基于单片机的户式中央空调器温度测控系统设计.docx
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1、 本科毕业论文(设计、创作)题目: 基于单片机的户式中央空调器温度测控系统设计 学生姓名: 学号: 103402032 所在系院: 专业: 电子信息工程 入学时间: 2010 年 9 月导师姓名: 职称/学位: 副教授/硕士 导师所在单位: 完成时间: 2014 年 5 月安徽三联学院教务处 制基于单片机的户式中央空调器温度测控系统设计摘要: 随着社会的飞速发展,普通的机械式的设备已无法满足人们丰富多样的生活。取而代之的是更加智能化人性化的温度控制器。户式中央空调温度控制系统,主要目的是可以对空调进行更好的智能化人性化的控制,它通过对温度进行采集,显示数据,并完成设定等工作来控制空调,以更好的
2、服务于大众。作为空调温度控制器的检测和控制核心,以单片机AT89C52为主控制器件。系统硬件主要由电源电路、温度采集电路(DS18B20)、键盘、显示电路、输出控制电路及其他辅助电路组成;软件采用C语言编程;该系统可以完成温度的显示,设定温度的功能,以及对空调的控制等等。关键字:中央空调;单片机;温度控制与检测The design of SCM residential central air conditioner temperature control system based onAbstract: With the rapid development of society, mechan
3、ical common equipment has been unable to meet the peoples rich diversity of life. Replace sb. is more intelligent temperature controller and humane. Household central air-conditioning temperature control system, the main purpose is to control the intelligent human can better conditioning of, the tem
4、perature acquisition, display data, and complete set to control air conditioning, so as to better serve the public. As the core of detection and control air-conditioning temperature control, this design is mainly based on single chip AT89C52. The system hardware is mainly composed of a power circuit
5、, temperature measurement circuit (DS18B20), keyboard, display circuit, output control circuit and other auxiliary circuit; software using C language programming; the system can complete the temperature display, temperature setting function, as well as to the air conditioning control system etc.Key
6、words: sewage treatment; PLC; The process flow 目 录第一章 绪论1第二章 设计目的及要求32.1设计目的和意义32.2设计任务与要求3第三章系统方案的确定53.1方案的比较53.1.1 方案一53.1.2方案二53.2温度传感器的分类63.3单片机的选择73.4 温度传感器的选择8第四章 硬件电路设计104.1硬件总体设计方案104.2 功能模块电路设计104.2.1 振荡电路设计104.2.2复位电路的设计114.2.3键盘接口电路的设计114.2.4温度测量电路设计124.2.5系统显示电路设计124.2.6输出控制电路设计154.3总电路设
7、第五章 系统软件设计175.1软件系统总体方案设计175.2软件流程图设计17第一章 绪论以前,国际上的温度控制器是模拟式的,集成化的,现在逐渐走向数字式,并逐渐向智能化网络化迈进。现代信息技术包含了三大技术,分别是温度控制器技术、通信技术和计算机技术。其中温度控制技术很大一部分影响了人们的生活,推动社会的向前发展。温度控制器决定了温控技术的发展方向,它涉及到工农业的生产,推动了科技的发展,提高了人们的生活质量,涉猎如此之广。多年来,温控器的发展波澜起伏,大致经历了两个重要阶段。生活在21世纪的人们,生活质量不断提高,同时对高科技电子行业也是一个巨大的挑战。为了使人们更加舒适的生活作息,享受更
8、优质的服务,夏天避免中暑,冬天避免感冒,必须要设计出一个好的温控系统,以便很好的控制室内温度,为人们营造一个好的生活环境,享受更优质的服务。由于中国人口众多,在中国的北方地区,有许多家庭还没有拥有有效的室内温度控制系统的设备。温度不能很好地在一定范围内控制,夏季室内温度过高,冬季温度过低,这影响了人们的正常生活,温度和湿度的负面影响一直存在。以前的温度控制设备,主要是机械式的设备,想要达到降温的目的,主要靠室内外空气交换。打开或关闭通风设备,都是由人手动控制的,人为控制通风设备的同时,人们的劳动强度加大,稳定性差。要做到室内温度适中,需要有一个符合机械温控要求的控制器,当温度过高可以自动降温,
9、温度过低可以自动升温,这样会更加方便人们的生活。温度控制器是一种温度控制装置,它根据用户所需温度与设定温度之差值来控制中央空调末端之水阀(风阀)及风机,从而达到改变用户所需温度的目的。实现以上目的的方法理论上有很多,但目前业界主要有机械式温度控制器及智能电子式两大系列。第一代空调温控器主要是电气式产品,空调温控器的温度传感器采用双金属片或气动温包,通过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度,风机三速开关和季节转换开关为泼档式机械开关。这类空调温控器产品普遍存在“温度设定分度值过粗”、“时间常数太大”、“机械开关易损坏”等问题。第二代空调温控器为电子式产品,温度传感器采用热敏电阻或热电阻,部分产品的
10、温度设定和风速开关通过触摸键和液晶显示屏实现人机交互界面,冷热切换自动完成,运算放大电路和开关电路实现双位调节。这类智能空调温控器产品改善了人机交互界面,解决了“温度设定分度值过粗”等问题,但仍存在“控制精度不高”、“时间常数大”、“操作较复杂”等问题。目前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型室温空调温控器,应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。现在已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器,并已应用于实际工程。随着电子技术的发展,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
11、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。特别是其中的C52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,推动了工业生产,影响着人们的工作和学习。而本次设计就是要通过以C52系列单片机为控制核心,实现空调机温度控制系统的设计。随着人们生活水平不断的提高,人们对空调的舒适性和空气品质的要求越来越高,分体式空调已不能满足人们的要求,户式中央空调得到了迅猛的发展。就室内居住环境而言,恒温环境并非是卫生和舒适的。因为除了温度外,还有湿度、空气流速、空气洁净度等诸多因素影响到舒适的程度。而传统的中央空调靠设置机械温控开关来实现房间的恒温控制。这种控制方
12、法,一方面操作不方便;另一方面温度波动范围大,不但影响人的舒适感,而且会造成一定的能量损耗。采用单片机温度控制系统控制的户式中央空调系统,可以根据室内的环境因素,调节风机的转速,为人们创造一个舒适的室内环境,同时又节省电。第二章 设计目的及要求2.1设计目的和意义随着人们生活水平的提高,人们对空调的舒适性和空气品质的要求越来越高,分体式空调已不能满足人们的要求,户式中央空调得到了迅猛的发展。就室内居住环境而言,恒温环境并非是卫生和舒适的。因为除了温度外,还有湿度、空气流速、空气洁净度等诸多因素影响到舒适的程度。而传统的中央空调靠设置机械温控开关来实现房间的恒温控制。这种控制方法,一方面操作不方
13、便;另一方面温度波动范围大,不但影响人的舒适感,而且会造成一定的能量损耗。采用单片机温度控制系统控制的户式中央空调系统,可以根据室内的环境因素,调节风机的转速,为人们创造一个舒适的室内环境,同时又节省电。随着电子技术的发展,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。特别是其中的C51系列的单片机3的出现,具有更好的稳定性,更快和更准确的运算精度,推动了工业生产,影响着人们的工作和学习。而本次设计就是
14、要通过以C51系列单片机为控制核心,实现空调机温度控制系统的设计。由于中国人口众多,在中国的北方地区,有许多家庭还没有拥有有效的室内温度控制系统的设备。温度不能很好地在一定范围内控制,夏季室内温度过高,冬季温度过低,这影响了人们的正常生活,温度和湿度的负面影响一直存在。以前的温度控制设备,主要是机械式的设备,想要达到降温的目的,主要靠室内外空气交换。打开或关闭通风设备,都是由人手动控制的,人为控制通风设备的同时,人们的劳动强度加大,稳定性差。要做到室内温度适中,需要有一个符合机械温控要求的控制器,当温度过高可以自动降温,温度过低可以自动升温,这样会更加方便人们的生活。2.2设计任务与要求空调的
15、工作原理:空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部件组成。冷凝器节流膨胀 第三章系统方案的确定3.1方案的比较3.1.1 方案一选用AT89C51单片机为中央处理器,通过温度传感器DS18B20对空气进行温度采集,将采集到的温度信号传输给单片机,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系统对空气进行处理,从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。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。其中单片机的控制程序是起到各个电路之间的相互协调,控制各个电路正常工作的至关重要的作用。其方框图如下:图3-
16、1 方案一设计图框该图控制简单,思路清晰,各单元模块的相互衔接较简单,同时成本低廉,用的各种器件都是常用器件,更具有使用性。3.1.2方案二 该方案采用的是AT89C52单片机为核心控制器件,用它来处理各个单元电路的工作以及检测其运行情况。本方案中采用的是LM35DZ温度传感器,通过温度采集电路采集相关温度数值,再由ADC0809组成的A/D转换电路进行转换,最终得到数字信号,将其直接传输给单片机,然后由单片机根据内部程序判断,执行相关控制程序,驱动各单元电路的工作。其方框图如下:图3-2 方案二设计图框 该方案容易控制,系统原理比较简单,电路可靠。但其中的温度测量电路、译码电路复杂,容易产生
17、误差和由电路复杂而导致的设备使用寿命低等一系列问题。3.2温度传感器的分类分类:(1).热敏电阻式温度传感器电阻温度传感器插入热电阻温度传感器和热敏电阻温度传感器,它们的特点是其电阻随温度而变化。 热敏电阻用敏感元件由半导体材料制成的,热敏电阻温度传感器通常具有负温度系数的热敏电阻,这极大地影响了电阻率,并随温度的升高减少,简称NTC。它的优点是灵敏度高,体积小,寿命长,工作稳定,易于实现遥控;缺点是互换性差,非线性严重。(2).热电阻式温度传感器利用热电阻温度系数随温度变化的特性而制成的温度传感器。称为热电阻温度传感器。对于大多数金属导体,其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。由于纯金属的温
18、度系数比合金的高,因此均采用纯金属作为热电阻组件。常用的金属导体材料有铂、铜、铁和镍。(3).热电偶式温度传感器热电偶是一种传统的温度传感器,其测温范围一般为-50到+1600,最高可达+2800,并且有较高的测量精度。另外,热电偶产品已实现标准化、系列化,使用时易于选择,可方便地用计算机做线性补偿,因此,至今在测温领域内仍被广泛使用。它的理论基础是建立在热电效应上,将热能转化为电能。(4).模拟集成温度传感器集成传感器是由硅半导体集成工艺制造而成,也称为硅传感器或单片集成传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代推出的。属于最简单的一种集成温度传感器,它是一个将温度传感器集成在一个芯片上
19、,并可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度),测量误差小,价格低,响应速度快,传输距离远,体积小,低功耗,适用于远程温度测量,温度控制,不需要非线性校正。外围电路比较简单,它是一个集成的传感器,是比较常见的在国内和国外。(5).智能温度传感器智能温度传感器(数字温度传感器)是在1980年以后出现的。智能温度传感器是集成温度传感器领域中最有生机和前景的新产品,也是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的产物。智能温度传感器具有个主要特色:它是在硬件的基础上开发的,并通过软件来实现测试的功能,它的智能化程度也取决于软件的开发水平。智能温度传感器
20、内部都包含温度传感器、A/D传感器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路控制器、中央控制器(CPU)、随机存取储存器(RAM)和只读存储器(ROM)。选择:温度传感器技术应用范围很广,比如电子产品,玩具,家电,工业测量控制系统和个人电脑的使用。传统领域中,最常用的温度传感器元件非分立式温度传感器莫属,而集成温度传感器主要特点有很多,首先价格便宜,其次功能上温误差小,响应速度快、传输距离比较远,形状上,体积很小,在耗费上,功耗低,集成温度传感器适合远距离测温、控温,并且不需要非线性校准,它的外围电路非常简洁,它现在在国内外都很流行,应用极其广泛。所以,选择恰当的传感器是非常重要的,因为
21、传感器是温测系统里的关键零件,是前向通道里的主要部件。对于传感器的选择,要重点考虑这几个方面,价格方面,温控的精确度方面,温度范围、测温场合等多个因素。3.3单片机的选择因为该制冷控制系统功能很少,所以用单片机控制就可以完成。AT89C52的性能及特点:其与MCS-51系列单片机兼容。片内有8K可在线重复编程的快速内存可擦写存储器(FlashMemory)。存储器可循环写入/擦写10000次以上。存储器数据保存时间为10年以上。宽工作电压范围:Vcc可为2.7V-6.5V。全静态工作:可从0Hz-24MHz。程序存储器具有三级加密保护。256字节的内部RAM。32条可编程I/O口线。三个16位
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