基于ARM的嵌入式中央空调控制器的设计

　　引言

　　目前中央空调的控制系统大多采用以PLC作为控制核心，主要由温度传感器、流量传感器、压力传感器等传感元件检测空调系统中的各种信号，然后经A/D转换器进行模数变换，送入到可编程控制器(PLC)内，在PLC上进行逻缉运算及PID运算，最后将运算结果进行输出，一部分经开关量模块控制外部设备的启停，一部分经D/A转换器输出，用于控制变频器。这种控制方式具有投入小、控制简单方便等特点[1]。

　　随着Internet技术的不断发展和普及，越来越多的客户对中央空调监控提出了更高的要求，特别是在远程Web监控方面，这种基于PLC的中央空调控制系统的功能显得相对单一，难于实现诸如网络远程监控等现代控制要求。

　　当前不断涌现的高性能的嵌入式CPU及嵌入式操作系统的出现，使得集成A/D、D/A转换、人机界面、以太网等功能的嵌入式监控系统成为可能，不但能实现客户日益提高的监控要求，还能很好地节省硬件成本，优化系统性能，带来良好的经济效益。本文旨在研究一种能在中央空调自动控制中真正实用的一种高性价比嵌入式控制器，用来取代传统的PLC控制方式，并为中央空调的远程WEB监控预留软硬件接口。

　　一、嵌入式中央空调智能控制器硬件及其接口

　　基于ARM9内核核的ARM处理器凭借其高性能、低功耗、低成本等显著优点，已成为目前 32位嵌入式微处理器中应用最为广泛的一个系列。考虑到中央空调控制的连续性和可扩展性，本文采用基于ARM920T内核的三星S3C2440A作为嵌入式中央空调智能控制器的核心芯片，构成的中央空调智能控制器如图1所示。

　　基于ARM920T内核的嵌入式CPUS3C2440A采用AMBA总线架构、ARM920T内核，实现了MMU、AMBA BUS和Harvard 高速缓冲体系结构，片内集成大量的设备接口，主要有A/D、LCD、PWM、IIC、IIS、AC’97、WatchDog、Camara等，使外围接口电路变得非常简单[2]。

　　1.1输入输出接口的设计

　　考虑到中央空调主机系统的I/O点数并不多(一般3台主机，3套水泵时总的I/O点数是30点)，S3C2440A丰富的I/O引脚已经可以满足控制系统的I/O要求，所以，控制系统输入输出接口设计主要考虑输入信号的隔离、转换以及输出信号的隔离和驱动。

　　1.2 A/D及D/A转换

　　S3C2440A片内没有集成DAC，但它有5个16位的定时器，其中的0、1、2、3共4个定时器具有脉宽调制PWM功能。通过外接低通滤波器和一个简单的转换电路，我们可以方便地用PWM实现DAC的功能。基于PWM的高精度DAC电路原理如图2所示：

　　图2中，Q201是高频开关管2SC3356，D201是精密的2.5V稳压二极管LM336-2.5，其动态阻抗小于0.2Ω。PWM波型经R201输入Q201的基极，Q201按照PWM的周期和占空比进行开关。由于Q201导通电阻非常小，而截止电阻却非常大，通过与它并联的基准电压LM336-2.5就可以将控制器输出的PWM波形转换成理想的PWM波形，即：VH=2.5 V，VL=0 V，波形为方波。整形得到的理想PWM波，经过两级阻容滤波后得到直流分量，将此直流分量送到低噪声运放TLV2471进行驱动输出，从而实现了较高精度的DAC功能。