基于单片机实现的中央空调温度控制系统设计.docx
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目录1绪论 1 1.1单片机的应用
11.2温度控制的发展及意义.
113课题背景
12设计思想与方案论证
22.1设计思想
22.2论证分析
33硬件设计
43.1电源电路
43.2温度检测与变送环节. 53.3模数转换接口电路.
83.4单片机最小系统.
113.4.1单片机选型
113.4.2晶振电路的设计
123.5人机交互接口.
133.5.1显示电路
133.5.2信号输入电路
133.5.3报警电路 143.6执行机构 154软件设计 184.1主程序 184.2A/D转换值到温度的子程序. 20 4.3温度显示子程序和键盘管理子程序. 204.4定时中断服务子程序.
224.5运算子程序运算.
23结束语
26参考文献
27附录A原理图 28附录B 28中央空调器温度控制系统的设计□1绪论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lol.l单片机的应用在科技广泛发展的今天,计
算机的发展已经越来越快.它的应用已经越来越广泛。
而单片机的发展和应用是其中的重要一方面。
单片机在工业生产（机电、化工、轻纺、自控等等）和民用家电各方面有广泛的应用。
其中，单片机在工业生产中的应用尤其广泛。
单片机具有集成度高.处理能力强，可靠性高，系统结构简单.价格低廉的优点，因此被广泛应用。
温度控制系统则是单片机在工业生产中的一个典型的应用。
温度控制系统就是通过单片机的控制，使温度再设定的范围内。
1.2温度控制的发展及意义现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制早期温度控制主要应用于工厂中.例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。
在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子.温度控制将更好的服务于社会2o1.3课题背景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。
1中央空调器温度控制系统的设计□2设计思想与方案论证实现模糊温度控制的方法有多种，可以用工控机作为模糊控制器，用热电阻测量温度;也可以用单片机作为模糊控制器，用热电偶进行温度测量。
当然每一种方案都有其各自的优点。
本章详细列举、说明了三种不同实现模糊温度控制4的方案、并分别画出了其原理方框图，对三种方案的优缺点进行了对比，选出了最佳控制方案。
2.1设计思想1.方案11硬件组成:
PLC.A/D转换器、温度数字传感器、调节阀、户式中央空调。
2工作原理:
在系统中.由温度数字传感器做成测量工具，对温度变量进行检测.并输出到A/D转换器。
A/D转换器将数据进行A/D转换后输出到PLC5oPLC执行模糊控制器的作用,根据给定量与测量量的偏差进行模糊运算，得出模糊输出量〔3］,控制调节阀。
调节阀根据PLC的输出量自动的调节中央空调的送风速度、风温，从而起到了调节温度的目的。
LED显示器用于实时显示测量的温度。
3系统原理框图图2-1方案1的原理框图2.方案21硬件组成:
单片机、A/D转换器、LED显示器、AD590温度传感器、固态继电器［5］、户式中央空调、LED显示器。
2工作原理:
由AD590温度传感器对系统温度进行检测，并完成信号标准化、变送功能，由ADC0809对信号进行A/D转换输出到单片机。
单片机执行模糊控制功能、由固态继电器控制户式中央空调的风机，从而达到控制温度的目的。
3系统原理框图2中央空调器温度控制系统的设计□图2-2方案2的原理框图2.2论证分析1每个方案都采用了不同的处理器，方案1用PLC为模糊控制器，在进行A/D、D/A转换和LED显示时出现许多难题，如引脚不够用，数据并行输入输出困难（可以通过外部加入模拟输入模块来解决，但价格昂贵）、及内部编程复杂等诸多不便。
而方案2采用了单片机及工控机,能够很好的解决上述问题。
2方案1采用的是分立的热电阻，还要经过处理制作成测量工具，在测量精度及抗干扰性等方面都不能满足要求。
而方案2采用AD590室内温度传感器3方案2采用了直流电机控制电路，而方案1使用的是开关直接控制空调风机，使用直流电机控制比开关更方便，更精确，可以将采样频率提高到很多的水平.使控制结果更准确，实时性、能更好的调节空调改变风速、风温。
综上所述:
方案2是无论是从经济方面、科学性还是从实现的容易程度、环境保护上都优于其它方案，不失为最佳的选择。
3中央空调器温度控制系统的设计□3硬件设计系统硬件由电源电路.温度检测变送电路、模数接口转换电路、单片机系统和人机接口等部分组成。
系统电源为整个系统提供电能;温度检测变送电路将检测到的温度信号转换成标准的电压信号输入到模数接口转换电路;模数接口转换电路输出的数字信号进入单片机系统;单片机系统根据输入的数字信号以模糊控制算法为基础求出控制值,控制执行器的运行及温度的显示。
原理框图如图3-1：
图3-1系统组成框图3.1电源电路由于整个系统都是用单片机和各类芯片及电阻、电容组成的.其工作电压为+5V,不需要负电压，可采用三端固定正电压集成稳压器7805系列的芯片［6J。
其输出电压5V,按输出电流不同可分为78M05.78L05,输出电流分别为0.5A和1.0A,转换成功率分别为2.5W和5W。
从整个系统的设计来看.其中有几块集成芯片和多个电阻、电容等器件，其功率总和应在2W左右.所以考虑整个系统的功率裕量，采用78M05作为整个系统的供电芯片。
其主要电路如图3-2所示：
D6电网22T29V111D5DIODEXP1Fl7805TRANS14213VinVoutVCCBRIDGE1GNDC4C5C6R4C30.1uf0.1uf2002470uf725V100uf725V3D6LED图3-2电源电路4中央空调器温度控制系统的设计□其中输入电压为交流220V,经过变压器其输出为9.5V,再进行整流。
整流可通过四个二极管进行全波整流，也可以利用集成整流堆来进行（同原理）。
后面接电容Cl、C2为滤波电容进行滤波，注意电解电容应该要有一定裕量，否则不能起到很好的滤波效果。
本电路中褂玫牡缉荽窄l∣7470uf≡压为25伏。
78L05的输出级接入两个滤波电容，用于减小因为电源波动对系统造成的影响和滤波。
其不需要采用大容量的电解电容器，容量大小为100ufW压为25伏.再接入0.1F的电容器，便可减少因为电源波动的影响和滤去纹波.很好地改善负载的瞬态响应。
然而，随之产生一个弊端，即一旦78M05的输入出现短路时.输出端大电容上存储的电荷.将通过集成稳压器内部放电，可能会造成内部电路的损坏，故在其间跨接一个二极管，为放电提供放泄通路，对集成稳压器起到了分流保护作用。
3.2温度检测与变送环节信号的检测变送包含两个方面，一是检测环节.另一个是变送环节。
检测环节至关重要，检测元件的选型关系到检测的精度和变送环节中信号变送的容易程度。
检测与变送设备主要根据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来决定。
被检测参数性质的不同，准确度要求、响应速度要求的不同以及对控制性能要求的不同都影响检测、变送器的选择，要从工艺的合理性、经济性加以综合考虑。
应遵循以下原则：
（1）可能选择测量误差小的测量元件。
（2）尽可能选择快速响应的测量元件与变送设备。
（3）对测量信号作必要的也理。
a.测量信号校正。
b.测量信号噪声（扰动）的抑制。
（4）对测量信号进行曲线线性化处理。
温度是工业生产过程中最常见、最基本的参数之一。
所以，温度的检测与控制是自动控制工程的重要任务之一。
目前.测温器件比较多，如热电偶、热敏电阻、PN结和石英晶体温度传感器等，由于科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要,各种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来。
集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流1的下述关KIT系实现对温度的检测:
Vac式中，K—波尔兹常数;q—电子荷绝对值。
集成温度传感q器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛的应用。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
电压输出型的灵敏度一般为10mV∕K温度0弋时输出为0.温度25弋时输出为2.982Vo电流输出型的灵敏度一般为1A/K。
AD590是AD公司生产的一个精度和线性度较好的双端集成温度传感器，其输出电流5中央空调器温度控制系统的设计□与绝对温度有关，对于电源电压从510V变化只引起luA最大电流的变化或1摄氏度等效误差。
图3-3AD590基本应用电路及封装图3-3（a）是AD590的封装形式，图3-3（b）是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。
因为流过AD590的电流与热力学温度成正比.当电阻R1和电位器R2的电阻之和为Ik时.输出电压V0随温度的变化为ImV/K。
但由TAD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。
调整的方法为:
把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2,使VO273,2mVo或在室温下25吃条件下调整电位器使V0273.225298.2（mV）。
但这样调整只可保证在0°C或25。
（：
附近有较高精度。
它的主要特性如下：
（1）流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即:
IrTlA/K,式中:
Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为AoT—热力学温度，单位为K。
（2）AD590的测温范围为-55oC150oCo（3）AD590的电源电压范围为4V30Vo电源电压可在4V6V范围变化，电流Ir变化1A,相当于温度变化lKoAD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
（4）输出电阻为710M。
（5）精度高oAD590共有I、K、M五个档，J、L、其中M档精度最高，在-55oC150oC范围内.非线性误差为0.3oCoAD590可直接输出与热力学温度成比例的电流信号，在输出端串联一个电阻则转换6中央空调器温度控制系统的设计□为电压信号oAD590不但实现了温度的电量测量，而且灵敏度高、反应时间短.因此可以作为恒温控制电路的信号检测器。
在-50150C温度范围内.AD590的输出电流与温度呈线性关系.与目前使用的水银温度计、铜-康热电偶温度计及半导体热敏电阻温度计相比.AD590具有线性好、测温不需要参考点及消除电源波动、控温精度（温控在某点时的温度最大波动范围）高、体积小、无污染使用方便等优点。
因此在常温范围内可以取代它们，广泛应用于科技和工业领域中。
由以上分析可得出结论,AD590是一种集成的自动化温度传感变送器，在量程和精度上都完全满足设计中温度测量、变送的要求。
下表是AD590温度与电流的关系列表3-1:
表3-1AD590温度与电流的关系摄氏温度AD590电流经过10K欧电压0oC273.2UA2.732V10oC283.2UA2.782V20oC293.2UA2.932V25oC298.2UA2.982V30oC303.2UA3.032V40oC313.2UA3.132V50oC323.2UA3.232V60oC333.2UA3.332V100oC373.2UA3.732V在不同温度下3个OPA运算放大器及ADC0809的输入与输出关系如表3-2:
表3-2OPA及ADC0809的输入与输出关系温度值OPA1OPA2OPA3ADC0809输出值0°C2.732V0V0V00H10oC2.732V-0.1V0.5V19H20oC2.732V-0.2VIV32H30oC3.032V-0.3V1.5V4BH40oC3.032V-0.4V2V64H50oC3.032V-0.5V2.5V7DH60oC3.032V-0.6V3V96H70oC3.032V-0.7V3.5VAFH80oC3.032V-0.8V4VC8H90oC3.032V-0.9V4.5VE1H100oC3.032V-IV5VFAH7中央空调器温度控制系统的设计□本部分电路采用一个AD590温度传感器（0100oC）对温度进行采样，是将AD590作为室内温度传感器件当温度变化时.AD590会产生电流变化，经OPA1将电流转换为电压.由OPA2做零位调整.最后由OPA3反相放大10倍。
放大后的信号输入到A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。
3.3模数转换接口电路因为单片机不能直接处理模拟信号，所以必须将AD590检测到的温度模拟信号变化成数字信号单片机才能做出相应的也理。
在由微型计算机或单片计算机组成的生产过程控制系统和数据采集系统中.可编程模数转换器能把生产现场各种物理量传感器、变送器传送过来的连续变化的模拟电量转换为离散的数字量，然后再提供给计算机进行分析、处理和控制。
按照设计指标,精度要求在±0.5oCo采用8位A/D转换器如果设定其成比例关系，即0255.0oC50oCo∣j!
∣J其精确度为0,20oC,完全满足设计要求。
ADC0809大规模集成电路芯片8是一种由单一5V电源供电、采用逐次逼近转换原理，能够对05V8路输入模拟电压进行分时转换的通用型可编程模数转换器，由于价格适中，与单片机接口、软件操作均比较简单.目前在8位单片机系统中有着广泛的应用。
其内部原理图和管脚.
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