基于ARM的变频空调室内控制系统的设计与实现

摘要

随着计算机技术和微电子技术的高速发展，具有可靠性高、扩展性强、开发应用程序简单等优点的基于32位嵌入式处理器和嵌入式操作系统的具备通讯能力的嵌入式系统成为当前新的发展趋势之一。 采用变频控制技术的空调比采用传统控制技术的空调具有更好的节能性、舒适性，是空调产业发展的重点；现代的智能楼宇要求能集中对空调进行远程监控、远程维护。国内空调企业普遍采用基于8051系列等8位处理器的硬件平台、无操作系统的软件架构的开发模式，开发周期长、性能低、软件的复用性差、扩展性差，难以满足上述系统的开发要求，无法应对空调产业产品作为多种产品链状集成开发的特点以及快速更新的市场需求。 为了解决开发满足上述需求的系统所遇到的问题，本文设计并实现了一个具备通讯能力的空调室内机控制系统：通过将原8位处理器提升为32位ARM处理器改善了硬件性能和扩展性；通过使用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ取代无操作系统模式，将当前普遍采用的大循环软件结构转变成为以控制部件为单位，由操作系统独立调度的软件结构，简化了软件开发过程，提高了复用性和可靠性。 本文所做的主要工作可分为以下四个部分： 1．提出了具有与PC机通讯功能的空调的应用架构，设计了在新系统下空调室内机与PC机和室外机的通讯协议。 2．通过对当前各种处理器的比较选定了LPC2210处理器，给出了硬件平台主电路设计与外围电路设计方案，对主要模块的功能、结构、原理做了说明。 3．比较了常用嵌入式操作系统，分析了μC/OS-Ⅱ的主要特性，介绍了μC/OS-Ⅱ的移植步骤，建立了软件的交叉编译与调试环境。 4．将基于多任务的控制结构引入了空调控制软件，依据复用性和时间特性两个方面将控制功能划分到多个任务中，并给出了几个重要驱动程序与应用程序的具体设计与实现。 应用本系统的原型空调已经运转，它简化了空调企业的开发和维护，满足了智能建筑对空调集中控制的需求，具有较好的市场前景，是对空调信息化的一次成功的探索。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究背景与现状

1.1.1空调行业的现状与发展趋势

1.1.2嵌入式系统的应用与发展

1.2研究的主要内容

1.3与原方案的比较

1.4研究的意义与应用前景

第二章系统的功能设计

2.1应用框架

2.2系统的主要控制部件

2.3系统与室外机的交互

2.3.1系统与外机交互的功能设计

2.3.2系统与室外机交互的通讯协议的设计

2.4系统与PC机的交互

2.4.1系统与PC机交互的功能设计

2.4.2系统与PC机交互通讯协议的设计

第三章系统硬件的设计与实现

3.1处理器选型

3.1.1嵌入式处理器分类

3.1.2ARM处理器介绍与选择

3.1.3 Philips LPC2210介绍

3.2硬件架构概叙

3.3主控电路设计

3.3.1存储系统设计

3.3.2电源设计

3.3.3 JTAG电路

3.4外围电路设计

3.4.1串口通讯模块

3.4.2以太网通信接口

3.4.3 ADC接口电路

第四章基于μC/OS-Ⅱ的系统软件平台的构建

4.1常用嵌入式操作系统

4.1.1 VxWorks

4.1.2 Windows CE

4.1.3 Symbian

4.1.4 Linux

4.1.5μC/OS-Ⅱ

4.1.6上述操作系统的比较

4.2嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ

4.2.1 μC/OS-Ⅱ的特点

4.2.2μC/OS-Ⅱ内核结构

4.3 μC/OS-Ⅱ的移植

4.4基于PC的开发环境的构建

4.4.1编译环境的选择

4.4.2调试环境

第五章系统软件的设计与实现

5.1软件的总体框架设计

5.1.1空调控制系统软件的传统结构

5.1.2基于μC/OS-Ⅱ的软件框架

5.2多任务系统的设计

5.3驱动程序的设计与实现

5.3.1 A/D驱动程序的实现

5.3.2 UART驱动程序的实现

5.3.3 RTC时钟驱动

5.4应用程序的设计与实现

5.4.1 PG电机控制子系统

5.4.2遥控接收子系统

5.4.3在线更新的设计

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

附录

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所参与的项目

致 谢