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空调控制系统 毕业设计论文,毕业设计论文
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2010 2011 学年第 二 学期 毕业设计（论文） 课题 空调控制系统 姓名 杜伟民 系部 电子信息工程系 专业 应用电子 技术 班级 08 电子（ 2） 班 学号 083210202 指导教师 张桂红 武汉交通职业学院教务处制 nts II II 摘 要 由于全球气候的变暖和国内人民生活水平的提高，空调将逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。 空调器微电脑控制系统的任务是通过 89C52的指令并根据房间的温度、室内热交换器温度、室外热交换器温度、压缩机的状态等来控制空调器的运行过程。具体地说，就是控制压缩机、室外风扇、室内风扇、室内风向电机，并将设定温度和房间实际温度用 LCD液晶显示屏 显示出来。 主要功能是根据房间温度和设定温度的差值，并综合考虑其他条件，然后对压缩机和室内外风 扇的运行状态进行智能控制。 本 控制系统采用 STC89C52 单片机 收集数据，处理数据来实现对 温度控制系统 的调控。主要过程如下：利用 温度 传感器 AD590 采集 的温度信号 再 将非电量信号转换为电信号，转换后的电信号再进入 A/D 转换器 tlv1544 转换成数字量，传送给单片机进行数据处理，并向外围设备输出控制信号。 输给单片机，再由单片机控制显示，并比较采集的温度与设定的温度是否一致 ，然后驱动空调机的加热或降温循环对空气进行处理，从而实现对室内温度的调节，在整个设计中，涉及到温度检测电路，驱动控制电路，显示电路，键盘电路以 及电源的设计等电路 。 由 LCD 实时显示被控温度及设定温度， 在配合用 C语言编 程 使软件实现空调温度智能转换的基本功能。本控制电路成本低廉，功能实用，操作简便，有一定的实用价值。 关键字 ： 温度控制 STC89C52 AD590 TLV1544 LCD液晶 显 示nts目录 摘要 2 一 引言 1.1 课题背景 1 1.2 课题目的 2 二 系统硬件设计 2.1 设计任务及要求 3 2.2 总体设计 4 2.3 系统各部分硬件设计 4 2.3.1 单片机的选择 4 2.3.2 温度传感器的选择 5 2.3.3 A/D 转换的选择 7 2.3.4 按键 8 2.3.5 lcd 显示 9 2.4 整机电路图 11三 系统软件设计 12 四 小结 15 致谢 参考文献 16 附录 17 nts 1 1 一 引言 基于 89C52 单片机的温度 控制系统是 温度传感器 AD590 通过 A/D 转换系统完成将模拟信号（温度）转换成数字信号（电压）的功能，然后经放大电路放大到所需的范围内，由 89C52 单片机控制从而实现对环境温度的采集 控制 。 实现对单片机、传感器及 A/D 转换的实践学习。 1.1 课题背景 在上世纪末，中国推出了绿色建筑、健 康住宅的概念，这就给住宅空调器的发展提供了良好的机遇。空气调节在人们生活中，起着重要的作用。传统空调器具有开调节模式，不仅噪音和温度波动大，而且开关时对空调压缩机有很大的损害。随着 计算机 技术、变频技术、智能控制技术的发展，人们摆脱了传统定频定速空调器的调节模式，开发出性能更为优良的变频变速空调器。 通过对空调发展的回顾和几种典型的 主流空调技术的应用，可以看出科技创新势不可挡。高科技含量的空调产品必将取代市场上仅仅具备了制冷制热功能的低技术含量空调。未来空调将要朝着四化，即健康化、节能环保化、人性化、网络化迈进。 电 子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。 尤其是在空调控制系统方面，更具有独到的一面，它能更准更快的反应实时温度 ，并对其能够更好的控制， 特别是其中的 C51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，影响着人们的工作和学习。 在现代社会中， 空调 不仅应用在 高级会所 ，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到 空调 的影子， 它 将 会 更好的服务于社会 。 而今，空调等家用电器随着生产技术的发展和 人们 生活水平的提高 已经 越来越普及，一个简单，稳定的 空调 控制系统 便是实现这些的核心 。 nts 2 2 1.2 课题目的 本课题主要是让我通过对空调控制系统的 硬件 设计过程 ,了解单片机以及新型 A/D转换 tlv1544， 更全面的了解空调控制系统的全过程 。通过理论联系实际的方法，是所学知识通过自己设计思考真正应用到实践中，对电子电路设计的相关知识有较为深刻的认识和理解。通过本课题的设计过程中，让自己既能学习到相关的专业知识，又能对空调系统有一个较为清晰的认识。不仅能巩固自己的 C语言和单片机基础，而且对智能化、自动化控制系统有一个更深入的了解，拓宽知识面，积累系统编程的经验 。 nts 3 3 二 系统硬件设计 2.1 设计任务 及要求 任务： 设计并制作一个空调控制器。 基本任务是利用 51 系列 单片机、 ADCTLV1544 模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的受控型空调控制器。 要求： 1） 空调控制器 具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式 2) 能对温度进行设定和控制 3) 室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。 每按一下风速选择键时，风速模式按图 2.0 所示的箭头方向依此变换： 图 2.0 风速模式选择 其中自动风与工作模式及温度有关 。 4） 具有压缩机三分钟自动保护功能。由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在 制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。 自动 高速 低速 中速 nts 4 4 2.2 总体设计 该系统 通过温度传感器 AD590 对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温循环对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。 空调温控器主要单片机 ，温度采样电路， A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路等组成 。 电 源控 制 输 出5 1 单 片 机显 示按 键 输 入温 度 传 感 器调 理 及 A D 转 换图 2.1 系统硬件框图 2.3 系统各部分硬件设计 2.3.1 单片机的选择 STC89C52 是 深圳宏晶 公司生产的单片机芯片，相对于其他芯片而言，其价格低廉，功能与其他昂贵的单片机芯片相比， 应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。 因此采用 STC89C52(如图 2.2)。 采用 89C52 单片机 （如图 2.3） 来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量 。 nts 5 5 图 2.2 STC89C52 引脚图 图 2.3 单片机最小系统 2.3.2 温度传感器的选择 温度传感器的种类很多，根据温室使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。根据温室温度控制的特点，本系统中温度传感器选用 AD590 集成温度传感器 （图 2.4 AD590封装 及采集电路） 。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的 b-e结压降的不饱和值 VBE与热力学温度 T和通过发射极电流工的关系实现对温 度 VBE = InI (2-1) qKITnts 6 6 式中， K一波尔兹常数； q一电子电荷绝对值。 集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点， 得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K，温度 0时输出为 0,温度 25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为 1 A/K。 AD590 是美国模拟器件公司利用PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。它的主要特性参数如下 : 1.流过器件的电流 ( A)等于器件所处环境的热力学温度 (开尔文 )度数，即： =1 A/K (2-2) 式中 :Ir 流过器件 (AD590)的电流，单位为 A。 T 热力学温度，单位为 K。 2. AD590的测温范围为 55 150。 3. AD590 的电源电压范围为 4V 30V。电源电压可在 4V 6V 范围变化，电流 Ir变化 1 A，相当于温度变化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 5.精度高 :AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M 档精度最高，在 55 150范围内，非线性误差为 0.3。 6.灵敏度 :1 A/K。 图 2.4 AD590封装及 采集电路 TIrnts 7 7 2.3.3 A/D 转换器 的选择 由信号处理电路输出的信号为模拟信号，而单片机只能处理数字量，所以必须首先将模拟量经过一定电路转换为数字信号，单片机才能处理，这种电路被称为 A/D转换电路，是模拟系统与计算机之间的接口部件。 A/D 转换器的主要技术指标有 :分辨率、精度、量程、转换时间等。 因此一般选择转换器主要看分辨率、 转换时间 、精度等这几项。 1） 分辨率反映转换器所能分辨的被测量的最小值。 2） 从启动转换开始， 直至取得稳定的数字量或模拟量所需的时间称为转换时间。转换时间与转换器原理及其位数有关。 3） 精度指的是转换的结果相对于实际的偏差 。 综上所述， tlv1544 为 10bit的 AD转换器，并且其转换速率小于等于 10um，精度相对于其他 AD 转换芯片而言更精确，因此本系统采用 tlv1544 作为 A/D 转换。下图为 tlv1544 引脚图及 A/D转换电路（图 2.5和 2.6） 图 2.5 tlv1544 引脚图 nts 8 8 引脚功能说明： DATA OUT ：输出转换的结果 DATA IN： 通道号 I/O CLK： 时 钟信号，上升沿（ INV CLK 为 1），下降沿（ INV CLK 为 0） EOC：转换结束信号， A0A3：四路模拟输入通道 CS：片选端，低电平有效。 REF+、 REF- ：接 VCC 、 GND CSTART： 一般接 VCC FS：一般接微处理器的 VCC 图 2.6 A/D 转换电路 2.3.4 按键 按键 输入用来控制空调系统的正常工作，是本系统最简单而又不可或缺的部分。 用 5 只按钮来分别作为启动 /关闭键、工作模式键、风速选择键、温度设定上升键和下降键。 （此外还有 1 只系统复位按钮，共 6 只） 按键输入电路如下图（图 2.7） nts 9 9 图 2.7 按键输入电路 2.3.5 lcd 显示 以往的 led 显示渐渐褪去， lcd 显示相对于 led 显示而言，直观了许多而且设计也相对简单，由此选择 lcd 显示器（图 2.8 LCDts1620 显示器引脚图 及图 2.9 与单片机连接电路 ）。 LCD显示器接口： LCD_E： LCD显示器使能 LCD_RW： LCD读写方向控制 LCD_RS： LCD命令，数据选择 LCD_DATA_TRI： LCD数据高阻态控制 LCD_DATAO： LCD 数据输出总线 图 2.8 LCD ts1620显示器引脚图 nts 10 10 图 2.9 LCD ts1620与单片机连接电路 nts 11 11 2.4 整机电路图 图 2.10 整机电路图 nts 12 12 三 系统软件设计 系统软件设计是为了在硬件设计的基础上使其实现所需控制，此系统首先初始化显示 AD590 以及 AD 转换器，然后进行温度采集并经过 AD 转换，输入单片机 控制 lcd 进行显示，并且利用单片机设定温度值，对其工作模式进行选择及控制。 软件设计流程图 图 3.1 系统控制主程序 开始 Lcd 初始化 串口初始化 温度传感器初始化 温度采集 显示温度 值 T 工作模式 风速模式 显示控制 循环 显示温度 设定值 nts 13 13 Yes yes yes Yes yes yes 图 3.2模式选择子程序 图 3.3 中断 控制流程图 检测是否有按键行为若有则继续执行 检测 key2被按下调用按键子程序 每按一次按照自动 高 中 低四个档循环 检测 key3被按下调用按键子程序 每按一次按照自动 制冷 通风 制热四个模式循环 检测 key4 或 key5 被按下调用按键子程序 按下 key4 则执行减一子程序使温度减一， key5 则执行加一子程序使温度加一 结束 温度 25度 20 设定值 5 度以上时 设定值 T-5度 = #include /库函数头文件，代码中引用了 _nop_()函数 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned char /*LCD1602*/ / 定义控制信号端口 sbit RS=P30; /P3.0 sbit RW=P31; /P3.1 sbit E=P32; /P3.2 sbit CS_AD=P23; sbit CLK=P22; sbit DATA_IN=P21; sbit DATA_OUT=P20; unsigned int Volt; unsigned char Buffer11=Volt:0.0000; / 声明调用函数 void lcd_w_cmd(unsigned char com); /写命令字函数 void lcd_w_dat(unsigned char dat); /写数据函数 unsigned char lcd_r_start(); /读状态函数 void int1(); /LCD 初始化函数 void delay(unsigned char t); /可控延时函数 void delay1(); /软件实现延时函数， 5 个机器周期 void write_1544(unsigned char a); void init_1544(); /*初始化 1544 口线 */ unsigned int read_1544( unsigned char a); /void Cstart_1544(); void TLV1544(); /函数名： delay /函数功能：采用软件实现可控延时 /形式参数：延时时间控制参数存入变量 t 中 /返回值：无 void delay(unsigned char t) unsigned char j,i; for(i=0;i=1; CLK=0; CS_AD=1; DATA_OUT=1; /*void Cstart_1544() /采样与转换的起始控制 nts 20 20 CS_AD=1; CSTART=1; delay(1); CSTART=0; delay(1); CSTART=1; */ /*选取被读的通道， 10 个数据位通过 DATA_OUT 发送到主机 */ unsigned int read_1544(unsigned char a) unsigned char i; unsigned char b=0x08; unsigned int r_data=0; /*返回转换结果 */ CS_AD=0; CLK=0; for(i=0;i=1; CLK=0; /时序 if(DATA_OUT=1) r_data+; delay1(); CS_A
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