空调温度控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

空调温度控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

，就连夏季空调排出的热也造成“热岛”现象，恶化了所处的城市环境。 为了贯彻可持续发展战略，建筑与空调未来的发展必须坚持“绿色建筑 ”和“绿色空调”的方向。 所谓“绿色建筑”就是指能为建筑中的人提供健康、舒适、安全、方便的室内环境，而又不损害周边、区域乃至全球环境，充分开发利用可再生资源和高效利用自然资源的建筑，当然符合这种条件的空调才能称之为“绿色空调”。 “绿色空调”是中央空调发展的必然方向。 “世界绿色建筑委员会”已宣告成立，总部设在澳大利亚，为推动全世界“绿色建筑”与“绿色空调”起了重大作用。 中国的“绿色建筑”已在北京、深圳和哈尔滨等地展开。 北京的“世界财富中心”大厦的绿色建筑，已通过美国认证标准的认证，这将是在 21世纪之处出现在中国 大地上的最具影响力的“绿色建筑”与“绿色空调”。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 第二章 总体方案设计和选择 总体方案 设计 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： 输 入 部 分显 示 部 分8 9 C 5 1驱 动 控 制驱 动 控 制温 度 传 感 器（ 加 热 ）（ 制 冷 ）空 气 图 方案一框图 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。 方案二 该方案是以空调专用单片机 uPD75028GC 为核心部件，该单片机除了含有写入空调器专用程序外，还包含有 OPV 单片机处理器、数据存储器、 程序存储器 、 定时计数器内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 7 及输入接口等电路。 该程序 可对输出的信号进行运算和比较，根据运算和比较的结果，对室外风机、室外压缩机、定时、制冷、制热、 抽湿等功能进 行控制。 室内机的控制电路主要有电压电路、整流电路、稳压电路、接受电路、 发送电路 、步进电机、室内风机、显示电路、 按键电路和温度监测电路等组成。 由于方案采用了专门的单片机，所以设计中的所需要的程序提前烧制进了 uPD75028GC，一切电路的设计和单片机各端口的分配就必须和单片机中的程序 相对应。 其方框图如下： u P D 7 5 0 2 8 G C输 入电 路温 度 检 测加 热 或降 温显 示电 路 图 方案二框图 该方案设计专业性高，特别是专用控制芯片 uPD75028GC 更是可以用作变频绿色节能空调的主控芯片，空调具有节能、噪音低等一 系列优点。 但由于芯片专业程度高，价格昂贵，通常使用于高价位空调的的中央控制系统设计。 方案三 该方案采用的是 AT89C51 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 AD590 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 : 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 L M 3 5 D Z A / D 转 换 A T 8 9 C 5 1 可 控 硅 电 路L E D 显 示可 控 硅 电 路风 扇电 炉 图 方 案三框图 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。 总体方案选择及实现 方案选择： 选择方案一。 控制简单，思路清晰， 各单元模块的相互连 接较简单，同时成本低廉，用 到 的各种器件都是常用器件，更具有使用性。 具体的 实现方案： 用按 键 输入标准温度值，用 LED 实时显示环境空气温度，用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节，用 单片机 语言完成软件编程。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 第三章 硬件设计 硬件各单元方案设计与选择 温度传感部分 要求对温度和与温度有关的参 量进行检测，应该考虑用热电阻传感器。 按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻，后者称为热电阻。 半导体 热敏电阻 是利用某些半导体材料的电阻值随温度的升高而减小（或升高）的特性制成的 ， 大多数的半导体热敏电阻具有负温度系数。 负温度系数热敏电阻器 的 特点是 ： 在工作温度范围内电阻阻值随温度的升高而降低。 可满足 40℃～ 90℃测量范围， 具有灵敏度高，电阻值高，体积小，结构简单，价格低廉，化学稳定性好，使用寿命长等优点 ； 但 其互换性较差， 而且线性度 也 很差，不能直接用于 A/D 转换，应该用硬件或 软件对其进行线性化补偿。 金属热电阻中属铂电阻和铜电阻最为常用，这里以 铂电阻 Pt1000 为例。 铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好 ， 在 0℃～ 100℃时，最大非线性偏差小于 ℃。 铂热电阻与温度的关系是，Rt=R0(1+At+Bt t)；其中 Rt 是温度为 t 摄氏度时的电阻， R0是温度为 0摄氏度时的电阻， t 为任意温度值， A、 B为温度系数。 但其 电阻与温度为非线性关系，且 成本太贵，不适合做普通设计。 集成温度传感器 是利用晶体管的 PN 结的电流电压特性与温度的关系 ， 把 敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。 它除了与半导体热敏电阻一样有体积小、反应快的优点外，还具有线性好、性能高、价格低等特点 ， 如 DS18B20 智能温度控制器。 单线数字温度 传感器 DS18B20 简介 ：内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 、 数字化。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20“一线总线”数字化温度传感器，支持“一线总线”接口， 测温范围为 55℃ ~+125℃ ，现场温度直接以“ 一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于各种环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 DS18B20 可以程序设定 9~12 位的分辨率， 设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。 DS18B20 使电压特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统 ，并且应用电路电但便于设计。 在本设计中我采用的是集成温度传感器 DS18B20，其 电路简单可靠，不需要 A/D 转换， 直接可以 与 单片机相连。 数字显示部分 通常的 LED 显示器有 7 段或 8 段和“米”字段之 分。 这种显示器有共阳极和共阴极两种。 共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地， 当 某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。 同样，共阳极 LED显示器的工作原理也一样。 LED 显示器有两种显示方式： 静态显示方式 ： 在这种方式下，各位 LED 显示器的共 阴 极（或共 阳 极）连接在一起并接地（或电源正），每位的段选线分别与一个 8 位的锁存器输出相连，各个 LED 的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止，正因为如此，静态显示器的亮度都较高。 若用 I/O 口接 口，这需要占用 N 8 位 I/O 口（ LED 显示器的个数为 N）。 这样的话，如果显示器的个数较多，那使用的 I/O 接口就更多，因此在显示位数较多的情况下，一般都不用静态显示。 动态显示方式 ： 当多位 LED 显示时，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，形成段选线的多路复用。 而各位的共阳极或共阴极分别 由 相应的内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 I/O 口控制，实现各位的分时选通。 其中段选线占用一个 8 位 I/O 口，而位选线占用 N个 I/O 口（ N 为 LED 显示器的个数）。 由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各 位选线都处于选通状态的话，那 LED 显示器将显示相同的字符。 若要各位 LED 能显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。 这种显示方式占用的 I/O 口个数为 8+N（ N 为 LED 显示器的个数），相对静态显示少了很多，但需要占用大量的 CPU 资源，当 CPU 处理别的事情时，显示可能出现闪烁或者不显示的情况。 为了节约硬件资源，降低电路板的成本，本人采用的是节约硬件资源的动态扫描显示方式。 加热降温驱 动控制电路 采用开关量控制，如继电器、双向可控硅、光耦等，控温快速，但是双向可控硅驱动电路比较麻烦，调试也麻烦， 若用现成的固态继电器 价格十分昂贵。 用继电器时要注意其电感的反向 电动势，和开关触点对电源的影响，以及开关脉冲对整个电路的影响等，应该加入必要的防止干扰的措施。 采用单向晶闸管，这是一种大功率半导体器件，它既有单向导电的整流作 用，又有可以控制的开关作用。 利用它可以用较小的功率控制较大功率， 在交、直流电动机调速系统、调功系统、 随 动系统和无触点开关等方面均获得了广泛的应用。 这种晶闸管与二极管不同的是 ，当其两端加上正向电压而控制极不加电压时，晶闸管并不导通，其正向电流很小，处于正向阻断状态；当 其两端 加上正向电压、且控制极上（与阴极间）也加上一正向电压时，晶闸管便进入导通状态，这时管压降很小（ 1V 左右）。 这时即使控制电压消失，仍然保持导通状态，所以控制电压没有必要一直存在，通内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 常采用脉冲形式，以降低触发功耗。 它不具有自关断能力，要切断负载电流，只有使阳极电流减小到维持电流以下，或加上反向电压实现关断。 若在交流回路中应用，当电流过零和进入负半周时，自动关断，为了使其再次导通，必须重加控制信号。 采用光耦合 双向可控硅驱动电路，这种器件是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分是一个砷化镓发光二极管，该二极管在 5mA～ 15mA 正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。 输出部分是一个硅光敏双向可控硅，在红外线的作用下可双向道通。 光 电 耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。 一方面光耦合器可以起到隔离两个系统地 线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响； 另一方面，光 电 耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。 由于电流环电路是低阻 抗电路，对噪音的敏感度低，因此提高通讯系统的抗干扰能力 ， 常用于有噪音干扰的环境里传输信号。 达到同样的加热效果，开关量控制容易，驱动简单，驱动电路的抗干扰能力强。 所以我采用的是光耦合双向可控硅驱动电路。 键盘输入部分 常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。 独立式按键接口是各种按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。 因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。 独立式按键电路配置灵活，软件简单。 但每个按键需占用一根输入口线 ，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 独立式按键电路按键直接与单片机的 I/O 口线相接，通过读 I/O 口，判定各 I/O 口线的电平状态，即可识别出按下的键盘。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 13 4 4 矩阵键盘接口方式适用于按键数量较多的场合，它有行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。 矩阵键盘的工作原理是按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接在按键开关的两端。 行线通过上拉电阻接到 +5V 上。 平时无按键按下时，行线处于高电平状态，当有按键按下时，行线电平状态将由与此电平相连的列线电平 决定。 列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。 这是识别矩阵键盘是否被按下的关键所在。 由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此，各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并做适当处理，才能决定闭合键位置。 对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一决定，所以分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高 4位是行号，低 4位是列号。 但这种编码对于不同行的键，离散性大，并且编码的复杂度与键盘的个数成正比，因此不适合用在输入量小的设计中。 本设计的按键需求较多， 所以我采用的。