空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 數(shù)理與信息工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 題 目： 空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 成 績(jī)： ( 2006.6 )目 錄第1節(jié) 引 言3 1.1 空調(diào)控制系統(tǒng)概述41.2 設(shè)計(jì)任務(wù)41.3 系統(tǒng)主要功能4第2節(jié) 空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)42.1 總體方案示意圖42.2 硬件總體設(shè)計(jì)方案52.3 單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)52.4 復(fù)位及復(fù)位電路設(shè)計(jì)62.5按鍵接口設(shè)計(jì)72.6系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖8第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)9 3.1 系統(tǒng)主程序模塊93.2 溫度設(shè)定中斷子程序103.3 溫度顯示子程序123.4 定時(shí)中斷子程序13第4節(jié) 結(jié)束語1

2、7參考文獻(xiàn) 18空調(diào)控制系統(tǒng)第1節(jié) 引 言目前空調(diào)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。空調(diào)的主要功能是改變室內(nèi)溫度。隨著微電子、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從家用電器、機(jī)電一體化產(chǎn)品到航空航天技術(shù)、人工智能、生物工程以及現(xiàn)代通信技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用都取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平已在很大程度上決定了生產(chǎn)力的水平。微型單片機(jī)系統(tǒng)以其體積小、性能價(jià)格比高，指令豐富、提供多種外圍接口部件、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中，在溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。隨著能源的日趨減少，大氣污染愈加嚴(yán)重，節(jié)能已是一個(gè)不容

3、忽視的問題。眾所周知，空調(diào)正朝著節(jié)能、舒適、靜噪于一體的方向發(fā)展。如變頻空調(diào)，它剛一問世，就顯示出強(qiáng)大的生命力；家用中央空調(diào)將全部居室空間的空氣調(diào)節(jié)和生活品質(zhì)改善作為整體來實(shí)現(xiàn)，克服了分體式壁掛和柜式空調(diào)對(duì)分割室的局部處理和不均勻的空氣氣流等不足之處。通過巧妙的設(shè)計(jì)和安裝可實(shí)現(xiàn)美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，是國(guó)際和國(guó)內(nèi)的發(fā)展潮流。可以預(yù)料，下世紀(jì)的空調(diào)將會(huì)以更快的步伐向前發(fā)展。1.1 空調(diào)控制系統(tǒng)概述它是一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Intel公司生產(chǎn)的80C51單片機(jī),通過A/D轉(zhuǎn)換器將溫度傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定溫度相比較決定壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，空調(diào)的心臟是

4、壓縮機(jī)，單片機(jī)通過對(duì)制冷壓縮機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)的制冷。 本文系統(tǒng)地介紹了空調(diào)制冷的原理、硬件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用和各部分邏輯功能電路的設(shè)計(jì)。文中，還解決了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾問題。采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、A/D轉(zhuǎn)換抗干擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理。1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)控制系統(tǒng)要控制的是空氣溫度，是通過壓縮機(jī)的運(yùn)行、停止控制的，實(shí)際上單片機(jī)直接控制的是壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能。（1）根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機(jī)工作：控制參數(shù)是溫度，被控參數(shù)是壓縮機(jī)電路通、斷的工作狀態(tài)。（2）設(shè)置希望的環(huán)境溫度值：由人手動(dòng)控制。（3）顯示設(shè)定的溫度值。1.3 系統(tǒng)主要功能本次設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了80C51對(duì)制冷

5、壓縮機(jī)的控制?？梢燥@示溫度，也可以根據(jù)根據(jù)自己的需要進(jìn)行溫度調(diào)整。并設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電源濾波電數(shù)制系統(tǒng)本身產(chǎn)生的干擾向外界傳遞,造成電磁環(huán)境污染，因此所以本系統(tǒng)地抗干擾性較好。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，通用性好，便于擴(kuò)充。控制裝置體積小，性能價(jià)格比較高。第2節(jié) 空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 總體方案示意圖：經(jīng)過以上轉(zhuǎn)化，該制冷系統(tǒng)總體方案示意圖如圖1所示： 圖1 制冷控制系統(tǒng)總體方案示意圖22 硬件總體設(shè)計(jì)方案（1）該制冷系統(tǒng)由80C51單片機(jī)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。電源由220V市電經(jīng)直流電源轉(zhuǎn)化為5V直流電壓，采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。（2）選用熱敏電阻式溫度傳感器和ADC0809轉(zhuǎn)換器。溫度傳感器產(chǎn)生的模擬信

6、號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，由P0輸入。ADC0809由P3.0啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，由P3.1控制輸出。信號(hào)傳輸采用無條件輸入方式，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后延時(shí)100s從P0口采集數(shù)據(jù)。時(shí)間延遲由T0實(shí)現(xiàn)。（3）溫度設(shè)置信號(hào)由脈沖電路產(chǎn)生，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，通過導(dǎo)線分別與單片機(jī)、引腳相連，以中斷方式工作。（4）利用交流固態(tài)繼電器控制制冷壓縮機(jī)工作狀態(tài)。繼電器由P3.7驅(qū)動(dòng)。（5）兩位顯示器溫度的共陽(yáng)LED七段碼分別由P1口、P2口驅(qū)動(dòng)劃內(nèi)23 單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率典型值為12MHZ。80C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相

7、放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別是80C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2所示： 圖2 振蕩電路石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，使MCS-51片內(nèi)的OCS電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，OCS的輸出時(shí)鐘頻率fosc為0.5MHZ16MHZ，典型值為12MHZ電容器C1和C2通常取30pF左右，對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)震蕩周期fosc的目的。24復(fù)位及復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器PC值初始化為0000H，使單片機(jī)從000

8、0H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。若使頻率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過4s才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作由上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)為兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖所示。只要電源VCC的上電時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復(fù)位是復(fù)位端通過電阻與VCC電源接通而實(shí)

9、現(xiàn)的。脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能復(fù)正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。參數(shù)的計(jì)算：在本系統(tǒng)中，我采用了按鍵電平復(fù)位方式的復(fù)位電路，同時(shí)選用晶真的典型值12MHZ，通過經(jīng)驗(yàn)可將電阻值分別定為100和8.2K，電容值定為10F，這樣，即能保證復(fù)位信號(hào)高電電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。可以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖3所示： 圖3 系統(tǒng)復(fù)位電路25按鍵接口設(shè)計(jì) 按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號(hào)通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在

10、斷開時(shí)也不會(huì)一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510ms。 按鍵輸入電路由按鍵K1和K2組成。這2個(gè)按鍵分別連接到單片機(jī)的輸入引腳P3.1和P3.2。按鍵K1為“升溫”控制鍵；K2為“降溫”控制鍵，分別對(duì)應(yīng)于2個(gè)LED顯示器，用于設(shè)置兩位溫度值。當(dāng)按鍵K1、K2按下時(shí)，相應(yīng)的單片機(jī)輸入引腳P3.1和P3.2只能監(jiān)測(cè)到低電平。要將按鍵與一個(gè)反相器串接后再與單片機(jī)相連。為防止按鍵按下時(shí)由抖動(dòng)，還要設(shè)計(jì)一個(gè)消抖電路。消抖電路由一個(gè)電阻和按鍵K串接在5V和地之間，一個(gè)電容和按鍵并聯(lián)構(gòu)成。按鍵輸入電路如圖4所示：圖4按鍵輸入電路如圖參數(shù)的確

11、定：按鍵的抖動(dòng)時(shí)間常數(shù)為。R-C消抖電路的時(shí)間常數(shù)取10ms，其計(jì)算公式為： RC 式1經(jīng)驗(yàn)取電容值為：C=0.1f,根據(jù)式1得： R=/C=10K26系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖系統(tǒng)由單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)電路、A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)電路、穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)電路、交流固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)電路、LED顯示電路、傳感器測(cè)溫電路和按鍵接口電路組成。其完整電路圖如下圖所示。第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)31主程序模塊主程序主要包括設(shè)置、顯示默認(rèn)調(diào)節(jié)溫度為20和進(jìn)行系統(tǒng)初始化（設(shè)定中斷、定時(shí)方式等）工作。如圖5所示： 圖5主程序框圖主程序代碼： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20H ；上電后默認(rèn)設(shè)定溫度20ACALL DIS

12、PLAY ；顯示默認(rèn)設(shè)定值 MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H ；循環(huán)定時(shí)方式 MOV TH0, 0CEH ；延時(shí)100s MOV TL0, 0CEH SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí) MOV IE, #87H ；開中斷 SJMP “$32 溫度設(shè)定中斷子程序包括“升溫”和“降溫”兩段程序，它們的內(nèi)容相仿。當(dāng)手按下“升溫”按鍵，單片機(jī)判斷是否大于溫度上限30，若沒超過上限，則將其值升高1，調(diào)整為十進(jìn)制，顯示新值。若超過溫度上限則返回。升溫設(shè)置框圖如圖6所示 圖6溫度設(shè)置程序框圖升溫設(shè)置程序代碼：ORG 0050HUP: PUSH A CJNE R7, #30H, GOUP

13、；最高為30 SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 ；升高1 DA A ；調(diào)整為十進(jìn)制 MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP A RETI 降溫時(shí)，先判斷手動(dòng)設(shè)定溫度是否超過溫度下限，若低于10，若低于10，則返回，反之，將其值降低1。調(diào)整為十進(jìn)制，顯示新值。降溫設(shè)置如圖7所示：圖7降溫程序框圖降溫設(shè)置程序代碼：ORG 0060HDOWN: PUSH A CJNE R7, #10H, GODOWN ；最低10 SJMP DOWNEND GODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 ；降低1 JNB P

14、SW.6, GOON ；調(diào)整為十進(jìn)制 SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI3.3溫度顯示子程序?qū)?位表示設(shè)定溫度值的壓縮BCD碼拆分，查表得到相應(yīng)的共陽(yáng)LED碼，分別送往P1、P2口?？驁D如圖8所示： 圖 8顯示子程序框圖ORG 0075HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB ；LED顯示碼表首 MOV A, #0FH ；取各位 ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ；取十位 ANL A, R7 WAP A MOV A, DPTR+A MOV

15、C P2, A RET ORG 0090HLEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H；共陽(yáng)顯示碼 DB 92H,82H,0F8H,80H,90H34 定時(shí)中斷子程序定時(shí)中斷程序模塊完成控制系統(tǒng)的核心工作，根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機(jī)電路，主要包括3部分內(nèi)容。讀取溫度信號(hào)值。轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的溫度值。與設(shè)定值比較決定壓縮機(jī)電路狀態(tài)。將P0口輸入量轉(zhuǎn)化為溫度值的方法分析如下：圖ADC0809的基準(zhǔn)電壓為5V，所以P0口數(shù)據(jù)值對(duì)應(yīng)的電壓值： VT=P0/256×5(V)計(jì)算時(shí)，取其整數(shù)部分： T=210-(10×P0)/256定時(shí)中斷程序框圖9如下：圖9 定時(shí)中斷子

16、程序框圖ORG 0100H TIME: PUSH A SETB P3.1 ；輸入數(shù)據(jù) SETB P3.0 ；啟動(dòng)下一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換 MOV P0, #0FFH MOV A, P0MOV B, #10 ；轉(zhuǎn)換為溫度值，忽略小 MUL AB ；數(shù)部分（B）(10×P)/256 MOV A, #210 CLR C SUBB A, B MOV B, #10 ；轉(zhuǎn)換為BCD壓縮碼（因 DIV AB ；A內(nèi)溫度值小于100，故可 SWAP A ；用程序中的轉(zhuǎn)換方法） ADD A, B ；（A）=T CJNE A, R7, CON ；與設(shè)定溫度比較 CON: JNC STOP SETB P3.7 ；

17、啟動(dòng)壓縮機(jī) SJMP TIMEEND STOP: CLR P3.7 ；停止壓縮機(jī)TIMEEND: POP A RETI END完整程序清單如下：ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H SJMP UP ORG 000BH AJMP TIME ORG 0013H SJMP DOWN主程序： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20H ACALL DISPLAY MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H MOV TH0, 0CEH MOV TL0, 0CEH SETB TR0 MOV IE, #87H SJMP “$溫度設(shè)定中斷子程序： UP: P

18、USH A CJNE R7, #30H, GOUP SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 DA A MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP ARETI溫度設(shè)定中斷子程序： ORG 0060HDOWN: PUSH A CJNE R7, #10H, GODOWN SJMP DOWNEND GODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 JNB PSW.6, GOON SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI顯示子程序：ORG 0075

19、HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB MOV A, #0FH ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ANL A, R7 SWAP A MOV A, DPTR+A MOVC P2, A RET ORG 0090H LEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H定時(shí)中斷子程序：ORG 0100H TIME: PUSH A SETB P3.1 SETB P3.0 MOV P0, #0FFH MOV A, P0MOV B, #10 MUL AB MOV A, #210 CLR C SUBB A, B MOV B, #10 DIV AB SWAP A