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毕业设计论文

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0164、基于51单片机的电力载波通信开关电路的制作资料,毕业设计论文

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基于 AVR 单片机的汽车 空调控制 系统 摘要 ： AVR单片机 功能强大 ， 用 AVR单片机开发各种控制系统只需很少的外部 器件就可以实现强大的功能。本文介绍的就是利用 Atmega16、 CodeVisionAVR C开发环境、 Proteus仿真 软件开发 汽车空调 自动 控制 系统。 关键字 ： AVR单片机、 空调 自动 控制 、 CodeVisionAVR C、 Proteus仿真 1 前言 Atmega16是美国 ATMEL公司的高档 8位单片机 ， 采用 Flash存储器，可以擦写 10000次以上、内部集成 PROME 2 、 四通道 PWM、 集成 8路 10位精度 ADC、 片内经过标定的 RC振荡器 、 采用精简指令 集， 具有 32个通用工作寄存器 ， 具有 只需两个时钟周期的硬件乘法器 ， 运算速度快等 。由于其 集成度高、 处理 速度快 ， 使得利用 AVR单片机进行系统开发只需很少（甚至没有）的外部器件 即可实现强大的功能， 逐渐 在各种场合 得到广泛应用，取代其它 8位单片机 。 利用它来开发汽车空调控制系统 ，只需 热电阻、 液晶显示模块和一些继电器及其驱动芯片即可实现。 2 工作原理 本系统可以分为 五 大部分： 热电阻温度采集、运行状态显示、 继电器控制、键盘输入 、 风向步进电机控制 。 2.1 热电阻温度采集 热电阻传感器以其温度 特性稳定、测量精 图 1 Pt1000热电阻温度测量电路 度 高 的特点，在大型中央空调得到了广泛的应用 。 采用 Pt1000热电阻作为温度传感器的测量电路原理图 如图 1 所示。 热电阻 Rt与三个电阻接成电桥 。当温度变化时， 使得运算放大器的同相输入端的 电位发生变化，经过运算放大器 放大之后输入到 Atmega16单片机进行 AD转换。由于 单片机采用 5V电压作为 ADC的参考电源， 而电桥在温度变化为 0 100 C时，输出电压范围为0 0.7V， 所以确定运算放大电路的放大倍数为7,以 获 得最佳的测量结果。 运算放大电路的电阻按以下公式确定： 71045 iuuRR 456 / RRR 取 860,1,6645 RkRkR。 输出电压变化范围大致是 0 5V。 由于 ADC的转换精度为 10,故当输入电压为5V时，其 采样值为 1023,根据电桥平衡原理，可得到以下 公式： )21(1023750tt RR RUNV（ 1） 其中， N ADC数据寄存器的值， U 电桥电源电压， 0R Pt1000在 0 C时的电阻 1000 。 Pt1000 热电阻 的阻值按以下公式计算： : )1( 20 tBtARR t （ 2） nts Rt 温度为 t 时铂热电阻的电阻值， ； t 温度， ； 0R Pt1000在 0 C时的电阻 1000 。 A 分度常数 ， A 0.0038623139728 B 分度常数 ， B -0.00000065314932626 用 Visual Basic.Net根据以上公式（ 1）、（ 2）生成用 N来查找温度 t的程序表格，其代码如下： Private Sub Pt1000() Me.Cursor = Cursors.WaitCursor txtTab.Clear() Dim U As Integer = 9 电桥电源电压 热电阻 0度时的电阻值 Dim Pt1000_R0 As Integer = 1000 Dim n As Integer Dim sngT As Single Dim sngRt As Single txtTab.AppendText(const float Pt1000Tab= & Chr(13) & Chr(10) For n = 0 To 1023 sngRt = (10000 * n + 7161000 * U) / (7161 * U - 10 * n) sngT = (-const_A + Sqrt(const_A 2 - 4 * const_B * (1 - sngRt / Pt1000_R0) / (2 * const_B) If n nts /*使用 PORTB连接 LCD模块 */ #asm .equ _lcd_port=0x18 ;PORTB #endasm void main(void) /定义字符数组 uchar arr5; /初始化 ,指定列数为 16 lcd_init(16); /设定显示坐标 为（ 0,1） lcd_gotoxy(0,1); /*在（ 0,1）显示字符串 ,注意：此字符串存储在 Flash只读存储器中 */ lcd_putsf(Run Mode:); /*调用 “浮点数转换成字符串”函数， 函数原型： void ftoa(float n, unsigned char decimals, char *str) data为浮点数 */ ftoa(data,1,arr); /设定显示坐标 为（ 0,2） lcd_gotoxy(0,2); /显示 RAM中字符串数组 arr的内容 lcd_puts(arr); while(1); 2.3 继电器控制 Atmega16 输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流 ，直接驱动 LED，但是仍然不能 直接 驱动更大电流的器件，如继电器，所以必须 接入较大功率的驱动器。常用的 驱动方法有 74 系列功率集成电路驱动、 MOC 系列光耦合过零触发双向晶闸管驱动、固态继电器 驱动等。 本系统采用 ULN2003 芯片来驱动继电器。其内部结构如图 2 所示。 ULN2003 是达林顿 阵列 ， 是 专门用来驱动 继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈 图 2 ULN2003 内部结构图 反电动势的二极管。 ULN2003 的输出端允许通过 IC 电流 200mA，饱和压降 VCE 约 1V 左右，耐压 BVCEO 约为 36V。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器 (SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡 ，共可 以驱动 7 路，减少了电路板的连线数量，成本较低，广泛应用于各种工控板 ，其驱动原理如图 3 所示 。 图 3 驱动原理 压缩机离合器 继电器采用 RS触发器和ULN2003一起控制，这样做的好处是： 当 单片机受到外界干扰而 不断复位或看门狗超时复位时，保证压缩机始终处于开启或关闭状态， 有助于延长压缩机的寿命。 2.4 键盘输入 本系统采用 3 3矩阵式 键盘。通过键盘 可以控制系统工作方式（关闭、送风、制冷）、风向步进电机 （水平送风、倾斜送风、扫风） 、 温度设定等 。 键盘的 行由 PD0、 PD1、 PD2（使能内部上拉电阻） 控制， 而列则由 PC3、 PC4、 PC5控制 ，nts 如图 4所示。 采用程序扫描的方式 识别键码，其工作过程如下： (1) 判断键盘中有无键按下。 通过以下代码实现： PORTC&=0x20; if(PIND&0x07)!=0x07) / 首先置 PC5为“ 0”， 再判断 PD0、 PD1、PD2是否都为“ 1” 。如果全为“ 1” ,则 表明 第 3列 无键按下，否则 有键按下 ,进入消除抖动 程序 ；再置 PC4为“ 0”，再判断 PD0、 PD1、 PD2是否都为“ 1”。如果全为“ 1” ,则表明第 2列无键按下，否则有键按下 ,进入 消除抖动 程序 ； 再置 PC3为“ 0”， 再判断 PD0、 PD1、 PD2是否都为“ 1”。如果全为“ 1” ,则表明第 1列无键按下，否则有键按下 ,进入 消除抖动 程序。 图 4 3 3矩阵式键盘 (2) ,消除抖动。当发现有键按下时，延时一段时间再判断键盘状态，若仍有键保持按下状态，则可以确定有键按下，否则认为是抖动。通过以下代码实现： delay(); if(PIND&0x07)!=0x07) / (3) 判断键码 。 以下是识别为“ Key2-3”（ 第2行第 3列）的程序代码，其它按健 类似。 if(PIND&0x07)=0x05) / Key 2-3 / uchar key_num=K23; / 等待按键 释放 while(PIND&0x07)=0x05); /判断换气风机是否在运行 if(ventilator_state=1) ventilator_state=0; /关闭换气风机 stop_ventilator(); /在 LCD 上的 (12,3)显示“ OFF” lcd_gotoxy(12,3); lcd_putsf(OFF); else ventilator_state=1; /开启换气风机 start_ventilator(); /在 LCD 上的 (12,3)显示“ Run” lcd_gotoxy(12,3); lcd_putsf(Run); return;/识别完毕，返回主程序 2.5 风向步进电机控制 Atmega16 的定时器能够输出 PWM， 编程简单，精度高。 编程让 定时器 2 工作于 相位可调模式，产生高精度的 PWM 波形输出，调节占空比，以达到控制步进电机 不同转角的目的 。 初始化设置如下： ASSR=0x00; /* 相位可调 PWM 模式，比较匹配时清零 OC2,计数为 0xff 时置位 OC2 */ nts TCCR2=0x64; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; TIMSK=0x80; /使能匹配 中断 图 5 相位 可调 PWM 模式的时序图 图 6 水平送风模式下的 PWM波形 图 6 倾斜送风模式下的 PWM波形 3 仿真 Proteus 是目前最好的模拟单片机 及 外围器件的 仿真软件， 可以仿真 51 系列、 AVR， PIC等常用的 MCU 及其外围电路 ,如 LED、 LCD、RAM、 ROM、 键盘 、 马达 、 继电器、 AD/DA、部分 SPI 器件 、 部分 )TWI(CI2 器件 、 74 系列、 COMS 4000系 列芯片 等。 利用 Proteus可以大大提高开发效率、降低 投资， 在没有硬件的情况下让开发 人员 能像 Pspice仿真模拟 /数字电路那样仿真 MCU及外围电路。 Proteus提供的可调电阻是“十级可调”而不是“无级可调” ，所以 本系统 采用三个可调电阻模拟 Pt1000热电阻 ,以实现“粗调”、“ 中 调” 、 “ 细调 ” ，更真实反映热电阻阻值的细微变化 。 图 7 换气风机、压缩机 、蒸发器风机处于工作状态 图 8 LCD显示结果 4. 结语 nts 本系统 采用 AVR单片机实现汽车空调的自动控制（双位控制），具有电路结构简单、分立 元件少 、系统界面友好、操作简单等优点，能满足一般精度要求的 公交车空调的自动控制。 参考文献 1 ATMEL公司的 ATmega16产品文档 （ /cn/default.asp） 2 刘汧 CodeVisionAVR C库函数介绍 3 王幸之 钟爱琴 王雷 王闪 AT89系列 单片机原理与接口技术 北京航空航天大学出版社 2004 附：电路原理图和程序源代码 nts /* Project : 汽车空调控制系统 Version : 1 Date : 2005-12-13 Author : Benny Blog : Company : 509 Chip type : ATmega16L Program type : Application Clock frequency : 8.000000 MHz Memory model : Small External SRAM size : 0 Data Stack size : 256 */ #include #include #include Pt1000Tab.h #include inc.h #asm .equ _lcd_port=0x18 ;PORTB #endasm #include bit boolean; uchar ventilator_state; uchar fan; uchar blow; uchar run_mode; uchar temp; uchar setting_value; interrupt TIM2_COMP void timer2_comp_isr(void) /产生 PWM,控制步进电机 if (fan=1) OCR2=64; else if(fan=2) OCR2=128; #define FIRST_ADC_INPUT 0 /第一通道 #define LAST_ADC_INPUT 1 /最后一通道 ，最大值为 7,共 8个通道 unsigned int adc_dataLAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1; nts #define ADC_VREF_TYPE 0x40 / ADC 中断服务程序 / 自动扫描模拟量输入端口， interrupt ADC_INT void adc_isr(void) register static unsigned char input_index=0; / 读取转换结果 adc_datainput_index=ADCW; / 选择转换通道 if (+input_index (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT) input_index=0; ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT|ADC_VREF_TYPE)+input_index; /启动 AD 转换 ADCSRA|=0x40; void main(void) float current_temp;/保存当前温度 / Port A 初始化 / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00; / Port B 初始化 / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTB=0x00; DDRB=0x00; / Port C 初始化 / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x38; DDRC=0x38; / Port D 初始化 / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x1f; DDRD=0xF8; /用 T2产生 PWM,控制风向步进电机 / Timer/Counter 2 initialization / Clock source: System Clock / Clock value: Timer 2 Stopped nts / Mode: Normal top=FFh / OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x64; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; / Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x80; / Analog Comparator initialization / Analog Comparator: Off / Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; / ADC initialization / ADC Clock frequency: 125.000 kHz / ADC Voltage Reference: AVCC pin / ADC Auto Trigger Source: Free Running ADMUX=FIRST_ADC_INPUT|ADC_VREF_TYPE; ADCSRA=0xEE; SFIOR&=0x1F; / LCD module 初始化 lcd_init(16); / 开启全局中断 #asm(sei) dis_character(); setting_value=25; run_mode=0; ventilator_state=0; lcd_gotoxy(12,3); lcd_putsf(OFF); while (1) scan_key(); /扫描键盘 blow_mode(); /设定送风方式 display(); /显示状态参数 if(run_mode=2) current_temp=Pt1000Tabadc_data0; if (current_temp=28) setting_value=28; else setting_value+; return; PORTC|=0x10; /K11 K21 K31 PORTC&=0x08; if(PIND&0x07)!=0x07) delay(); if(PIND&0x07)!=0x07) if(PIND&0x07)=0x06) /Key 3-1 /uchar key_num=K31; while(PIND&0x07)=0x06); return; if(PIND&0x07)=0x05) /Key 2-1 /uchar key_num=K21; while(PIND&0x07)=0x05); return; if(PIND&0x07)=0x03) /Key 1-1 /uchar key_num=K11; while(PIND&0x07)=0x03); return; PORTC|=0x08; void blow_mode(void) switch(blow) nts case 0: fan=0; break; case 1: fan=1; break; case 2: fan=2; break; case 3: temp+; if(temp=5) boolean=boolean; if (boolean=1) fan=1; else fan=2; break; void delay(void) uint i,j; for (i=0;i10;i+) for (j=0;j10;j+) void dis(uchar channel,uchar x,uchar y) uchar arr5; /* nts 根据当前采样值进行查表， Pt1000Tab程序常数表格事先用 Visual Basic.Net 生成 ,共有 1024 个值 */ ftoa(Pt1000Tabadc_datachannel,1,arr); lcd_gotoxy(x,y); lcd_puts(arr); void display(void) uchar setting3; dis(0,2,0); itoa(setting_value,setting); lcd_gotoxy(12,0); lcd_puts(setting); void dis_character(void) lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(T:); lcd_gotoxy(8,0); lcd_putsf(Set:); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf(Run Mode:); lcd_gotoxy(10,1); lcd_putsf(OFF ); lcd_gotoxy(0,2); lcd_putsf(Blow Mode:); lcd_gotoxy(10,2); lcd_putsf(Mode0); lcd_gotoxy(0,3); lcd_putsf(Ventilator:); /*-“ Pt1000tab.h” 文件内容 - 数组的值为 温度值， 注释为 ADCW 寄存器的值（采样值） ，与数组的索引 index 对应 .例 如 ： 1.8, /* 22 */，则 Pt1000Tab22 1.8，表示当 ADCW 寄存器的值（采样值）为 22 时，对应温度为 ： 1.8 C 查表方法： ftoa(Pt1000Tabadc_data0,1,arr); 功能：将通道 0的采样值 adc_data0作为索引查表，得到对 应的温度值（浮点数），再转换成字符串 （保留一位小数） 形式，存入 arr 字符数组中 -*/ const float Pt1000Tab= nts 0.0, /* 0 */ 0.1, /* 1 */0.2, /* 2 */0.2, /* 3 */0.3, /* 4 */0.4, /* 5 */ 0.5, /* 6 */0.6, /* 7 */0.6, /* 8 */0.7, /* 9 */0.8, /* 10 */ 0.9, /* 11 */1.0, /* 12 */1.0, /* 13 */1.1, /* 14 */1.2, /* 15 */ 1.3, /* 16 */1.4, /* 17 */1.5, /* 18 */1.5, /* 19 */1.6, /* 20 */ 1.7, /* 21 */1.8, /* 22 */1.9, /* 23 */1.9, /* 24 */2.0, /* 25 */ 2.1, /* 26 */2.2, /* 27 */2.3, /* 28 */2.3, /* 29 */2.4, /* 30 */ 2.5, /* 31 */2.6, /* 32 */2.7, /* 33 */2.7, /* 34 */2.8, /* 35 */ 2.9, /* 36 */3.0, /* 37 */3.1, /* 38 */3.2, /* 39 */3.2, /* 40 */ 3.3, /* 41 */3.4, /* 42 */3.5, /* 43 */3.6, /* 44 */3.6, /* 45 */ 3.7, /* 46 */3.8, /* 47 */3.9, /* 48 */4.0, /* 49 */4.1, /* 50 */ 4.1, /* 51 */4.2, /* 52 */4.3, /* 53 */4.4, /* 54 */4.5, /* 55 */ 4.5, /* 56 */4.6, /* 57 */4.7, /* 58 */4.8, /* 59 */4.9, /* 60 */ 5.0, /* 61 */5.0, /* 62 */5.1, /* 63 */5.2, /* 64 */5.3, /* 65 */ 5.4, /* 66 */5.4, /* 67 */5.5, /* 68 */5.6, /* 69 */5.7, /* 70 */ 5.8, /* 71 */5.9, /* 72 */5.9, /* 73 */6.0, /* 74 */6.1, /* 75 */ 6.2, /* 76 */6.3, /* 77 */6.4, /* 78 */6.4, /* 79 */6.5, /* 80 */ 6.6, /* 81 */6.7, /* 82 */6.8, /* 83 */6.8, /* 84 */6.9, /* 85 */ 7.0, /* 86 */7.1, /* 87 */7.2, /* 88 */7.3, /* 89 */7.3, /* 90 */ 7.4, /* 91 */7.5, /* 92 */7.6, /* 93 */7.7, /* 94 */7.8, /* 95 */ 7.8, /* 96 */7.9, /* 97 */8.0, /* 98 */8.1, /* 99 */8.2, /* 100 */ 8.3, /* 101 */8.3, /* 102 */8.4, /* 103 */8.5, /* 104 */8.6, /* 105 */ 8.7, /* 106 */8.8, /* 107 */8.8, /* 108 */8.9, /* 109 */9.0, /* 110 */ 9.1, /* 111 */9.2, /* 112 */9.3, /* 113 */9.3, /* 114 */9.4, /* 115 */ 9.5, /* 116 */9.6, /* 117 */9.7, /* 118 */9.8, /* 119 */9.8, /* 120 */ 9.9, /* 121 */10.0, /* 122 */10.1, /* 123 */10.2, /* 124 */10.3, /* 125 */ 10.3, /* 126 */10.4, /* 127 */10.5, /* 128 */10.6, /* 129 */10.7, /* 130 */ 10.8, /* 131 */10.8, /* 132 */10.9, /* 133 */11.0, /* 134 */11.1, /* 135 */ 11.2, /* 136 */11.3, /* 137 */11.4, /* 138 */11.4, /* 139 */11.5, /* 140 */ 11.6, /* 141 */11.7, /* 142 */11.8, /* 143 */11.9, /* 144 */11.9, /* 145 */ 12.0, /* 146 */12.1, /* 147 */12.2, /* 148 */12.3, /* 149 */12.4, /* 150 */ 12.4, /* 151 */12.5, /* 152 */12.6, /* 153 */12.7, /* 154 */12.8, /* 155 */ 12.9, /* 156 */13.0, /* 157 */13.0, /* 158 */13.1, /* 159 */13.2, /* 160 */ 13.3, /* 161 */13.4, /* 162 */13.5, /* 163 */13.6, /* 164 */13.6, /* 165 */ 13.7, /* 166 */13.8, /* 167 */13.9, /* 168 */14.0, /* 169 */14.1, /* 170 */ 14.1, /* 171 */14.2, /* 172 */14.3, /* 173 */14.4, /* 174 */14.5, /* 175 */ 14.6, /* 176 */14.7, /* 177 */14.7, /* 178 */14.8, /* 179 */14.9, /* 180 */ 15.0, /* 181 */15.1, /* 182 */15.2, /* 183 */15.3, /* 184 */15.3, /* 185 */ 15.4, /* 186 */15.5, /* 187 */15.6, /* 188 */15.7, /* 189 */15.8, /* 190 */ 15.9, /* 191 */15.9, /* 192 */16.0, /* 193 */16.1, /* 194 */16.2, /* 195 */ 16.3, /* 196 */16.4, /* 197 */16.5, /* 198 */16.5, /* 199 */16.6, /* 200 */ 16.7, /* 201 */16.8, /* 202 */16.9, /* 203 */17.0, /* 204 */17.1, /* 205 */ 17.1, /* 206 */17.2, /* 207 */17.3, /* 208 */17.4, /* 209 */17.5, /* 210 */ 17.6, /* 211 */17.7, /* 212 */17.8, /* 213 */17.8, /* 214 */17.9, /* 215 */ 18.0, /* 216 */18.1, /* 217 */18.2, /* 218 */18.3, /* 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