本科畢業(yè)論文基于智能用電的空調(diào)控制器設(shè)計

1、2015屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計說明書題 目: 基于智能用電的空調(diào)控制器設(shè)計院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣F1104學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：教師職稱：2015年05月20日目 次1 緒論31.1 選題的背景31.2 研究目的和意義3 1.3 智能用電研究現(xiàn)狀4 1.4 設(shè)計任務(wù)52 系統(tǒng)總設(shè)計原理62.1 方案論證與比較62.2 系統(tǒng)工作過程73 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計83.1 電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計83.2 電流處理電路93.3 溫度采集部分103.4 AD轉(zhuǎn)換電路113.5 地址鎖存143.6 按鍵設(shè)計153.7 單片機部分163.8 晶振及復(fù)位電路193.9 單片機電源部分203.10 液晶

2、屏顯示203.11 空調(diào)控制部分223.12空調(diào)用電信息上傳224 系統(tǒng)軟件設(shè)計244.1 交流采樣單片機計算方法244.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖25結(jié)論28致謝29參考文獻30附錄321緒論1.1 選題的背景智能家居(Smart Home)的概念最早是由美國人提出的，智能家居是指將家庭中的用電器通過一些現(xiàn)代的控制手段，通訊技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)化連接，實現(xiàn)家電的智能化管理，同時還可以進行遠程監(jiān)控，在線監(jiān)測等內(nèi)容，方便人們的日常生活。智能家電是指將現(xiàn)代的控制檢測系統(tǒng)、通訊技術(shù)應(yīng)用于普通家電，以實現(xiàn)家電的智能化和信息化功能。與傳統(tǒng)家電相比，智能家電不僅具有使人類生活更為舒適、安全、有效、方便的傳統(tǒng)功能，還由原

3、來被動靜止的物體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄鲃又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔换スδ?，?yōu)化人們的生活方式，增強家居生活的安全性。無論是新型家電還是傳統(tǒng)家電，其整體技術(shù)都在不斷提高。家用電器的進步，其關(guān)鍵在于采用了先進控制檢測技術(shù)，從而使家電從一種機械式的家用工具提升為一種具有智能化的設(shè)備，智能家電進步體現(xiàn)了家電最新技術(shù)的較高水平。毋庸置疑，現(xiàn)在整個社會正在向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，智能家電是家電產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。無論是在國際上，還是在國內(nèi)這股潮流都已經(jīng)得到了充分的驗證。目前市場上的少部分高端智能家電都已經(jīng)具有藍牙信號接收、傳輸接口，能夠主動將自身狀態(tài)信息送入控制器，同時在控制器發(fā)出命令后能夠自動執(zhí)行

4、動作。這就為智能家電控制器的開發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)。智能家電系列產(chǎn)品包括：空調(diào)、熱水器、洗衣機、洗碗機、燈光、背景音樂、電動窗簾等。1.2研究目的和意義隨著社會的發(fā)展和國家現(xiàn)代化程度的不斷提高,人們對智能家居及智能用電的要求也越來越高，以往的家用電器一般采用人為的去對其進行開關(guān)和功率調(diào)整。這樣的模式擁有著很大的缺陷：其一，必須有人去對其進行控制，給人們生活帶來不便；二是不能及時根據(jù)人們的需要對功率進行調(diào)整，會造成用電浪費。在能源緊缺的今天這是其重要缺陷。近年來，隨著計算機應(yīng)用技術(shù)、電子信息技術(shù)、以及集成電路的飛速發(fā)展，關(guān)于電能質(zhì)量的測量技術(shù)也帶來了巨大的影響。提高電能測量精度改進機械式功率表以減

5、少誤差，并且能準(zhǔn)確的測量多個物理量以及實現(xiàn)用戶用電信息上傳，是現(xiàn)代電子測量技術(shù)的發(fā)展方向。所以數(shù)字化電能測量儀器成為了必然的選擇。在軟件與硬件設(shè)計時，設(shè)計制作智能化電能質(zhì)量測量的關(guān)鍵就在于系統(tǒng)簡單實用、在測量的過程中能夠抗干擾以及測量的準(zhǔn)確度。在電工與電子技術(shù)應(yīng)用中,經(jīng)常要測量元器件的功率以及元器件的各種參數(shù)。原始的機械測量由于機械運動，不僅在測量的準(zhǔn)確度方面大打折扣，而且操作復(fù)雜，容易受到干擾；原始的測量一般都是多量程的，在測量過程中還需要分檔調(diào)節(jié)有時候還需要數(shù)字換算，其具有很大的局限性，因此智能用電系統(tǒng)的發(fā)展擁有著極大的應(yīng)用價值。1.3智能用電家電研究現(xiàn)狀近代以來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了極大的發(fā)展

6、，智能用電控制技術(shù)也隨之提升，這一想法首先是由美國的網(wǎng)景公司提出，在這一想法的前提下，日本研發(fā)出了網(wǎng)絡(luò)冰箱，該網(wǎng)絡(luò)冰箱是由普通冰箱與計算機連接而成，該系統(tǒng)可以利用條形碼讀入器來讀取冰箱的參數(shù)及所儲存食物的現(xiàn)狀；Microsoft公司在1999年時設(shè)計出了機頂盒，該機頂盒可以使電視屏幕與計算機相連接，可以利用電視屏幕顯示計算機屏幕。至此，Electrolux，samsung，LG公司相繼設(shè)計出了智能化冰箱，在21世紀(jì)初期，該技術(shù)廣泛吸引了人們的注意，同時該技術(shù)也取得了很大的進步。目前，基于智能用電的家電是以智能用電為基礎(chǔ)，通過各種集成測量電路來對家電的各個用電參數(shù)進行實時測量，上傳網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)

7、遠程控制及遠程監(jiān)測，它的顯著特點是精確度高，智能化水平高。智能化家用電器的發(fā)展顯示著家電的先進成果，智能化家電可分為電子信息技術(shù)成果產(chǎn)品與模糊調(diào)控產(chǎn)品。日本的東芝公司首先發(fā)明了利用藍牙技術(shù)來控制智能家電，該技術(shù)可以實現(xiàn)短距離控制，但其在遠程控制時不能使用；松下公司也研究出了利用手機來遠程控制家電的技術(shù)，該系統(tǒng)要求，用戶的手機與本公司的服務(wù)器相連接，但是在目前來說生產(chǎn)價值較高。另外，家用電器的監(jiān)測與遠程控制還可以利用家電與GSM技術(shù)結(jié)合來實現(xiàn)。國外目前的智能化家電還有NEYWELL與Vantage公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，NEYWELL公司的產(chǎn)品是以電腦與家用電器相互聯(lián)，可以實現(xiàn)遠程控制與用電信息管理；而

8、Vantage公司生產(chǎn)的產(chǎn)品可實現(xiàn)對電視與車輛進行控制監(jiān)測等。目前對國內(nèi)來說，智能化家電產(chǎn)品也在急速發(fā)展，但該行業(yè)也存在不少問題，例如：對該產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)不夠明確，生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)用效果與理論相比較差等。我國生產(chǎn)該類產(chǎn)品的公司一般有聯(lián)想，海信，海爾等公司。聯(lián)想公司與21世紀(jì)初期生產(chǎn)出了該公司的第一個智能化家電，該家電與網(wǎng)絡(luò)相連，其具有普通電腦的全部功能，并且操作更加簡單；在同一年里海信公司也生產(chǎn)出了一款智能化家電， 該家電產(chǎn)品是將電腦作為該系統(tǒng)的服務(wù)器與普通家電結(jié)合即可實現(xiàn)對家電的智能化監(jiān)測與控制；與此同時，海爾公司也生產(chǎn)了自己的智能化空調(diào)，冰箱等，其生產(chǎn)的智能化空調(diào)可以使用戶通過終端來控制家用電器，

9、檢測等。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的快速發(fā)展，人們對智能化家電要求也逐漸提高，相關(guān)的研發(fā)機構(gòu)對該技術(shù)的研究力度也隨之增加。2010年，長虹生產(chǎn)出了智能3D電視，目前智能化電視已成為了主要研究對象。2011年，Honeywell和海爾公司聯(lián)合開設(shè)了研究中心，美的集團也對家電智能化產(chǎn)品的研發(fā)加大了力度，在現(xiàn)階段的環(huán)境下，智能化家電的研究具有很大的研究與發(fā)展空間，因此對家電的智能化研究具有很強的利用價值。1.4 設(shè)計任務(wù)通過查閱相關(guān)資料，充分了解空調(diào)的基本原理及工作過程。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計出一個空調(diào)智能用電的控制器 。該控制器應(yīng)具備以下功能：（a） 能準(zhǔn)確的測量出普通家用空調(diào)運行中實時用電參數(shù)（電流，電壓，功率，

10、用電量，功率因數(shù)等）；（b） 并且該用電參數(shù)可以通過LCD液晶顯示；（c） 同時能夠檢測室內(nèi)溫度，根據(jù)溫度的變化，調(diào)整空調(diào)的運行狀態(tài)；可以將空調(diào)的實時用電參數(shù)，運行狀態(tài)信息上傳，并能實現(xiàn)對空調(diào)的遠程控制。2統(tǒng)總體設(shè)計原理2.1方案論證與比較2.1.1 電壓 電流變換電路由于空調(diào)的用電電壓為有效值220V交流電以及05A工頻電流，因此該系統(tǒng)首先需要將交流220V大電壓、05A大電流轉(zhuǎn)化為AD可以接受的小電壓、電流信號后才能進行采集測量。電壓電流變換電路有以下兩種方案：方案一：降壓利用串聯(lián)電阻分壓，此方法精度不高，輸入輸出沒有電氣隔離，電阻的損耗功率較大。方案二：采用電流/電壓互感器降壓，互感器利

11、用的是電磁感應(yīng)的原理，輸入與輸出之間有電氣隔離，其轉(zhuǎn)換精度高，控制比容易獲得。通過上述兩種方案比較可以發(fā)現(xiàn)，方案二較方案一具有明顯的優(yōu)勢，因此本設(shè)計采用方案二，即利用電壓/電流互感器作為電壓/電流變換電路。2.1.2有效值測量部分測量有效值有三種方案：方案一：采用二極管整流電路，再通過峰值檢波電路測得峰值，然后根據(jù)波形因數(shù)求得相應(yīng)的有效值。方案二：利用單片機控制A/D對一個周期內(nèi)的信號進行連續(xù)多點采樣，然后在軟件中根據(jù)有效值計算公式。上述兩種方法中方案一硬件電路復(fù)雜，且能測得的波形范圍小。而方案二電路簡單，誤差小能測得的結(jié)果準(zhǔn)確，故本設(shè)計選用方案二。2.1.3電壓電流采樣電路方案一：采用直流采

12、樣，直流采樣就是將待測交流電壓、電流信號首先進行變壓整流轉(zhuǎn)化為 05V 的直流電壓信號，然后對其進行采樣。方案二：采用交流采樣，交流采樣就是將待測的交流電壓信號經(jīng)過變壓使其轉(zhuǎn)化為 5V（或 05V）的交流電壓后直接進行采樣。上述兩種方法中直流采樣方法的主要優(yōu)點是算法簡單，便于濾波。但無法對信號進行實時采集。交流采樣實時性好、相位失真小、并且相應(yīng)速度快，因此設(shè)計選用交流采樣。2.2系統(tǒng)的工作過程系統(tǒng)整體框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)交流采樣參數(shù)的過程如下：（a）通過電壓互感器和電流互感器獲得空調(diào)的電壓、電流交流信號；（b）溫度傳感器采集溫度信號；（c）根據(jù)室內(nèi)溫度控制空調(diào)壓縮機；

13、（d）對電壓、電流交流信號進行選擇、采樣/保持；（e）進行 A/D 轉(zhuǎn)換；（f）單片機對 A/D 轉(zhuǎn)換信號進行數(shù)據(jù)處理，即采樣數(shù)據(jù)處理，標(biāo)度變換以及輸出等操作；（g）LCD顯示器來實現(xiàn)系統(tǒng)功能并將空調(diào)用電信息上傳。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1電壓轉(zhuǎn)化電路設(shè)計為了使硬件電路設(shè)計的有通用性，我們采用將待測信號轉(zhuǎn)化為單級性電壓測量的方法，這種方法就是將待測的雙極性電壓信號首先轉(zhuǎn)化成單級性電壓信號進行測量。整個電路主要包括極性轉(zhuǎn)換電路和輸入處理電路。其中，單極性轉(zhuǎn)換電路主要是由運算放大電路組成，在此運算放大器我們采用MCP601運放芯片。MCP601芯片的引腳如圖3.1所示。圖3.1MCP601芯片管腳V

14、cc管腳：電源管腳GND管腳：接地管腳VIN-管腳：負輸入端管腳VIN+管腳：正輸入端管腳OUT管腳：輸出管腳a 極性轉(zhuǎn)換電路設(shè)計：在系統(tǒng)進行A/D轉(zhuǎn)換時，我們采用芯片的工作電壓作為數(shù)/模轉(zhuǎn)換的參考電壓。由于大部分芯片的工作電壓都為正電壓，但我們在這里要測量的信號為交流電壓信號，所以我們要對輸入的交流電壓信號進行極性轉(zhuǎn)換，將雙極性轉(zhuǎn)變成單級性。極性轉(zhuǎn)換電路如圖3.2所示。3.2極性轉(zhuǎn)換電路在上面電路中，我們可以知道輸出信號是在輸入信號的基礎(chǔ)上增加了一個直流分量，如果我們調(diào)節(jié)3引腳上的輸入電壓使直流分量的值為1.5V，并且此時輸入信號是幅值為1.5V的交流正弦信號，那么輸出信號就為最大值為3V，

15、最小值為0V的單級性正弦信號。在極性轉(zhuǎn)換電路基礎(chǔ)上我們將很容易設(shè)計出我們要的輸入電路。輸入處理電路：在極性轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)之上，輸入處理電路需要將220V的交流電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉禐?.5V左右的交流電壓信號，此外，還需要為MCP601提供合適的參考電壓信號，其電路圖如3.3所示。圖3.3 輸入處理電路從以上電路中我們可以看到，此電路的工作過程是首先通過變壓器將220V的待測交流電壓信號轉(zhuǎn)變成8V的交流電壓信號，然后此信號經(jīng)過上面的極性轉(zhuǎn)換電路我們可以將待測的雙極性交流電壓信號轉(zhuǎn)換為所需的單級性交流電壓信號。上面的電路中R405電位器的作用是調(diào)節(jié)參考電壓，R404電位器的作用是調(diào)節(jié)交流電壓輸入的幅

16、度。我們可以通過調(diào)整R404與R405的電阻值，就可以將輸入的待測交流電壓信號轉(zhuǎn)換成03V的單級性交流電壓信號。3.2 電流處理電路類比電壓處理電路，可設(shè)計出電流處理電路，但其也具有一些不同，電流處理電路在電流互感器之后應(yīng)接一個精密電阻，這樣可以將電流信號轉(zhuǎn)化為03V的單級性交流電壓信號，之后部分與電壓處理方法相同，其轉(zhuǎn)換電路如圖3.4所示。圖3.4 電流轉(zhuǎn)換電路3.3溫度采集部分本設(shè)計的溫度采集部分選用溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的，其具有一線總線接口，它優(yōu)點有微型化、功耗低、性能高、抗干擾能力強、易配微處理器等，另外該傳感器可以直

17、接將溫度模擬信號轉(zhuǎn)化成串行溫度數(shù)字信號供處理器處理。DS18B20引腳如圖3.5所示。圖3.5 DS18B20引腳圖DS18B20的性能及特點：（1）該傳感器適應(yīng)電壓范圍較寬，該電壓范圍為3.05.5V，并且可由數(shù)據(jù)線供電。（2）其接線方式為單線接口方式，它與單片機相連接時，只需要一根線即可實現(xiàn)傳感器與單片機互聯(lián)，并且可以雙向通信。（3）具有點組網(wǎng)功能，即多個DS18B20可以并聯(lián)在一條三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點同時測溫。（4）傳感器工作時不需要任何外接元件，該傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個集成電路里。（5）溫度測量范圍為-55+125，在-10+85時精度為0.5。（6）分辨率為912位，該分辨率對

18、應(yīng)的可分辨溫度為0.5到0.0625， 可實現(xiàn)高精度的溫度測量。（7）轉(zhuǎn)換速度較快，當(dāng)分辨率為9位時，最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換完成；分辨率12位時，最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。（8）電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但此時該芯片不能正常工作。系統(tǒng)溫度測量電路如圖3.6所示。 圖3.6 DS18B20溫度采集電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路1、ADC0808主要特性：（1）分辨率： 8位。（2）該AD轉(zhuǎn)化具有一定的不可調(diào)誤差：其不可調(diào)誤差為LSB。（3）AD轉(zhuǎn)換時間：該轉(zhuǎn)換時間主要取決于芯片內(nèi)部的時鐘頻率，例如 CLK=500kHz時，TCONV=128s。（4）單一電源： +5

19、V。（5）模擬信號輸入電壓范圍：單極性信號為05V；雙極性電壓信號為5V,10V(此種情況需外加一定電路)。（6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。（7）AD轉(zhuǎn)換啟動控制信號為正脈沖信號，即控制信號為上升沿時所有內(nèi)部寄存器將會被清零，為下降沿時A/D轉(zhuǎn)換啟動。（8）該AD轉(zhuǎn)換不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2、ADC0808引腳功能ADC0808引腳如圖3.7所示。圖3.7 ADC0808管腳圖（1）IN0IN7：8路模擬量的輸入引腳，可進行8路模擬量輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來控制具體選通通道。（2）D7D0：為數(shù)字信號輸出引腳，可直接與單片機端口相連接。8位輸出端排列順序為D0最

20、低位，D7最高位。（3）ADDA、ADDB、ADDC：為模擬通道選擇地址信號輸入端，其中ADDA為低位，ADDC為高位。該地址信號與所選通道的對應(yīng)關(guān)系如表4-1所示。（4）VR(+)、VR(-)：為正、負參考電壓的輸入端，若進行單極性輸入，則VR(+)=5V，VR(-)=0V；如果進行雙極性輸入，則VR(+)、VR(-)分別接正、負極性的參考電壓。表3.1 ADC0808地址信號與選中通道地址選中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（5）ALE：為地址鎖存允許信號輸入端，該端口輸入信號為高電平時有效。當(dāng)此輸

21、入信號為高電平時，A、B、C三個地址信號將會被鎖存，通過譯碼器來完成模擬通道的選通。在具體使用時，該信號常與START輸出端連接，以便同時控制通道地址鎖存和A/D轉(zhuǎn)換開始。（6）START：為A/D轉(zhuǎn)換開始信號控制端，該輸入端輸入信號為正脈沖時有效。即該輸入端上的脈沖信號為上升沿信號時逐次逼近寄存器清零，為下降沿信號時A/D轉(zhuǎn)換啟動。但是若芯片正在進行A/D轉(zhuǎn)換時又接收到了新的啟動脈沖信號，則原來正在進行的轉(zhuǎn)換中止。（7）EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸入端，該輸入端為高電平時有效。該輸入端在進行A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，不進行轉(zhuǎn)換時為高電平。該信號可作為被單片機查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請

22、求信號。如果需要對一個模擬量進行不斷采樣與轉(zhuǎn)換，EOC端也可作為啟動信號輸出端接到START端上，此時則需要在剛加電時由外電路提供第一次啟動時的啟動信號。（8）OE：為輸出允許信號輸入端，該端輸入信號為高電平時有效。當(dāng)單片機送出該信號時，ADC0808的輸出門開啟，使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端被單片機讀取。在中斷工作條件下，該信號往往作為CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。ADC0808為逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器由八路模擬開關(guān)、地址鎖存器與譯碼器、比較器、控制電路、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器以及三態(tài)輸出鎖存器等構(gòu)成。ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.8 ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)3、

23、工作時序與使用說明 圖3.9 ADC0808工作時序ADC0808的工作時序如圖3.9所示。當(dāng)通道地址輸入端輸入信號有效時，ALE中一出現(xiàn)高電平信號，地址信號馬上就會被鎖存器鎖存。START輸入端出現(xiàn)上升沿信號，寄存器SAR將會被復(fù)位，在START上升沿結(jié)束后的一小段時間內(nèi)，EOC信號端將會下降為低電平信號，通過這種方式表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程正在進行，直到EOC再次上升為高電平表示該待測信號轉(zhuǎn)換完成。單片機接收到上升為高電平的EOC信號后，會立即傳出OE信號，這個時候系統(tǒng)就會將三態(tài)門打開來讀取待測信號的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。3.5地址鎖存地址鎖存器74LS373管腳如圖3.10所示。圖3.10 74LS373管

24、腳圖74LS373是常用的地址鎖存器，其與ADC相連接時可以通過地址鎖存器和譯碼器控制ADC的8路模擬量輸出。3根地址線與ADC的A、B、C 引腳直接相連，通過單片機的ALE鎖存。其地址的改變可以實現(xiàn)8路模擬通道的切換，其選通通道的地址碼見表3.2。表3.2 74LS373通道地址表地址編碼被選中的通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101 IN5110IN6111IN73.6按鍵設(shè)計鍵盤采用43 的行列式鍵盤，又叫矩陣式鍵盤。用系統(tǒng)I/O 口線組成行、列相交結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)按鍵分別設(shè)置在行列的交叉點上。43 的行列結(jié)構(gòu)可組成12 個鍵的鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時

25、，可以節(jié)省I/O 口線。本例中還有3 個獨立按鍵。行列式鍵盤和獨立按鍵在本設(shè)計中直接接于單片機的P2口上，按鍵接線圖如圖3.11所示。圖3.11按鍵輸入電路該電路中，S0至S9分別為0到9十個數(shù)字輸入；S10為數(shù)字加；S11為數(shù)字減；S12為設(shè)置鍵；S13與S14為溫度升與降。3.7單片機部分89C51單片機引腳如圖3.12所示。圖3.12 89C51單片機引腳圖主要引腳功能介紹VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：89C51單片機的P0口為8位雙向I/O接口，每個接口可接收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次被輸入1時，我們定義其為高阻輸入狀態(tài)。P0口可以用作外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它一般被定

26、義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口一般被作為原碼輸入接口，如果FIASH進行校驗，則P0口輸出原碼，即為低電平信號，因此在這種狀態(tài)下P0口外部必須接上拉電阻才能工作。P1口：P1口是一個內(nèi)部自帶上拉電阻的8位雙向I/O接口，P1口緩沖器能夠用來接收輸出4TTL門電流。當(dāng)P1接口被寫入1時，該接口由于內(nèi)部上拉電阻的緣故被提升為高電平，此管腳可以用于系統(tǒng)輸出端，當(dāng)P1口外部信號為低電平時，此接口將輸出電流信號。在FLASH進行編程和校驗時，P1口可以作為低八位地址接收端口。P2口：與P1口相同，P2口同樣內(nèi)部自帶上拉電阻，當(dāng)P2口被寫入1時，通過內(nèi)部上拉電阻的作用使得信號被提升為

27、高電平，并且被作為輸入端口。當(dāng)用此引腳作為輸入端口時，P2口的管腳將會被外部低電平拉低，該管腳將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗時可以用來接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳為8個內(nèi)部自帶上拉電阻的雙向I/O端口，可以用來接收輸出4個TTL門電流信號。當(dāng)P3端口被寫入1時，通過內(nèi)部上拉電阻該端口將會被提升為高電平，并用作輸入端口。若該管腳被用作輸出端，由于該管腳外部為低電平，因此該管腳會被下拉為低電平信號，此時P3口將輸出電流（ILL）。P3口同時也可以被用作AT89C51的一些特殊功能接口，其特殊功能接口如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 T

28、XD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通控制端）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通控制端）P3口同時也可以作為閃爍編程和編程校驗接口，可以用來接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入端口。當(dāng)振蕩器發(fā)出復(fù)位信號時，需要保持RST腳至少有兩個機器周期的高電平信號。ALE/PROG：當(dāng)單片機訪問外部存儲器時，地址鎖存器用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程時，此引腳可以用作編程脈沖信號輸入。在其他時間里，ALE端會以一定的頻率周期向外部輸出正向脈

29、沖信號，此輸出信號的頻率為單片機晶振頻率的1/6。因此利用他可以達到對外部輸出脈沖或者定時目的。但是我們需要注意的是：每當(dāng)該管腳用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，其會跳過一個ALE脈沖信號。如果想要禁止ALE的輸出，則可以在SFR8EH地址上置0。這個時候， ALE端口只有是在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才會起到作用。并且，該引腳將會被略微拉高。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期中會有兩次/PSEN有效。但系統(tǒng)在訪問單片機外部數(shù)據(jù)存儲器時，該信號將不會出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA端口輸入保持為低電平時，外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管該系統(tǒng)

30、是否擁有內(nèi)部程序存儲器， /EA端口將單片機內(nèi)部信號鎖定為RESET。在FLASH編程過程中，此引腳也可提供12V編程電源（VPP）。XTAL1：振蕩放大器的反向輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.8晶振及復(fù)位電路3.8.1晶振電路單片機晶振電路如圖3.13所示。圖3.13單片機晶振電路 晶振電路:一般的單片機晶振取頻率為11.0592MHz(因為這種情況下可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,可以 用于有串口通訊的場合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級時歇,方便定時操作)。3.8.2復(fù)位電路單片機復(fù)位電路如圖3.14所示。圖3.14 單片機復(fù)位電路系統(tǒng)自動復(fù)位電路:由電容串聯(lián)

31、電阻回路構(gòu)成,其中電容電壓不會突變，從圖中我們可以知道,當(dāng)系統(tǒng)上電時,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦C取10u,R取8.2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期的高電平.手動復(fù)位：當(dāng)系統(tǒng)需要進行手動復(fù)位時，可按下復(fù)位按鈕，此時電路中+5V電源經(jīng)由按鈕，電阻R7與GND構(gòu)成回路，此時單片機RST管腳輸入為高電平，因為單片機RST端輸入為高電平時復(fù)位，因此此時單片機即進行復(fù)位。3.9單片機電源

32、部分電源產(chǎn)生電路如圖3.15所示。圖3.15 +5V穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電路圖3.15電路為+5V電壓的穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電路。其工作過程為：首先220V交流電流經(jīng)變壓器，使220V交流電變壓為低壓交流信號，然后經(jīng)過橋式整流電路轉(zhuǎn)換為不太穩(wěn)定的直流電壓信號。但該直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和電容C3的濾波后，便會在穩(wěn)壓電源的輸出端輸出高精度，穩(wěn)定度好的+5V輸出電壓，可以為單片機提供合適的電源信號。3.10液晶屏顯示液晶一般從表面上看只是表現(xiàn)為一種液體，但它的分子結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)出了固體的形態(tài)。其分子形態(tài)就像是處于磁場中的金屬粒子一樣，一旦外界出現(xiàn)磁場其粒子就會按照磁場的方向有序排列。如果對磁場加以控制，那么這

33、些粒子就會按照我們心中所想的那樣排列出我們需要的圖形。此時液晶分子內(nèi)部允許光線穿透出來；光線穿透液晶所顯示的圖樣可以根據(jù)之前液晶排列的圖形而定，這種特性又表現(xiàn)為固體的性質(zhì)。液晶其實是一種有機物，其分子形狀為長棒性。在沒有任何干擾下，這些分子的長軸基本保持平行。液晶屏正常工作的第一個特點是必須將液晶處于兩個列有細槽的平面之間。同時這個平面上的槽必須要互相垂直，也就是說，如果一個平面上的液晶分子是東西方向排列，那么另一平面上的分子必須南北方向排列，而處于這兩個平面之間的分子就會扭轉(zhuǎn)處90度。由于光線是沿著液晶分子排列的方向傳播的，因此光線穿過液晶時也會與液晶分子一樣呈現(xiàn)被扭轉(zhuǎn)90度的狀態(tài)。但是當(dāng)我

34、們在液晶上加一個電壓信號時，就可以使液晶分子不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，同時光線透過液晶時可以直射過去。LCD的另一個特點就是它工作過程中依賴于光線本身屬性還有液晶本身的濾光片質(zhì)量，極化濾光片的實際就是一系列越來越細的平行線。這些線會形成一張網(wǎng)，這張網(wǎng)可以阻斷一切不與這些線平行的光線，極化濾光片的線正好與第一個互相垂直，所以可以將已經(jīng)極化的光線完全阻斷。 因此在這個時候只有兩個濾光片線完全的相互平行或者光線被扭轉(zhuǎn)到與第二個極化濾光片相匹配時，光線才能完全穿透。所以在正常情況下應(yīng)當(dāng)阻斷所有試圖穿過液晶的光線穿過。其引腳如圖3.16所示。圖3.16 LCD引腳圖1602采用16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地

35、第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示屏對比度調(diào)整輸入端口，該端口與正電源直接相連時對比度最弱，屏幕顯示最淡；接地時對比度最高，屏幕顯示最濃(但是也不可將對比度調(diào)節(jié)過高，如果對比度過高則會 產(chǎn)生“鬼影”，看不清屏幕數(shù)據(jù))。第4腳：RS為寄存器選擇輸入端口，該端口輸入為高電平0時選擇指令寄存器，為低電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器。第5腳：RW為讀寫信號輸入端，若輸入為高電平1時則進行讀操作，若輸入為低電平(0)時則進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,該端口為高電平(1)時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為一個8位雙向數(shù)據(jù)控制端。LCD液晶顯示電路如圖3

36、.17所示。圖3.17LCD液晶顯示電路單片機P3.4P3.5口作為LCD的控制口，P0口作為LCD的并行數(shù)據(jù)口,由于單片機P0口輸出始終為低電平信號，因此需接一個上拉電阻轉(zhuǎn)化為高電平信號輸入LCD顯示。3.11 空調(diào)控制部分在各種自動控制電路中，都存在一個高壓電路與一個低壓電路：低壓電路稱為控制電路，高壓電路稱為主電路。為了安全起見，一般利用低壓控制電路來控制高壓主電路一方面要使低壓的電子電路的控制信號能夠控制高壓電氣電路。該系統(tǒng)繼電器模塊的電路圖如圖3.18。圖3.18 空調(diào)控制電路該控制電路原理為當(dāng)單片機P3.7口輸出為高電平時，NPN型三極管的基極為高電平，基極與發(fā)射極導(dǎo)通，從而使得集

37、電極與發(fā)射極導(dǎo)通形成回路，繼電器動作，空調(diào)啟動。當(dāng)單片機P3.7口輸出為低電平，三極管基極與發(fā)射極未導(dǎo)通，集電極與發(fā)射極不構(gòu)成回路，繼電器還原，空調(diào)關(guān)閉。3.12 空調(diào)用電信息上傳用電信息上傳網(wǎng)絡(luò)互動使人們可以實現(xiàn)遠程控制，信息傳遞的關(guān)鍵部分。該部分技術(shù)大大提升了生活的智能化，是實現(xiàn)智能化用電信息管理的關(guān)鍵技術(shù)。用電信息上傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般可分為三個部分。感知層。該部分可以識別物理信號，通過傳感器，單片機等設(shè)備，實現(xiàn)對空調(diào)電流，電壓，功率，功率因數(shù)，用電量等信息識別。網(wǎng)絡(luò)層。該部分主要將感知層中的數(shù)據(jù)進行傳遞，提供高可靠，高安全的數(shù)據(jù)傳輸，其主要由接入網(wǎng)與核心網(wǎng)組成。網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)是以光線網(wǎng)絡(luò)為主，并

38、以數(shù)字微波網(wǎng)為輔，接入網(wǎng)是以光纖網(wǎng)，230MHz無線數(shù)傳電臺為主，主要實現(xiàn)將感知層數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層。應(yīng)用層。應(yīng)用層是將感知層數(shù)據(jù)進行不同的應(yīng)用與用戶進行互動，主要包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)備，中間件等，利用基礎(chǔ)設(shè)施為網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)處理，計算等基礎(chǔ)設(shè)施，能以資源調(diào)用接口，并以此實現(xiàn)人機互動，用電信息遠程監(jiān)控，遠程管理等。依據(jù)任務(wù)需求，本設(shè)計將利用無線傳感網(wǎng)，載波通信，光纖通信等通信手段實現(xiàn)對空調(diào)用電信息的網(wǎng)絡(luò)上傳與遠程管理，該系統(tǒng)主要功能有:用電信息采集，雙向互動服務(wù)，用戶用電信息管理，空調(diào)智能控制，互聯(lián)網(wǎng)功能等，根據(jù)三層體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖3.19所示。圖3.19 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架4系統(tǒng)軟件設(shè)計4

39、.1交流采樣單片機計算方法將電壓有效值公式（4.1） （4.1） 離散化，之后可以用一個周期所測得一個個瞬時值來代替一個周期內(nèi)正弦電壓函數(shù)值，則 （4.2） 式（4.2）：表示相鄰兩次采樣的時間差；為第m-1個時間間隔所測得的電壓采樣瞬時值；N表示1個周期的采樣點個數(shù)。若相鄰的兩個采樣時間間隔是相等的，即為常數(shù)，我們考慮到N=(T/)+1，則有 （4.3）式（4.3）表示利用一個周期內(nèi)各采樣點的采樣瞬時值與每個周期采樣點的個數(shù)來計算出的電壓信號有效值。類比這種方法，電流有效值計算公式如下： （4.4） 計算有功功率的公式 （4.5）離散化后為 （4.6）式（4.6）： 、表示同一時間下電流、電

40、壓的采樣值。則功率因數(shù)可以通過下面公式計算出來： （4.7）計算用電量公式W=Pt （4.8）4.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖軟件是系統(tǒng)靈魂，軟件系統(tǒng)設(shè)計是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵?；诳照{(diào)智能用電的控制器設(shè)計軟件系統(tǒng)可以采用標(biāo)準(zhǔn)C語言 編寫,。該軟件系統(tǒng)主要由系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、溫度采集、按鍵設(shè)置、溫度控制六大模塊組成，該結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。 圖4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖系統(tǒng)流程順序為：開始，LCD初始化，溫度傳感器初始化，啟動電壓電流采樣，LCD顯示各個參數(shù)，啟動溫度傳感器讀取溫度，掃描鍵盤，比較溫度值與設(shè)定值，超過設(shè)定值則空調(diào)開始制冷，不超過則繼電器斷開，延時后返回程序初始化，其詳細流程如圖4.

41、2所示。圖4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計框圖（2）液晶顯示流程圖如圖4.3所示。圖4.3 液晶顯示流程圖（3）溫度采集流程圖如圖4.4所示。圖4.4 溫度采集流程圖（4）鍵盤處理子程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5鍵盤處理程序流程圖結(jié) 論本論文對智能用電做了一些詳細介紹，并在此基礎(chǔ)上采用交流采樣的方法，設(shè)計出了以AT89C51單片機為核心部件的空調(diào)智能用電的控制器。主要工作如下所示：第一,分析了國外家電智能化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，同時分析了國內(nèi)在智能用電方面一些現(xiàn)有技術(shù)以及存在的問題。第二，列舉出了多種系統(tǒng)方案，并對其進行比較，確定了一個相對確定系統(tǒng)方案。第三，對系統(tǒng)設(shè)計中所用的各個應(yīng)用芯片做出了引腳介紹，功

42、能介紹，并對硬件設(shè)計電路的工作原理及工作過程做出詳細說明。第四，對系統(tǒng)中AT89C51單片機工作過程中進行了說明，并設(shè)計出了軟件設(shè)計框圖。通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對空調(diào)用電參數(shù)（包括電壓，電流，功率，功率因數(shù)，用電量）的實時測量，并能通過溫度傳感器DS18B20對當(dāng)前室內(nèi)溫度進行測量，通過室內(nèi)溫度來控制空調(diào)的運行狀態(tài)，同時可以將空調(diào)的用電參數(shù)，運行狀態(tài)上傳網(wǎng)絡(luò)，但本設(shè)計中也存在一些干擾因素，例如系統(tǒng)工作時出現(xiàn)，單片機會受到其他高頻信號影響，具有隨機性，若采用硬件抗干擾措施，由于其局限性，只能抑制一些頻率范圍的干擾信號。軟件抗干擾方面，其一是采用抑制疊加在模擬輸入信號上噪聲的影響；其二是由于干擾而使運

43、行程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)時，可以利用軟件冗余、軟件陷阱“看門狗”等技術(shù)使程序納入正軌。致 謝歷時四個月的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了。在畢業(yè)設(shè)計的整個過程中，我查閱了好多資料和書籍，不僅去之前學(xué)過的課程有了更加深入的了解，同時又學(xué)到了很多新的知識。為以后走向工作奠定了基礎(chǔ)。首先我要衷心的感謝陳老師。從最初的論文選題、信息收集到論文的撰寫工作陳老師都給與了我很大的幫助。在做畢業(yè)設(shè)計的前期，陳老師耐心的為我講解了本設(shè)計要達到的要求，讓我明白總體框架，以及，以及特別細心的修改論文，陳老師這種踏實的工作作風(fēng)和嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度備受感激。同時再設(shè)計中，李學(xué)長也對提供了很大的幫助在此，特向陳老師和李學(xué)長表達

44、我深深的感謝。同時，感謝學(xué)校為我提供了極好的學(xué)習(xí)條件，學(xué)到了知識，使我能順利的完成畢業(yè)設(shè)計；感謝電氣工程學(xué)院的各位老師對我曾經(jīng)的關(guān)心與支持；感謝給過我?guī)椭乃信笥褌?，祝你們前程似錦！鑒于本人的水平有限，錯誤之處在所難免，希望各位老師賜教，在此向大家表示由衷的感謝。參 考 文 獻1王曉丹.純電動客車空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)匹配與設(shè)計研究D.吉林大學(xué),2009.2董愛華,李金麗. 一種基于單片機電壓采樣的功率因數(shù)在線檢測J. 微計算機信息,2010,17:98-99+110.3董愛華,李金莉. 一種基于電壓采樣的功率因數(shù)在線測量電路A. 中國儀器儀表學(xué)會.第七屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集C.中國儀器儀

45、表學(xué)會:,2009:5.4梁清華,梅立風(fēng),張鍵. 電能質(zhì)量與諧波測量技術(shù)講座第五講 用單片機測量功率因數(shù)J. 儀表技術(shù),1999,05:43-44.5白連平,王晶,馬文忠. 用單片機測量電機功率的一種新方法J. 石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1997,01:111-112+122.6戴克中. 采用8031單片機測量電壓頻率的方法J. 自動化與儀表,1998,06:25-26.7張琪,馮占飛,宋保業(yè). 一種電能測量實驗裝置的設(shè)計J. 中國科技信息,2015,01:170-171.8楊德超,楊旭,李釗,趙皖豫. 電能計量裝置計量準(zhǔn)確性影響因素分析J. 智能電網(wǎng),2015,02:157-163.9周艷. 基于單片機的萬用表設(shè)計J. 科技視界,2015,04:117-118.10邱關(guān)源