《空调控制系统设计》内容Word格式.docx

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室温高于设定温度5度

高速

室温高于设定温度2~5度

中速

室温高于设定温度<

2度

低速

通风（m2）

14~32

不工作

室温>

25度

室温20~25度

室温<

20度

制热（m3）

14~30

室温低于设定温度>

5

室温低于设定温度2~5

室温低于设定温度<

2

系统CPU根据按键输入的命令，对采集和设置的温度进行智能判断，当检测元件检测到温度低于设定温度范围时，控制系统发出信号使系统开始制冷；

当检测温度低于设定温度时，控制系统发出信号使系统开始加热；

当检测温度在设定范围内，系统处于停止运行状态或通风状态。

然后通过接口电路，驱动压缩机、换向阀和室内外风机作相应动作，并对温度进行显示。

图1空调控制系统控制框图

由于室内环境的温度控制是一个大滞后环节，尤其是在单位制冷空间比较大时，为了防止温度进行控制时出现温度上下波动现象，我们需进行系统控制算法的改进。

可以引进增量式PID算法[1]，其程序实现方程式是

，其中

是比例系数；

积分系数；

为积分系数。

4空调控制系统硬件电路的设计

4.1空调控制系统数据采样部分设计

数据采样部分分为传感器的数据测量和A/D转换两部分。

4.11数据测量电路的硬件设计

空调控制系统的温度应以人类生活环境的温度为范围，故选择温度检测元件的测量范围为-50-100℃，故选用AT502集成温度传感器。

根据电阻分压如图2，实现由温度到电压值的转换，因为AT502的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，IN0口的电压范围是0.64—3.6伏，所以就可以不用运放，直接送到AD采样的输入端进行AD采样。

由于室内空间比较大，我们在对室内空间进行温度测量时，还可以放置多个温度测量原件，取其测量平均值作为测量温度，可以增加空调温度控制的效果[2]，这里就用一个温度传感器代替。

温度传感器电路原理图如图2。

图2温度传感器电路原理图

4.12A/D转换电路的硬件设计

由于A/D转换电路采用查询模式的硬件连接方式是单片机的性能没有充分的利用，故A/D转换电路采用中断方式连接如图3。

由于温度测量范围为-50-100℃，理论上AD位数只要8位（256级）就够了，所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD）作为AD采样芯片。

故A/D转换芯片选择ADC0809即可。

图3A/D转换电路原理图

A/D转换电路的元件除单片机外包含1个74LS373、1个ADC0809、2个或非门1个非门元件。

4.2空调控制系统数据处理电路的硬件设计

采用AT89S51单片机作为控制器。

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能的COMS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚，它集Flash程序存储器即可在线编程也可以用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，体积小、价格低廉、技术成熟等优点的AT89S51单片机可以提供许多高性价比的场合，因此广泛应用于各个领域。

基于以上原因选择AT89S51作为处理器。

AT89C51芯片内有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM），由于程序在运行时需要大量的程序和数据的保存，故需要对单片机进行存储器扩展[3]。

单片机扩展电路图如图4。

图4单片机扩展电路图

4.3空调控制系统数据输出部分的电路设计

由于控制对象为制冷制热系统，而控制信号在经单片机处理后为数字量，故在传送给控制对象前需将数字信号转换为模拟量。

温度控制系统D/A转换芯片采用DAC0832。

DAC0832芯片是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容，这个系列的芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。

D/A转换电路如图5。

图5D/A转换电路电路原理图

4.4空调控制系统温度显示及故障报警部分的电路设计

4.4.1空调控制系统显示电路

用6只共阴极的八段数码管来分别显示工作模式、风速状态、设定温度和室内温度。

为了统一起见，对6只八段数码管的具体排列和工作状态的显示符号作如下规定：

图6数码管及显示代码规定

显示电路的电路图如图7。

图7显示电路原理图

显示电路的元件为1个ICM7218A、6个共阴极的LED数码显示器。

IMC7218A的输出信号a~dp为BCD-7段译码驱动，D1~D6为数码管的位选择的控制信号。

4.4.2空调控制系统报警电路

假设被测参数的采样值为Ux，设定该参数的上下限为Umax，Umin若参数正常时，路灯亮。

若超过上限或低于下限时，将发出声光报警。

报警电路的电路原理图如图8。

图9报警电路原理图

5软件方面的抗干扰措施

当CPU受到干扰后，测控程序偏离了预定路径运行，往往引起程序混乱。

这时要采取措施将程序尽快引入正轨，以下介绍几种抗干扰的措施。

5.1插入NOP指令

在指令系统中有一种空操作指令NOP，其只有一个操作码而没有操作数，执行NOP指令时只是将程序计数器加1，不进行任何其它操作，相当于程序跳过一个字节。

其主要用途为：

（1）进行延时或等待。

（2）用来调试程序。

（例如删除某些指令，可用NOP指令取代即可）。

（3）在程序中安排一些NOP指令，为以后添加一些新的指令留好存储空间。

但除此之外，在软件抗干扰方面，NOP指令还有重要作用。

当CPU受干扰时，会引起程序计数器PC的混乱。

若程序“跑飞“到某一条单字节上时，整个系统不会受到太大的扰动。

程序虽然出现错误，但仍然按流程运行，很快误差得到纠正。

可是如果程序“跑飞”到某多字节上的操作数上时，将操作数误认为操作码，从而造成连续出错。

这时可采用在一些多字节指令之后和一些关键指令之前（如：

RET、CALL、RETI、LCALL、SJMP等）插入几条NOP指令，从而使最后一条NOP指令不会被前面的失控程序拆散，而被执行，而重新使以后的程序走上正轨。

5.2设置软件陷阱

CPU受干扰时，有时程序会“跑飞“到非程序区。

对于这种情况可采用软件陷阱的方法解决，即在非程序区设置拦截措施，当PC失控时，程序“跑飞“到非程序区时，使程序进入陷井，从而使程序返回正常状态。

6软件程序设计

6.1数据采集电路的数据输入子程序

由于A/D转换采用的是中断方式，故数据采集电路的数据输入程序的程序流程图如图10。

图10采集电路的数据输入程序的程序流程图

数据采集电路程序设计如下

ORG9000H

PUSHACC；

保护现场

PUSHPSW

PUSHDHP

PUSHDPL

MOVDPTR,#2000H；

读入数据

MOVXA,@DPTR

CPLA

MOV33H,A

MOV32H,A

CLRC

LCALLSUBA；

求偏差

JB77H,INTA1

MOVA,2EH

ORLA,2FH

JZINTA1；

偏差≤0，转INTA1

LCALLPID；

否则，转PID控制算法

SJMPINTA2

INTA:

SETBPSW.3；

选择内部寄存器组1

MOVR2,#00H；

置N=0，N放在R2，R3内部寄存器中

MOVR3,#00H

CLRPSW.3

INTA2:

POPDPL；

恢复现场

POPDPH

POPPSW

POPACC

RETI

SUBAEQU9800H

PINEQU9910H

6.2控制电路的程序设计

由于控制对象没有明确，不再设计数据处理电路的处理程序。

6.3D/A转换电路的程序设计

D/A转换电路的中断服务程序流程图如图11

图11D/A转换电路的中断服务程序

ORG0050H

PUSHDPH

SETBPSW.3

MOVA,R2

ORLA,R3

JNZINTB1；

判断N=0?

CLRP1.0；

N=0?

，转INTB2,P1.0清0

SJMPINTB2

INTB1;

SETBP1.0；

N≠0，置P1.0为1

DECR3

SUBBA,#00H

MOVR2，A；

N-1→N

INTB2:

DECR5

MOVA,R4

SUBBA,#00H；

减去借位

MOVR4,A

ORLA,R5；

采样周期数减1

JZINTB3

SIMPINTB4

INTB3:

MOVR5,#0EEH；

采样周期数为0，恢复采样周期计数单元初值

MOVR4，#02H

MOVDPTR,#4001H

MOVX@DPTR,A；

启动A/D

INTB4:

RETI；

中断返回

6.4显示电路的显示程序

DISSOFT:

SETBP1.7；

置MODE为高电平，准备些控制字

MOVA，#0B0H；

控制字为B0H

MOVDPTR，#0200H；

设置ICM7218A的工作地址

MOVX@DPTR，A；

输出控制字

CLRP1.7；

置MODE位为低电平，准备写数据

ACALLDISPLAY6；

显示8为数据

RET

DISPLAY6:

MOVR0，#60H；

显示数据首位地址

MOVR2.#06H；

共显示6位

MOVDPTR，#0200H

AGAIN:

MOVA，@R0；

取出显示数据

输出数据

INCR0；

指向下一位

DJNZR2，AGAIN；

6位未显示完，继续

总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.通过此次设计我学会了51单片机相关方面的很多实践知识，了解了空调控制系统的组成和工作原理。

在此我非常感谢老师与同学们的支持与帮助。

在设计学习过程中，我发现很多问题。

在画原理图时，虽然我以前做过相关方面的课程设计，有一定的基础，但是过于粗心，以致出了许多错误，后来在同学和老师的帮助下一一改正。

学习知识一定要扎扎实实的一步一步走，走捷径、一步登天的想法是万万不能有的。

编程时，也出现了很多的小错误（篇幅和时间所限，我们没有一一将其列出），甚至有时从流程上就走不通，我们不断的进行修改和测试，逐步完善整个程序。

只有耐心、细致的工作，才使得整个程序越来越完善。

当然，作为一个没有实践经验的学生，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的指导以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

我们的设计还有很多需要改进的地方，我们想在日后通过老师的指导、同学的帮助下，逐步使这个设计更加完美、成熟起来。

总之，这次设计受益匪浅，学到了很多教学中学不到的东西，从中增强我的动手能力，并让我们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。

参考文献

[1]范立南,李雪飞.计算机控制技术[M].北京:

机械工业出版社,2009.4

[2]杜维,张宏建.过程检测技术及仪表[M].北京:

化学工业出版社,2010.3

[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M],第3版.北京:

清华大学出版社,2010.5