基于MCS單片機(jī)的空調(diào)溫控制器的設(shè)計(jì)和開發(fā)

1、基于MCS單片機(jī)的空調(diào)溫控制器的設(shè)計(jì)和開發(fā) 作者： 日期：2 個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途目錄摘要1關(guān)鍵詞1第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案11。1 課題背景11。2空調(diào)溫控器的功能設(shè)計(jì)2第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.1 單片機(jī)22.2 A/D轉(zhuǎn)換電路32.2。1 ADC0801介紹32.2。2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理32。3 溫度采樣電路42.3。1 AD590型溫度傳感器42.3.2 溫度采樣工作原理42。4按健開關(guān)52.5溫度顯示電路52.5。1 LED驅(qū)動(dòng)52.5.2 溫度顯示工作原理62.6壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73。1軟件設(shè)計(jì)思路73。2 程序流程73。3 程序內(nèi)容編寫8第4章 結(jié)

2、論11致謝12參考文獻(xiàn)12英文翻譯12附錄13基于MCS51單片機(jī)的空調(diào)智能溫控器的設(shè)計(jì)與開發(fā)陳厚林重慶三峽學(xué)院物理與電子工程系電子信息工程專業(yè)2005級(jí) 重慶萬州404000摘要 本控制電路是以8051單片機(jī)為控制核心。整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度采樣電路，DS18B20轉(zhuǎn)換器，按鍵電路,驅(qū)動(dòng)電路，7段譯碼器,LED數(shù)碼顯示器。在配合用C語言編制的程序使軟件實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度智能轉(zhuǎn)換的基本功能。本控制電路成本低廉,功能實(shí)用，操作簡(jiǎn)便，有一定的實(shí)用價(jià)值。本文從3個(gè)方面展開論述，首先是硬件電路的描述；接著軟件部分的設(shè)計(jì)；最后實(shí)現(xiàn)功能。關(guān)鍵詞8051單片機(jī) 溫度控制 LED數(shù)碼顯示第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3、方案1.1 課題背景電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生,給人們的生活帶來了根本性的變化,如果說微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，單片機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列的單片機(jī)的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度，推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn),影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。在現(xiàn)代社會(huì)中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個(gè)方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會(huì)見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會(huì)。而今，空調(diào)等家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)

4、展和生活水平的提高越來越普及,一個(gè)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場(chǎng)。而本次設(shè)計(jì)就是要通過以MCS-51系列單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)溫度控制器的設(shè)計(jì)。1。2空調(diào)溫控器的功能設(shè)計(jì)通過溫度傳感器對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)傳輸給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對(duì)空氣進(jìn)行處理，從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況?？照{(diào)溫控器主要單片機(jī)，時(shí)序電路,溫度采樣電路,A/D轉(zhuǎn)換電路，溫度顯示電路，溫度輸入電路，驅(qū)動(dòng)電路等組成。系統(tǒng)原理圖見圖1所示：數(shù)碼管7段譯碼器 80517段譯碼器7段譯碼器數(shù)碼管數(shù)碼管按鍵電路驅(qū)動(dòng)電路溫度

5、采樣電路繼電器圖1 空調(diào)機(jī)溫度控制系統(tǒng)框圖 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī) 由于空調(diào)溫度控制器的核心就是單片機(jī),單片機(jī)的選擇將直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的工作是否有效和協(xié)調(diào)。本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列的8051單片機(jī),因?yàn)?051單片機(jī)應(yīng)用廣泛,性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。8051包含了8位CPU，片內(nèi)振蕩器,4K字節(jié)ROM，128字節(jié)RAM，2個(gè)16位定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，中斷結(jié)構(gòu)，I/O接口等?？蛇M(jìn)行計(jì)算，定時(shí)等一系列功能.2。2 A/D轉(zhuǎn)換電路2.2。1 ADC0801介紹ADC0801是8位全MOS中速A/D 轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器,片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直接

6、口接。其主要引腳功能如下：(1）RD，WR：讀選通信號(hào)和選通信號(hào)（低電平有效）。(2)CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0-DB7是輸入信號(hào).（4)CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端,與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。（5）CS：片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動(dòng)。（6)WR：寫信號(hào)輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動(dòng)輸入端，低電平有效,CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。（7）INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，低電平有效,輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號(hào)常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。 （8）CLK

7、:為外部時(shí)鐘輸入端,時(shí)鐘頻率高,A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ,典型值為640KHZ，此時(shí),A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us。通常由MCS51單片機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連.當(dāng)MCS單片機(jī)與讀寫外，RAM操作時(shí),ALE信號(hào)固定為CPU時(shí)鐘頻率的1/6,若單片外接的晶振為6MHZ,則1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為64us。 2。2。2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖2.1所示。ADC0801的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端DB0-DB7與8051的P0.0-P0.7相連，INTR與P2.0口相連，INTR端用于給出A/D轉(zhuǎn)換完成信號(hào),所以通過查詢P2.0便可以獲知A/D轉(zhuǎn)換

8、是否完成。RD與8051 RD相連，WR也是跟8051 WR相連.CS、VIN+接地。（低電平有效）ADC0801的兩模擬信號(hào)輸入端,用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號(hào)，與WR同時(shí)為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)切在WR上升沿后100 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí),INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。如CS、RD同時(shí)來低電平,則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開,數(shù)字信號(hào)送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài) 。圖2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路圖2。3 溫度采樣電路2.3.1 AD590型溫度傳感器AD590是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值.在被測(cè)溫度一定時(shí),AD59

9、0相當(dāng)于一個(gè)恒流源，AD590溫度感測(cè)器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流,由于此信號(hào)為模擬信號(hào)，因此,要進(jìn)行進(jìn)一步的控制及數(shù)碼顯示，還需將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。它的主要特性如下：（1）流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)；即：  式中： (1)Ir流過器件(AD590）的電流，單位為mA；T熱力學(xué)溫度,單位為K。 （2）AD590的測(cè)溫范圍為55+150；（3） AD590的電源電壓范圍為4V30V； 2。3。2 溫度采樣工作原理 因?yàn)锳D590是將溫度轉(zhuǎn)換為電流,而單片機(jī)對(duì)電壓信號(hào)更好測(cè)量，所以要將電流轉(zhuǎn)化為電壓，同時(shí)對(duì)電壓信

10、號(hào)進(jìn)行放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換ADC0801的VI端口。 電流轉(zhuǎn)化為電壓表達(dá)式如下： （2) 由反相比例運(yùn)算放大電路，根據(jù)“虛斷”，“虛短”，集成運(yùn)放凈輸入電壓為零，凈輸入電流為零,凈輸入電流為零等推算出表達(dá)式為： （3） 最后由(1），(2),（3)得到: （4）圖2。2 溫度采樣電路2.4按健開關(guān)按鍵開關(guān)電路由一按鍵連接到8051的P2。1端口所示。按下P2。1按鍵，放開后進(jìn)入溫度設(shè)定模式，顯示設(shè)定最高溫度34oC,每按一次設(shè)定溫度將減小1oC，直至最低設(shè)定溫度20oC,再按一次回到34oC.2.5溫度顯示電路2.5。1 LED驅(qū)動(dòng) 7447 介紹：7447是一塊BCD碼轉(zhuǎn)換成7段LED數(shù)碼管

11、的譯碼驅(qū)動(dòng)IC,7447的主要功能是輸出低電平驅(qū)動(dòng)的顯示碼,用以推動(dòng)共陽(yáng)極7段LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。相應(yīng)引腳功能如下：（1）QA，QB,QC,QD，QE,QF,QG：7段LED數(shù)碼輸出引腳。（2）A，B，C,D ：輸入引腳。（3）RBO，BT，LI 高電平輸出有效。2。5.2 溫度顯示工作原理 溫度顯示電路如圖2。3所示：由2片TTL7447和2片七段LED組成，LED采用共陽(yáng)級(jí)接法。7447的QA-QG接BCD的ag,段選信號(hào)由8051的P1口提供，LED顯示數(shù)據(jù)由7447的輸出決定,即由P1口信號(hào)的取值決定。圖2。3 TTL7447 BCD顯示電路2.6壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)控制,

12、8051的RXD的引腳與7404的引腳相連接，從RXD發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)7404和ULN2003到達(dá)壓縮機(jī),驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的運(yùn)行和停止。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。其中ULN2003是由7個(gè)NPN具有用共陰二極管夾緊來轉(zhuǎn)換電感負(fù)載的高壓輸出特征的達(dá)林頓晶體管組成。當(dāng)前一對(duì)單精度型的額定電流為500mA，有比較高的電流容量，它的應(yīng)用軟件包括繼電器驅(qū)動(dòng)器、顯示驅(qū)動(dòng)器，線驅(qū)動(dòng)器和邏輯緩沖器等.在本驅(qū)動(dòng)電路中的作用是增大電流驅(qū)動(dòng)能力。該芯片采用16腳的DIP 封裝，其中第9為公共輸出端CO

13、M,有一個(gè)輸出端為高電平，COM就為高電平。圖2。4 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3。1軟件設(shè)計(jì)思路 軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)包括啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、設(shè)置溫度、溫度控制等，其中啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、設(shè)置溫度等工作在主程序中完成,溫度控制在中斷服務(wù)程序中完成，即每隔一段時(shí)間對(duì)比測(cè)量溫度與設(shè)定溫度之間的大小關(guān)系，根據(jù)對(duì)比結(jié)果給出控制信號(hào),令壓縮機(jī)的運(yùn)行或停止，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控.3。2 程序流程主程序流程圖如圖3。1所示中斷服務(wù)程序流程圖3.2所示.開始系統(tǒng)初始化啟動(dòng)定時(shí)器啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置溫度要設(shè)置溫度嗎？是否完成A/D轉(zhuǎn)換？讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示處理，比較控制YNYN 圖2主程

14、序流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)重裝定時(shí)初值設(shè)定溫度測(cè)量溫度？令壓縮機(jī)工作令壓縮機(jī)停止工作中斷返回YN圖3。2定時(shí)器中斷服務(wù)子程序圖3.2 中斷服務(wù)程序流程圖3.3 程序內(nèi)容編寫ORG 0000HJMP START1 ; ORG 000BH ； 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷JMP TIM0 ; 轉(zhuǎn)中斷程序START1: MOV TMOD，01H; 設(shè)定定時(shí)器0工作方式1 MOV TH0 ， HIGH（6553650000）； 設(shè)定初值 MOV TL0，LOW(65536-50000); SETB TR0; 啟動(dòng)定時(shí)器0 MOV IE，#82H; 定時(shí)器0開放中斷 MOV 24H，#0FFH; ANL P1,00H

15、; MOV R0,14； 延時(shí)START: MOVX R0，A; 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換WAIT： JNB P2.1,SET0； 檢測(cè)溫度輸入 JB P2.0,ADC; 檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否完成 JMP WAITADC： MOVX A，R0； 將轉(zhuǎn)換好的值送入ALCALL L1；LCALL DISP;JMP STARTL1: CLR C; 清0 MOV 20H，#00H; MOV 21H，#00H； MOV R3,#08H； 顯示位數(shù)NEXT： RLC A; 將A的內(nèi)容和Cy左移一位，顯示準(zhǔn)備 MOV R2，A； MOV A，20H; ADDC A,20H DA A； 對(duì)A進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整 MOV 20H,A；

16、 MOV A，21H; ADDC A，21H MOV 21H，A； MOV A,R2; DJNZ R2，NEXT； R2-10 循環(huán)計(jì)數(shù) L2： MOV A,20H ADD A,20H； DA A; MOV 20H，A; MOV A，21H; ADDC A,21H； DA A； MOV 21H,A; RETDISP: MOV A,20H； 顯示程序 ANL A，#0F0H SWAP A； 交換高低位 MOV 22H,A MOV A，21H； ANL A,0FFH SWAP A ; ORL A,22H； MOV 23H,A MOV P1，A; MOV R7，0FFH； DJNZ R7,$； 是否

17、顯示完 RETSET0： LCALL DELAY; JNB P2。1，$; 等待按鍵操作 LCALL DELAY; 消除按鍵抖動(dòng)A2： CJNE R0,0FFH,A1; MOV R0,14； 延時(shí)A1： MOV A,R0; MOV DPTR，#TABLE ; 數(shù)據(jù)指針指向表頭 MOVC A,A+DPTR; 查表 MOV P1,A； MOV 24H，A; MOV R5，4FH;D4： MOV R7,0FFHD2: MOV R6，0FFHD1： JNB P2.1，SET1； 有按鍵按下 轉(zhuǎn)SET1 DJNZ R6,D1 DJNZ R7,D2 DJNZ R5，D4 JMP START； SET1:

18、LCALL DELAY； JNB P2.1,$; 等待按鍵操作 LCALL DELAY； 消除抖動(dòng) DEC R0； JMP A2；TIM0: PUSH ACC； 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH PSW MOV TH0，HIGH (65536 50000）; 重裝定時(shí)初值 MOV TL0，LOW (65536 50000） CLR C ; 進(jìn)位標(biāo)志清0 MOV A,24H; 比較溫度 SUBB A,23H； JNC OFF； CLR C； MOV A，24H； SUBB A，23H； JNC OFF； CLR P3。0; 壓縮機(jī)停止工作RETURN: POP PSW POP ACC RETI ； 中斷返回O

19、FF: SETB P3。0；驅(qū)動(dòng) 壓縮機(jī)開始工作 JMP RETURNDELAY： MOV R7,60; 延時(shí)程序D3: MOV R6,#248 DJNZ R6， DJNZ R7，D3 RETTABLE: DB 20H，21H,22H,23H，24H; DB 25H，26H，27H，28H，29H DB 30H，31H，32H，33H,34H END 第4章 結(jié)論 空調(diào)的發(fā)明和使用給人們的生活和工作帶來了很大的便利。而空調(diào)的發(fā)展由原來的手動(dòng)控制逐漸向智能控制發(fā)展，現(xiàn)在市場(chǎng)上很多的空調(diào)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能控制。空調(diào)的核心就是溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)的核心就是單片機(jī)。單片機(jī)因?yàn)槌杀镜停δ芊€(wěn)定，而大

20、量應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本論文用MCS51系列的8051單片機(jī)做成空調(diào)溫度控制器,通過溫度采集，A/D轉(zhuǎn)換,CPU控制，然后通過數(shù)碼管顯示等一系列硬件功能和軟件功能，共同完成溫度的智能控制。由于MCS-51單片機(jī)技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，而且比其他單片機(jī)簡(jiǎn)單,通過此單片機(jī)做成的空調(diào)溫度控制器成本低廉，操作簡(jiǎn)便，有一定的實(shí)用性.但由于本人知識(shí)不全面和能力的不足，只能對(duì)部分溫度進(jìn)行處理，控制精度不高,節(jié)能性能不好,反映速度不快等問題等待解決，離成熟還有一段距離。但通過作畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我把所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，對(duì)單片機(jī)，匯編語言有了更深的理解，同時(shí)學(xué)到了更多的知識(shí),對(duì)自身能力有了很大的提高。致謝在本論文的完成過程中

21、，首先要感謝我的指導(dǎo)老師賴于樹老師，半年來在他的悉心指導(dǎo)和無微不至幫助下,才能順利完成這次設(shè)計(jì)。賴?yán)蠋煘檎撐牡恼n題研究提供了很多指導(dǎo)性意見，對(duì)論文的撰寫，修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助.在此,學(xué)生衷心表示感謝：“老師，您辛苦了!”此外還要感謝我的同學(xué)和寢室兄弟們，是他們?cè)谖疑詈蛯W(xué)習(xí)上給予了很多無私的幫助，值此機(jī)會(huì),我向你們說聲謝謝！此外，就要感謝評(píng)閱老師對(duì)本論文進(jìn)行的認(rèn)真評(píng)閱和批評(píng)指正.最后，向所有給予我關(guān)懷和幫助的師長(zhǎng)和同學(xué)們表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)1 何立民。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M。北京：清華大學(xué)出版社,20052 吳金戎. 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M。北京：清華大學(xué)出版社，20053

22、胡斌.圖表細(xì)說電子元器件M。北京:電子工業(yè)出版社,20054 王福瑞.單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全M.北京:電子工業(yè)出版社，20065 姜志海.電片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社，20056 黃正祥,鄧懷雄，郭延文，周書。 基于MCS-51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，6：20217李伙友?；贛CS51的溫度控制器的設(shè)計(jì)J。龍巖學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，24（6):16-188關(guān)平,劉紅，林強(qiáng)。可實(shí)現(xiàn)的基于MCS-51單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J。自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，27(10）：108110英文翻譯Based on SCM air conditioning 51 MCS intelligent thermostat design and developmentCHENG Hou-lin(Physics and Electronic Engineering Dept. Chongqing Three Gorges University, Wanzhou 4