基于单片机的智能空调的设计.docx

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基于单片机的智能空调的设计

景德镇陶瓷学院

本科生毕业设计（论文）

中文题目：

基于单片机的智能空调的设计

英文题目：

BASEDONTHEDESIGNOF

SINGLE-CHIPSMARTAIR-CONDITIONED

院系：

机械电子工程学院

专业：

自动化

姓名：

学号：

指导教师：

完成时间：

摘要

本设计基于AT89C52单片机作为空调温度控制系统的检测和控制核心，能够实时检测并显示室温，能够利用键盘设定温度，和室温进行比较，同时可检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调。

以此来完成驱动系统加热工作或者完成驱动系统制冷工作。

本设计充分利用了单片机价格低、功能强、抗干扰性能好等优点。

针对环境温度检测给出了实用的硬件设计和软件编程，成功实现了控制器对空调的智能控制。

整个装置使用热敏电阻式传感器和ADC0809转换器进行数据采集，实时采集环境中的温度，热释电传感器检测室内人员活动，单片机根据实时采集到的温度向空调发送相应的指令信号。

关键词：

单片机空调控制ADC0809温度采集LED显示传感器

ABSTRACT

ThedesignisbasedonAT89S52micro-controllercoremonitoringandcontrolastheairconditioningtemperaturecontrolsystem,real-timedetectionanddisplaytheroomtemperature,usethekeyboardtosetthetemperature,andcomparedatroomtemperature,Alsocandetectwhethersomeoneindoors,whileothersopenair,nobodywillclosetheair.inordertocompletethedrivesystemisheatedorcompletedrivesystemcooling.Thedesigntakesfulladvantageofthelowpriceofsingle-chip,powerfulanti-jammingperformance.Forambienttemperaturedetectiongivespracticalhardwaredesignandsoftwareprogramming,successfulimplementationoftheintelligentcontrolofthecontrollerforairconditioning.TheentiredeviceusingthermistorsensorsandADC0809converterfordataacquisition,real-timeacquisitionenvironmenttemperature,single-chiptemperaturebasedonthereal-timeacquisitionsendstheappropriatecommandsignaltotheairconditioning.

KEYWORDS:

SCM；Climatecontrol；ADC0809；temperatureacquisition；LEDdisplay；Sensor；

1引言……………………………………………………………………………1

1.1空调的概述……………………………………………………………1

1.2空调的发展历史………………………………………………………2

1.3空调的发展趋势………………………………………………………4

2系统设计方案…………………………………………………………5

2.1设计的背景和意义……………………………………………………5

2.2设计的任务与要求……………………………………………………5

2.3系统总体设计方案……………………………………………………6

2.4空调的工作原理以及单片机的简单介绍……………………………6

2.5温度传感器的分类与选择……………………………………………8

2.5.1温度传感器的分类…………………………………………8

2.5.2温度传感器的选择原则……………………………………10

2.6单片机的选择………………………………………………………12

3硬件电路设计………………………………………………………………15

3.1硬件总体设计方案…………………………………………………15

3.2温度传感器的设计…………………………………………………16

3.3热释电人体红外传感器PIS电路设计………………………………20

3.4单片机时钟电路的设计……………………………………………21

3.5复位电路的设计……………………………………………………22

3.6按键接口的设计……………………………………………………24

3.7显示电路的设计……………………………………………………25

3.8系统总电路图的设计………………………………………………27

4软件系统设计………………………………………………………………28

4.1主程序模块以及其流程图…………………………………………28

4.2温度设定中断流程图以及其程序代码………………………………29

4.3温度显示流程图以及其程序代码……………………………………31

4.4定时中断子系统流程图以及其程序代码……………………………32

4.5系统完整程序代码……………………………………………………34

5结论………………………………………………………………………35

6经济分析报告…………………………………………………………………36

致谢………………………………………………………………………38

参考文献…………………………………………………………………………39

附录A………………………………………………………………………40

附录B………………………………………………………………………41

1引言

随着我国经济的飞速发展，目前，集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。

单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。

21世纪的人们生活质量不断提高，同时也对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化、节能化。

我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。

对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。

一般都要维持在21~26°C。

目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。

温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。

以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。

以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。

为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备,同时可检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调。

1.1空调的概述

空调即空气调节器（RoomAirConditioner），一般用于给封闭空间区域提供处理空气的机组。

它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

随着人们生活水平的不断提高，人们也越来越追求人性化的事物，传统的空调已不能满足人们的需求。

现代的智能空调不仅利用了数字电路技术与模拟电路技术，而且采用了单片机技术，实现了软硬件的结合。

既完善了空调的功能，又简化了空调的控制与操作；不仅满足了不同用户对环境温度的不同要求，而且能全智能调节室内的温度及湿度等，使得空调具有节能、操作更简单、无机械装置、安全性能更强等特点。

随着电子产品的飞速发展，价格低廉而又实用的控制系统深受广大消费者的喜爱。

所以本次毕业设计就选择基于单片机的智能空调控制系统设计。

1.2空调的发展历史

在二十世纪六，七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷水机，用空气散热代替冷却塔，其英文名称是:

AircoolChiller，简称为Chiller。

在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。

WRAC是最简单和最便宜的系统，能够很容易的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。

同时，无风管的SRAC和SPAC自70年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。

之后，设备设计和制造技术在90年代被转让到中国，这是通过与当地公司（包括主要元件如压缩机、热交换器、电机、精细阀和电子控制器的本地制造商）组成的合资公司进行的。

在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。

现今，中国当地主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场和出口需要。

中国现今已是最大的空调出口国，在2010年有4189万台机组出口。

下面介绍我国家用空调产品外观历史演变

1.第一代格栅式面板家用空调器

1988年，第一台国产分体壁挂机KF-19G1A在华宝空调器厂诞生，当时华宝还给它取了个很有诗意的名字——雪莲。

雪莲的诞生开启了我国家用空调器行业的一个新时代，此后，春兰也拥有了自己的挂机生产线。

华宝和春兰生产的空调器统治了从上个世纪80年代末到90年代中期近10年的时间，他们生产的空调器在外观上极其相似：

扁平的大长方体结构。

与此同时，大量的进口产品外观在90年代中期以前与此也大体相仿，所以，当时的空调器特别是挂机，如果不看商标很难辨别出是哪个品牌。

1988年华宝空调器厂研制出第一台分体壁挂机KF—19GA是格栅式面板产品的一个典型代表，直到1995年，春兰的KFR—22G依然是挂机市场的主导产品，这也说明了当时国产空调品仍旧以格栅式面板为主流。

2.第二代格栅式面板家用空调器

当家用空调器渐渐普及，其外观也在悄悄地发生着变化。

20世纪80年代甚至到1995年，中国空调市场是进口机一统天下，进口机为中国家用空调行业的发展起到了启蒙作用，许多国产品牌的生产就是引进配件加以组装，这种启蒙作用也包括对我国家用空调器产品室内机外观的改变。

20世纪90年代中期，以三菱电机、日立、松下等为代表的进口空调器出现了一种小型室内机，这种室内机一改以往那种庞大敦重的形象，外观精巧整洁，与家居环境融为一体，深受消费者的青睐。

随着国内众多空调工厂对此类产品的普及生产，第二代格栅式面板空调器主导了空调市场并流行至今。

3.第三代光面板时代

2005年度国内各个工厂的新产品，与往年格栅式面板占主流相比，绝大多数品牌在2005年度推出了光面板系列的空调产品，如格力的天丽系列、海尔的高效氧吧系列、美的的Q2系列和V系列等等。

空调行业各厂家的这种集体行为将我国家用空调产品推至光面板时代。

与格栅面板相比，不仅是外观上的一种进步，更是产品技术上的一种转变。

光面板挂机的上进风下出风取代了原来的正面进风下出风的循环风路，而光面板柜机的侧进风或进风口开合式设计也渐渐与原来传统的下进风上出风的循环风路共同主导柜机产品的设计趋势。

4.第四代彩色面板

在国内空调市场，将彩色引入空调面板设计并形成一种传统风格是韩国品牌三星和LG的创举。

与此同时，其他工厂开始逐一效仿。

至2005年度，绝大多数工厂都有彩色面板的产品面市；而且，面板的颜色种类也开始变得异彩粉纷呈，其中又多款彩色面板产品堪称经典，如海尔的彩屏双新风、格力的天丽、志高的花好月圆、TCL的君兰系列和海蒂娜系列等等。

1.3空调的发展趋势

由于近几年国家的大力倡导节能减排，促进环保，实施可持续发展的战略。

2004年8月，国家发改委、国家质检总局联合制定并发布《能源效率标识管理办法》，这标志着我国将实施能源效率标识制度.我国的能效标识制度自2005年3月1日起正式实施.能效标准是由能效比得来的，首先介绍一下空调能效比的计算方法:

能效比=制冷量/制冷功率。

本着响应国家政策发展节能技术，内的空调生产商也开始逐步走向变频空调的市场。

在2009年新空调年，美的变频空调整体销售目标为250万套，其中国内市场销售预计达150万套，占据国内变频空调60%以上市场份额。

“明年对所有做变频空调的品牌来说都是一个机会，变频空调的销售量很可能翻番，所占市场份额可能达到10%以上。

”海信科龙总裁王士磊对明年的变频空调市场抱乐观态度，而作为未来的发展趋势，国内几大空调厂家闻风而动，开始对变频空调“投怀送抱”。

除了发展变频空调外，还有新冷媒（R410A）的推广，静电除尘技术的普遍利用，负离子技术的广泛使用也都预示我国的空调行业向着高效、节能、环保的趋势前进。

2系统设计方案

2.1设计背景和意义

21世纪的人们生活质量不断提高，同时也对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化、节能化。

我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。

对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。

一般都要维持在21~26°C。

目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。

温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。

以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。

以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。

为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备。

同时可检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调。

2.2设计任务与要求

系统要求利用单片机设计一空调温度控制器，能够实时检测并显示室温，能够利用键盘设定温度，并且和室温进行比较，当室温低于设定温度时，系统能够驱动加热系统工作，当室温高于设定温度时，系统能够驱动制冷系统工作，当两者温度相等时，不做动作。

同时检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调，以达到智能节能的效果

2.3系统总体设计方案

（1）该制冷系统由89C52单片机系统即可实现。

电源由220V市电经直流电源转化为＋5V直流电压，采用内部时钟电路。

（2）选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。

温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0输入。

ADC0809由P1.2启动转换，由P1.3控制输出。

信号传输采用无条件输入方式，启动A/D转换后延时100μs从P0口采集数据。

时间延迟由T0实现。

（3）检测室内是否有人用热释电传感器

（4）温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机

、

引脚相连，以中断方式工作。

（5）利用交流固态继电器控制制冷压缩机工作状态。

继电器由P3.7驱动

（6）显示器温度的三位共阴LED八段数码管由P0口驱动。

本次设计的总体方案如图2-1所示：

图2-1总体方案示意图

2.4空调的工作原理以及单片机的简单介绍

空调的工作原理：

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。

按照制冷循环工作的顺序，依次用管道连接成一个整体。

系统工作时、蒸发器内的制冷剂吸收室内空气的热量而蒸发成为压力和温度均较低的蒸气，被压缩机吸入并压缩后，制冷剂的压力和温度均升高，然后排入冷凝器。

制冷剂蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高的液体。

制冷剂液体通过毛细空的节流，压力和温度均降低，再进入蒸发器蒸发，如此周而复始地循环工作，从而达到降低室内温度的目的。

单片机的简单介绍：

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！

......它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。

单片机是靠程序的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！

但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！

只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高

可靠性！

2.5温度传感器的分类与选择

2.5.1温度传感器的分类

温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中最常见、最基本的产量之一。

在很多场合都需要对温度进行测控，而温度测控离不开温度传感器，因此，掌握正确的测温方法及温度传感器的使用方法极为重要。

a）常用的测温方法：

物体受热后温度就要升高，任何两个温度不同的物体相接触都必然产生热交换，直到两者的温度达到平衡为止。

据此，可以选择某种温度传感器与被测物体接触进行温度测量，这种方法称为接触式测温。

接触式测温常用于较低温度的测量。

此外，物体受热后温度升高的同时还伴有热辐射，因此，可利用温度传感器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来测量温度，这种测温方法称为非接触式测温。

非接触式测温常用于高温测量。

b）温度传感器产品分类：

目前，温度传感器没有统一的分类方法。

按输出量分类有模拟式温度传感器和数字式温度传感器。

按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。

按类型分类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成式温度传感器和智能温度传感器（即数字温度传感器）。

模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。

其特点是输出响应速度较快和MPU（微处理器）接口较复杂。

数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，同模拟输出相比，它输出响应较慢，但容易与MPU接口。

下面对工程中常用的温度传感器做简单介绍。

（1）.热敏电阻式温度传感器

电阻式温度传感器分为热电阻式温度传感器和热敏电阻温度传感器，他们的特点是自身的电阻值随温度而变化。

热敏电阻式利用半导体材料制成的敏感组件，通常所用的热敏电阻温度传感器都是具有负温度系数的热敏电阻，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的升高而减少，简称NTC。

其优点是灵敏度高，体积小，寿命长，工作稳定，易于实现远距离；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

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称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年代问世的。

它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。

外围电路简单，它是目前在国内外应用较为普遍的一种集成传感器。

（5）.智能温度传感器

智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。

目前，行许多著名的集成电路生产已开发出上百种智能温度传感器产品。

智能温度传感器具有以下三个显著特点：

第一，能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

智能温度传感器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）。

2.5.2温度传感器的选择原则

在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍在测控系统中选择传感器的总原则，本原则适用于各种传感器的选择。

1.选择传感器的总原则

现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的温度。

当传感器选定之后，与之相配套的测控电路也就可以确定了。

测控结果的成败，在很大程度取决于传感器的选择是否合理。

作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑一下几个方面：

（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型

即使是测量同一物理量，也有多种传感器可供选择，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑一下一些具体问题