基于单片机的智能空调控制系统设计Word格式.doc
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3.6系统总电路 22
4软件系统设计 24
4.1概述 24
4.2主程序流程图 24
4.3程序源代码 25
总结 34
致谢 35
参考文献 36
摘要
随着时代的进步和发展，空调已经普及到我们生活、工作，极大地改善了人们的生活品质。
本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的温度检测、调节、控制的空调系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。
对各部分的电路也一一进行了设计。
该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限在通过单片机控制温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。
DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
关键词：
AT89C51LED数码管DS18B20数字温度计
Abstract
Withtheeraofprogressanddevelopment,airconditioninghasbecomepopularwelive,work,greatlyimprovedpeople'
squalityoflife.ThispaperdescribesatemperaturemeasurementbasedonAT89C51microcontroller,regulateandcontroltheairconditioningsystem,adetaileddescriptionoftheuseofdigitaltemperaturesensorDS18B20temperaturemeasurementsystemdevelopmentprocess,focusingonthesensorundertheSCMhardwareconnection,softwareprogramming,andthemodularsystemconductedadetailedanalysisoftheprocess,inparticular,digitaltemperaturesensorDS18B20datacollectionprocess.Onvariouspartsofthecircuitisalsointroducedonebyone.
Thesystemcaneasilyachievetherealizationoftemperatureacquisitionanddisplay,andcanbearbitrarilysettheupperandlowertemperaturecontrolthroughmicrocontroller.Itisveryconvenienttouse,withhighprecision,widerange,highsensitivity,smallsize,lowpowerconsumption,suitableforourdailylivesandindustrialandagriculturalproductioninthetemperaturemeasurement,astemperaturecanalsobeembeddedinothersystemsprocessingmoduleinthemainsystemastheotherauxiliaryexpansion.DS18B20combinedwiththerealizationofthesimplestAT89C51temperaturedetectionsystem,thesystemissimple,anti-interferenceability,suitableforharshenvironmentsspottemperaturemeasurement,awiderangeofapplications.
Keywords:
AT89C51,LEDdigitaltube,DS18B20Temperature,Sensor
35
基于单片机的智能空调控制系统设计
前言
随着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。
如在工业生产中如：
锅炉、蒸汽机等大型设备中，PLC（大型）作为主控器件有着不可替代的的优势，但是PLC设备一般价格比较昂贵，体积也比较大的，所用电源电压也相对较高。
所以在小型系统中多采用单片机，随着单片机技术的发展，单片机的不断更新换代，其性能有了显著的提高，稳定性及控制功能也满足了智能空调控制系统的要求，达到自动控制的目的。
因此我们采用基于单片机的控制系统而设计。
此次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关单片机控制系统的基本知识，了解单片机对智能空调控制系统的相关技术，并在此基础上选择了使用AT89C51单片机作为核心设计，同时也研究了另一重要器件DS18B20温度传感器。
这是课题研究的基础性内容。
第二阶段是在指导教师的指导下，设计出具体的电路，并确定满足具体技术指标的软件，掌握电路中重要器件的使用方法，以及绘制该课题电路。
通过教师的悉心指导，同学的帮助和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功完成基于单片机智能空调控制系统的设计。
1绪论
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。
1.4系统总体方案及硬件设计
本设计关键是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。
而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差，空调机内高密度的电路以及电子器件更容易出现较大误差影响空调性能。
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，对于整个系统费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，满足设计要求。
所以此处选用DS18B20方案。
图1.1总体控制方案图
2系统硬件的选择及其功能特性
本章主要就选择单片机、温度传感器、数码管作说明。
2.1AT89C51单片机的结构及其功能
实际参考本系统的组成及所需功能的准确性，本文采用的是AT89C51单片机。
2.1.1AT89C51单片机的结构
AT89C51单片机与Intel80C51在引脚排列、工作特性、硬件组成、指令系统完全兼容。
Ø
内含4KB的Flash存储器，擦写次数1000次;
内含128字节的RAM;
具有32根可编程I/O线；
具有2个16位可编程定时器；
具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；
具有1个全双工的可编程串行通信接口；
具有1个数据指针DPRT；
两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；
具有可编程3级程序锁定位；
AT89C51的工作电源电压为5（1±
0.2）V且典型值为5V；
AT89C51最高工作频率24MHz；
其基本组成（参见图2.1）：
中央处理器、Flash存储器、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。
1．中央处理器（CPU）
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，完成运算和控制功能。
中央处理器主要包括运算器和控制器两部分。
运算器主要用来实现算术运算、逻辑运算和位操作。
其中包括逻辑运算单元AUL、累加器Ａcc、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器。
控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件。
控制器主要包括程序计数器ＰＣ、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时器和逻辑控制器。
其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对之灵执行过程进行定时和逻辑控制。
2．内部数据存储器（内部RAM）
AT89C51芯片中共有128B位RAM单元，用于存放可读写的数据，简称内部RAM。
3．外部程序存储器（外部ROM）
AT89C51芯片内有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）
4．定时/计数器
AT89C51共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。
2.1.2AT89C51单片机的引脚及其功能
单片机引脚如图2.1所示：
图2.1单片机引脚图
VCC：
电源电压
GND：
地
P0口：
P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。
作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。
当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。
P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。
P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。
P1口：
P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。
对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。
因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。
闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。
图2.2AT89C51单片机结构框图
P2口：
P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。
对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。
因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。
闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。
P3口：
P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。
对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。
P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表2.1所示：
表2.1P3口第二功能表
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD
P3.1
TXD
P3.2
INT0
P3.3
INT1
P3.4
T0
P3.5
T1
P3.6
WR
P3.7
RD
除此之外，P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。
RST：
复位输入。
当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
ALE/：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。
如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。
这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。
此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
PSEN：
程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不出现。
EA/VPP：
外部访问允许。
欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。
需要注意的是：
如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。
闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。
XTAL1：
震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
震荡器反相放大器的输出端。
2.1.3时钟震荡器
AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。
外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。
对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。
如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF±
10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF±
10PF。
用户也可以采用外部时钟。
采用外部时钟的电路如图示。
这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。
由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。
2.1.4闲散节电模式
AT89C51有两种可用软件编程的省电模式，它们是闲散模式和掉电工作模式。
这两种方式是控制专用寄存器PCON中的PD和IDL位来实现的。
PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。
IDL是闲散等待方式，当IDL=1，激活闲散工作状态，单片机进入睡眠状态。
如需要同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电模式。
图2.3内部振荡电路
图2.4外部振荡电路
在闲散工作模式状态，中央处理器CPU保持睡眠状态，而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。
此时，片内随机存取数据存储器和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。
闲散模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。
终止闲散工作模式的方法有两种，一是任何一条被允许中断的事件被激活，IDL被硬件清除，即刻终止闲散工作模式。
程序会首先影响中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序，并紧随RETI指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入闲散工作模式，那条指令后面的一条指令。
二是通过硬件复位也可将闲散工作模式终止。
当由硬件复位来终止闲散工作模式时，中央处理器CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在这种情况下，内部禁止中央处理器CPU访问片内RAM，而允许访问其他端口，为了避免可能对端口产生的意外写入：
激活闲散模式的那条指令后面的一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。
2.1.5掉电模式
在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在中指掉电模式前被冻结。
退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将从新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效切必须保持一定时间以使振荡器从新启动并稳定工作。
表2.2闲散和掉电模式外部引脚状态
模式
程序存储器
ALE
P0
P1
P2
P3
闲散模式
内部
1
数据
浮空
地址
掉电模式
外部
2.1.6程序存储器的加密
AT89C51可使用对芯片上的三个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）得到如下表2.3所示的功能：
表2.3 LB1、LB2、LB3功能表
程序加密位
保护类型
U
没有程序保护功能
2
P
禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容
3
除上表功能外，还禁止程序校验
4
升级会员 