину. Микроконтроллер проверяет уровень сигнала на шине. Обнаружив нулевой сигнал, он переходит в режим ожидания. Режим ожидания продолжается до тех пор, пока микросхема термодатчика не «отпустит» шину.
Выбор вентилятора
В кондиционерах применяются вентиляторы с крыльчаткой тангенциального типа [1], поток воздуха в которых поступает в крыльчатку с одной стороны, а выходит с другой, изменив направление своего движения.
Поперечное сечение такого вентилятора показано на рисунке 19. Срыв потока с кромок лопаток крыльчатки приводит к образованию ядра завихрения, служащего источником шума и гидравлических потерь устройства. Для обеспечения максимального акустического комфорта при работе кондиционера и максимальной дальнобойности воздушной струи фирмы-производители уделяют большое внимание отработке конфигурации направляющего аппарата.
|
|
|
Рисунок 19 - Вентилятор кондиционера
В ряде моделей кондиционеров Daikin и Toshiba крыльчатка вентилятора имеет переменный шаг лопастей, что исключает возможность возникновения резонансных частот и связанного с ними шума.
Конструкторы кондиционеров стараются увеличить диаметр крыльчатки вентилятора, чтобы при том же расходе воздуха снизить его скорость. Чтобы избежать возникновения пульсаций воздушного потока на резонансных частотах, лопатки вентилятора располагают под разными углами к оси вращения. Характеристики выбранного вентилятора приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Характеристики вентилятора
| Тип | Центробежный | |
| Диаметр / длина крыльчатки, мм | 70/598 | |
| Модель двигателя | YDK10-2A | |
| Количество полюсов | 2 | |
| Максимальная скорость вращения, об/мин | 1950 | |
| Номинальная выходная мощность, Вт | 10 | |
| Сопротивление обмоток, Ом (при 20°С). Цвет изоляции выводов: «Белый – серый» «Белый – розовый» | 410±10% 301±10% | |
| Устройство безопасности | Тип | Внутренний термопредохранитель |
| Температура срабатыания, °С | 145±8 | |
| Управляющий конденсатор | Емкость, мкФ | 1,0 |
| Мощность, ВА | 450 | |
Выбор компрессора
В бытовых и полупромышленных кондиционерах в настоящее время используются три основных типа компрессоров — ротационный, спиральный и поршневой, причем на долю ротационных компрессоров приходится около 90%. Так из 23 млн. компрессоров, проданных по всему миру в 1995 г. для применения в климатических системах, более 20 млн. были ротационного типа. В климатических системах большой мощности (от 160 до 3500 кВт) применяются винтовые компрессоры. Ротационные компрессоры (рисунок 20) осуществляют всасывание и сжатие газа с помощью вращающегося на валу ротора. За счет вращательного движения рабочих органов в компрессорах этого типа (также как в спиральных и винтовых) существенно снижены пульсации давления и пусковые токи.
Ротационные компрессоры [3] производятся в двух вариантах: со стационарными и вращающимися пластинами. Рабочий цикл компрессора со стационарной пластиной показан на рисунке 21. Ротор эксцентрично закреплен на валу компрессора. При вращении вала эксцентрик обкатывается по внутренней поверхности цилиндра, сжимая перед собой очередную порцию хладагента. Пластина разделяет области высокого и низкого давления.
|
|
|
Рисунок 20 - Устройство ротационного компрессора
Рисунок 21 - Рабочий цикл ротационного компрессора со стационарными пластинами
а — рабочий объем цилиндра заполнен хладагентом,
б — начало сжатия хладагента (слева от ротора) и всасывание новой его порции (справа),
в — продолжение сжатия и всасывания,
г — завершение сжатия и заполнение рабочего объема цилиндра новой порцией хладагента.
1 — пластина,
2 — пружина,
3 — отверстие всасывания,
4 — ротор,
5 — рабочий объем цилиндра,
6 — выпускной клапан.
Ряд фирм-производителей Panasonic, Sanyo и др.) применяют в своих ротационные компрессоры с двумя роторами (рисунок 22) [1]. На валу компрессора эксцентрично вращаются два ротора, каждый из которых осуществляет сжатие хладагента в своем цилиндре. Эксцентрики расположены на валу противофазно (рисунок 23), благодаря чему уменьшается суммарная вибрация при их совместной работе. Цилиндры двухроторного компрессора соединены между собой перепускной трубкой (байпасом) с управляющим клапаном, что позволяет эффективно регулировать производительность при использовании компрессоров данного типа.
Рисунок 22 - Ротационный компрессор с двумя роторами
Рисунок 23 - Противофазное расположение роторов на валу двухроторного компрессора
В компрессорах с вращающимися пластинами эти пластины (две или более), разделяющие области высокого и низкого давления, установлены на роторе.
Рабочий цикл ротационного компрессора с двумя вращающимися пластинами показан на рисунке 24.
Рисунок 24 - Рабочий цикл ротационного компрессора с вращающимися пластинами
а — рабочий объем цилиндра заполнен хладагентом,
б — начало сжатия хладагента и всасывание новой его порции,
|
|
|
в — продолжение сжатия и всасывания,
г — завершение сжатия и заполнение рабочего объема цилиндра новой порцией хладагента.
1 — ротор,
2 — цилиндр,
3 — отверстие всасывания,
4 — выпускное отверстие
Одна из проблем ротационных компрессоров связана с эффектами высоко-температурного разложения смазочных материалов. В результате трения лопасти о вращающийся ротор происходит разогрев ее кромки, где образуется так называемая «горячая точка». Если температура этой точки превышает 200 °С, синтетическое эфирное масло, используемое при работе на хладагенте R407c, разлагается на спирт и жировые кислоты, которые забивают капиллярные трубки и снижают расход хладагента. Лабораторные испытания ротационных компрессоров показывают, что после 2000 ч работы на хладагенте R407c уменьшение расхода хладагента может достигать 30% и сопровождаться значительным снижением холодопроизводительности.
В 1998 г. фирма Daikin предложила новый вид ротационного компрессора — с качающимся ротором (Swing компрессор). В этом компрессоре при повороте вала пластина, жестко связанная с ротором, совершает сложное движение (возвратно-поступательное и колебательное одновременно). Поскольку лопасть и ротор представляют собой единое целое, снижаются потери на трение и отсутствует зона местного нагрева («горячая точка»). Кроме того, отсутствие перетечек хладагента между пластиной и ротором сокращает общие перетечки в компрессоре. Рабочий цикл Swing-компрессора показан на рисунке 25.
Рисунок 25 - Рабочий цикл Swing-компрессора.
фаза 1 — рабочий объем цилиндра заполнен хладагентом
фаза 2 — начало сжатия хладагента и всасывание новой его порции
фаза 3 — сжатие и всасывание продолжается
фаза 4 — завершение сжатия и заполнение рабочего объема цилиндра новой порцией хладагента
В климатических системах малой и средней мощности (от 5 до 40 Вт) используются также спиральные компрессоры [1] (компрессоры Scroll). Компрессор (рисунок 26) состоит из двух стальных спиралей, расширяющихся от центра к периферии цилиндра и вставленных одна в другую. Одна из спиралей закреплена неподвижно, вокруг нее вращается подвижная спираль. Профиль спиралей образован эквивалентной кривой. Подвижная спираль установлена на эксцентрике и при вращении ее внешняя поверхность как бы катится по внутренней поверхности неподвижной спирали. Благодаря этому точка контакта спиралей постепенно перемещается от периферии к центру, сжимая перед собой пары хладагента и вытесняя их в центральное отверстие в верхнее крышке цилиндра. Так как точек контакта несколько (они расположены на каждом витке подвижной спирали), то происходит более плавное сжатие паров, уменьшается нагрузка на электродвигатель, особенно в момент пуска.
|
|
|
Рисунок 26 - Спиральный компрессор (компрессор Scroll).
В технологическом плане компрессор Scroll более сложен, поскольку необходимо обеспечить герметичность по торцам спиралей и очень точное прилегание профилей спиралей. Поэтому компрессоры данного типа пока нашли ограниченное применение.
В поршневом компрессоре (рисунок 27) сжатие газа происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре/
Рисунок 27 - Поршневой компрессор
а — фаза всасывания хладагента,
б — фаза сжатия и выпуска хладагента высокого давления.
1 — выпускной клапан, 2 — линия нагнетания хладагента,
3 — поршень, 4 — цилиндр,
5 — шатун,
6 — коленчатый вал,
7 — головка клапанов,
8 — линия всасывания хладагента,
9 —впускной клапан
В фазе всасывания (а) поршень движется вниз от верхней, так называемой «мертвой точки». При этом над поршнем создается разрежение и через открытый впускной клапан хладагент поступает в цилиндр. В фазе сжатия (б) поршень движется вверх и сжимает хладагент, который выходит из цилиндра через выпускной клапан. При движении в цилиндре поршень никогда не касается головки клапанов, оставляя свободное пространство, которое называют «мертвым объемом».
В зависимости от типа конструкции различают герметичные, полугерметичные и открытые поршневые компрессоры. В герметичном компрессоре электродвигатель и компрессор находятся в едином герметичном корпусе. Такие компрессоры, мощностью 1,7...35 кВт применяются в холодильных машинах малой и средней мощности. В полугерметичных компрессорах, мощность которых варьируется от 30 до 300 Вт, электродвигатель и компрессор закрыты, соединены напрямую и расположены по горизонтали в едином разборном контейнере. В случае повреждения можно извлекать электродвигатель, получая доступ к клапанам, поршню, шатунам и другим элементам конструкции. В открытых компрессорах электродвигатель расположен снаружи (вал с соответствующими сальниками выведен за пределы корпуса).
Основным недостатком поршневого компрессора является наличие пульсаций давления паров хладагента на выходе из компрессора, а также большие пусковые нагрузки. Поэтому электродвигатель должен иметь запас мощности для пуска компрессора и иметь акустическую защиту для снижения уровня шума.
Количество запусков компрессора является наиболее критичным для его срока службы. Именно на режиме запуска происходит наибольшее количество отказов, поэтому приходится ограничивать время между повторными пусками компрессора (как правило, не менее 6 мин), и время между остановом компрессора и его повторным пуском (2...4 мин). Характеристики выбранного компрессора приведены в таблице 5.
Таблица 5 – характеристики компрессора.
| Модель | PH180X1C-4DT2 | ||
| Номинальная выходная мощность компрессора, Вт | 800 | ||
| Объем смазочного масла (SUNISO 4GSD), см3 | 400 | ||
| Ток при заторможенном роторе компрессора, А -220 В -240 В | 23,6 25,5 | ||
| Сопротивление обмотки компрессора, Ом (при 20°С) | C-R: 3,13 | ||
| C-S: 4,46 | |||
| Предохранительное устройство компрессора | Тип | Внутреннее | |
| Модель | UPQE0591-T51 | ||
| Рабочая температура,°С | Открыто | 150±5 | |
| Закрыто | 90±10 | ||
| Ток управления, А (внутренняя температура 25°С) | 25 (переключение через 3-10 с) | ||
| Управляющий конденсатор | 25 | ||
| 450 | |||
Выбор микроконтроллера
В настоящее время среди всех 8-разрядных микроконтроллеров - семейство MCS-51 является несомненным чемпионом по количеству разновидностей и количеству компаний, выпускающих его модификации. Оно получило свое название от первого представителя этого семейства - микроконтроллера 8051, выпущенного в 1980 году на базе технологии HMOS. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке.
Важную роль в достижении такой высокой популярности семейства 8051 сыграла открытая политика фирмы Intel, родоначальницы архитектуры, направленная на широкое распространение лицензий на ядро 8051 среди большого количества ведущих полупроводниковых компаний мира.
В результате на сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров семейства 8051, выпускаемых почти 20-ю компаниями. Эти модификации включают в себя кристаллы с широчайшим спектром периферии: от простых 20-выводных устройств с одним таймером и 1К программной памяти до сложнейших 100-выводных кристаллов с 10-разрядными АЦП, массивами таймеров-счетчиков, аппаратными 16-разрядными умножителями и 64К программной памяти на кристалле. Каждый год появляются все новые варианты представителей этого семейства. Основными направлениями развития являются: увеличение быстродействия (повышение тактовой частоты и переработка архитектуры), снижение напряжения питания и потребления, увеличение объема ОЗУ и FLASH памяти на кристалле с возможностью внутрисхемного программирования, введение в состав периферии микроконтроллера сложных устройств типа системы управления приводами, CAN и USB интерфейсов и т.п.
Все микроконтроллеры из семейства MCS-51 имеют общую систему команд [4]. Наличие дополнительного оборудования влияет только на количество регистров специального назначения.
Основными производителями клонов 51-го семейства в мире являются фирмы Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas, Temic, Oki, AMD, MHS, Gold Star, Winbond, Silicon Systems и ряд других.
В рамках СССР производство микроконтроллера 8051 осуществлялось в Киеве, Воронеже (1816ВЕ31/51, 1830ВЕ31/51), Минске (1834ВЕ31).
Для данной задачи был выбран микроконтроллер AT89C51 фирмы Atmel [5]. Несмотря на то, что фирма Atmel уже давно делает упор на новое поколение микроконтроллеров (серии AVR), микроконтроллер AT89C51 тоже довольно широко применяется. И не случайно, так как эта микросхема имеет еще достаточно большой потенциал. Параметры микросхемы позволяют создавать широкий спектр современных электронных устройств, находящих свое применение в самых различных областях микропроцессорной техники. Главным преимуществом выбора именно этой микросхемы является ее широкая доступность и приемлемая цена.
Функциональная схема
Функциональная схема кондиционера изображена на рисунке 28.
Рисунок 28 - Функциональная схема кондиционера
|
|
|
