空調控制系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 數(shù)理與信息工程學院課 程 設 計 題 目： 空調控制系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 計算機科學與技術 班 級： 姓 名： 學號： 學 院： 成 績： ( 2006.6 )目 錄第1節(jié) 引 言3 1.1 空調控制系統(tǒng)概述41.2 設計任務41.3 系統(tǒng)主要功能4第2節(jié) 空調控制系統(tǒng)硬件設計42.1 總體方案示意圖42.2 硬件總體設計方案52.3 單片機時鐘電路設計52.4 復位及復位電路設計62.5按鍵接口設計72.6系統(tǒng)設計電路圖8第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設計9 3.1 系統(tǒng)主程序模塊93.2 溫度設定中斷子程序103.3 溫度顯示子程序123.4 定時中斷子程序13第4節(jié) 結束語1

2、7參考文獻 18空調控制系統(tǒng)第1節(jié) 引 言目前空調已經(jīng)廣泛地應用于生產(chǎn)、生活中。空調的主要功能是改變室內溫度。隨著微電子、計算機和通訊技術的發(fā)展，微型計算機的應用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個領域，從家用電器、機電一體化產(chǎn)品到航空航天技術、人工智能、生物工程以及現(xiàn)代通信技術等各個領域，微型計算機的應用都取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。當今，計算機的應用水平已在很大程度上決定了生產(chǎn)力的水平。微型單片機系統(tǒng)以其體積小、性能價格比高，指令豐富、提供多種外圍接口部件、控制靈活等優(yōu)點，廣泛應用于各種家電產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中，在溫度控制領域的應用也十分廣泛。隨著能源的日趨減少，大氣污染愈加嚴重，節(jié)能已是一個不容

3、忽視的問題。眾所周知，空調正朝著節(jié)能、舒適、靜噪于一體的方向發(fā)展。如變頻空調，它剛一問世，就顯示出強大的生命力；家用中央空調將全部居室空間的空氣調節(jié)和生活品質改善作為整體來實現(xiàn)，克服了分體式壁掛和柜式空調對分割室的局部處理和不均勻的空氣氣流等不足之處。通過巧妙的設計和安裝可實現(xiàn)美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，是國際和國內的發(fā)展潮流?？梢灶A料，下世紀的空調將會以更快的步伐向前發(fā)展。1.1 空調控制系統(tǒng)概述它是一個完整的單片機系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Intel公司生產(chǎn)的80C51單片機,通過A/D轉換器將溫度傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)送入單片機，單片機將采集的數(shù)據(jù)與設定溫度相比較決定壓縮機的工作狀態(tài)，空調的心臟是

4、壓縮機，單片機通過對制冷壓縮機的控制，實現(xiàn)了空調的制冷。 本文系統(tǒng)地介紹了空調制冷的原理、硬件的結構、工作原理及其使用和各部分邏輯功能電路的設計。文中，還解決了單片機系統(tǒng)的抗干擾問題。采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、A/D轉換抗干擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理。1.2 本設計任務控制系統(tǒng)要控制的是空氣溫度，是通過壓縮機的運行、停止控制的，實際上單片機直接控制的是壓縮機的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能。（1）根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機工作：控制參數(shù)是溫度，被控參數(shù)是壓縮機電路通、斷的工作狀態(tài)。（2）設置希望的環(huán)境溫度值：由人手動控制。（3）顯示設定的溫度值。1.3 系統(tǒng)主要功能本次設計并實現(xiàn)了80C51對制冷

5、壓縮機的控制?？梢燥@示溫度，也可以根據(jù)根據(jù)自己的需要進行溫度調整。并設計了穩(wěn)壓電源濾波電數(shù)制系統(tǒng)本身產(chǎn)生的干擾向外界傳遞,造成電磁環(huán)境污染，因此所以本系統(tǒng)地抗干擾性較好。該系統(tǒng)操作簡單，使用維護方便，通用性好，便于擴充?？刂蒲b置體積小，性能價格比較高。第2節(jié) 空調控制系統(tǒng)硬件設計2.1 總體方案示意圖：經(jīng)過以上轉化，該制冷系統(tǒng)總體方案示意圖如圖1所示： 圖1 制冷控制系統(tǒng)總體方案示意圖22 硬件總體設計方案（1）該制冷系統(tǒng)由80C51單片機系統(tǒng)即可實現(xiàn)。電源由220V市電經(jīng)直流電源轉化為5V直流電壓，采用內部時鐘電路。（2）選用熱敏電阻式溫度傳感器和ADC0809轉換器。溫度傳感器產(chǎn)生的模擬信

6、號轉換為數(shù)字信號后，由P0輸入。ADC0809由P3.0啟動轉換，由P3.1控制輸出。信號傳輸采用無條件輸入方式，啟動A/D轉換后延時100s從P0口采集數(shù)據(jù)。時間延遲由T0實現(xiàn)。（3）溫度設置信號由脈沖電路產(chǎn)生，為簡化系統(tǒng)，通過導線分別與單片機、引腳相連，以中斷方式工作。（4）利用交流固態(tài)繼電器控制制冷壓縮機工作狀態(tài)。繼電器由P3.7驅動。（5）兩位顯示器溫度的共陽LED七段碼分別由P1口、P2口驅動劃內23 單片機時鐘電路設計時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率典型值為12MHZ。80C51單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。反相

7、放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別是80C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2所示： 圖2 振蕩電路石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，使MCS-51片內的OCS電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，OCS的輸出時鐘頻率fosc為0.5MHZ16MHZ，典型值為12MHZ電容器C1和C2通常取30pF左右，對震蕩頻率有微調作用。調節(jié)它們可以達到微調震蕩周期fosc的目的。24復位及復位電路設計復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把程序計數(shù)器PC值初始化為0000H，使單片機從000

8、0H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復位鍵重新啟動單片機。RST引腳是復位信號的輸入端，高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個震蕩周期（即兩個機器周期）以上。若使頻率為6MHZ的晶振，則復位信號持續(xù)時間超過4s才能完成復位操作。復位操作由上電復位和按鍵手動復為兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖所示。只要電源VCC的上電時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。按鍵手動復位分為電平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復位是復位端通過電阻與VCC電源接通而實

9、現(xiàn)的。脈沖復位是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的。復位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機系統(tǒng)能復正常運行，首先要檢查是否能復位成功。參數(shù)的計算：在本系統(tǒng)中，我采用了按鍵電平復位方式的復位電路，同時選用晶真的典型值12MHZ，通過經(jīng)驗可將電阻值分別定為100和8.2K，電容值定為10F，這樣，即能保證復位信號高電電平持續(xù)時間大于2個機器周期。可以使系統(tǒng)正常運行。系統(tǒng)的復位電路如圖3所示： 圖3 系統(tǒng)復位電路25按鍵接口設計 按鍵所用開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合、斷。一個電壓信號通過機械觸點的斷開、閉合過程，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在

10、斷開時也不會一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為510ms。 按鍵輸入電路由按鍵K1和K2組成。這2個按鍵分別連接到單片機的輸入引腳P3.1和P3.2。按鍵K1為“升溫”控制鍵；K2為“降溫”控制鍵，分別對應于2個LED顯示器，用于設置兩位溫度值。當按鍵K1、K2按下時，相應的單片機輸入引腳P3.1和P3.2只能監(jiān)測到低電平。要將按鍵與一個反相器串接后再與單片機相連。為防止按鍵按下時由抖動，還要設計一個消抖電路。消抖電路由一個電阻和按鍵K串接在5V和地之間，一個電容和按鍵并聯(lián)構成。按鍵輸入電路如圖4所示：圖4按鍵輸入電路如圖參數(shù)的確

11、定：按鍵的抖動時間常數(shù)為。R-C消抖電路的時間常數(shù)取10ms，其計算公式為： RC 式1經(jīng)驗取電容值為：C=0.1f,根據(jù)式1得： R=/C=10K26系統(tǒng)設計電路圖系統(tǒng)由單片機復位電路設計電路、A/D轉換的設計電路、穩(wěn)定電源設計電路、交流固態(tài)繼電器設計電路、LED顯示電路、傳感器測溫電路和按鍵接口電路組成。其完整電路圖如下圖所示。第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計31主程序模塊主程序主要包括設置、顯示默認調節(jié)溫度為20和進行系統(tǒng)初始化（設定中斷、定時方式等）工作。如圖5所示： 圖5主程序框圖主程序代碼： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20H ；上電后默認設定溫度20ACALL DIS

12、PLAY ；顯示默認設定值 MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H ；循環(huán)定時方式 MOV TH0, 0CEH ；延時100s MOV TL0, 0CEH SETB TR0 ；啟動定時 MOV IE, #87H ；開中斷 SJMP “$32 溫度設定中斷子程序包括“升溫”和“降溫”兩段程序，它們的內容相仿。當手按下“升溫”按鍵，單片機判斷是否大于溫度上限30，若沒超過上限，則將其值升高1，調整為十進制，顯示新值。若超過溫度上限則返回。升溫設置框圖如圖6所示 圖6溫度設置程序框圖升溫設置程序代碼：ORG 0050HUP: PUSH A CJNE R7, #30H, GOUP

13、；最高為30 SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 ；升高1 DA A ；調整為十進制 MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP A RETI 降溫時，先判斷手動設定溫度是否超過溫度下限，若低于10，若低于10，則返回，反之，將其值降低1。調整為十進制，顯示新值。降溫設置如圖7所示：圖7降溫程序框圖降溫設置程序代碼：ORG 0060HDOWN: PUSH A CJNE R7, #10H, GODOWN ；最低10 SJMP DOWNEND GODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 ；降低1 JNB P

14、SW.6, GOON ；調整為十進制 SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI3.3溫度顯示子程序將2位表示設定溫度值的壓縮BCD碼拆分，查表得到相應的共陽LED碼，分別送往P1、P2口?？驁D如圖8所示： 圖 8顯示子程序框圖ORG 0075HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB ；LED顯示碼表首 MOV A, #0FH ；取各位 ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ；取十位 ANL A, R7 WAP A MOV A, DPTR+A MOV

15、C P2, A RET ORG 0090HLEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H；共陽顯示碼 DB 92H,82H,0F8H,80H,90H34 定時中斷子程序定時中斷程序模塊完成控制系統(tǒng)的核心工作，根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機電路，主要包括3部分內容。讀取溫度信號值。轉換為對應的溫度值。與設定值比較決定壓縮機電路狀態(tài)。將P0口輸入量轉化為溫度值的方法分析如下：圖ADC0809的基準電壓為5V，所以P0口數(shù)據(jù)值對應的電壓值： VT=P0/256×5(V)計算時，取其整數(shù)部分： T=210-(10×P0)/256定時中斷程序框圖9如下：圖9 定時中斷子

16、程序框圖ORG 0100H TIME: PUSH A SETB P3.1 ；輸入數(shù)據(jù) SETB P3.0 ；啟動下一次模/數(shù)轉換 MOV P0, #0FFH MOV A, P0MOV B, #10 ；轉換為溫度值，忽略小 MUL AB ；數(shù)部分（B）(10×P)/256 MOV A, #210 CLR C SUBB A, B MOV B, #10 ；轉換為BCD壓縮碼（因 DIV AB ；A內溫度值小于100，故可 SWAP A ；用程序中的轉換方法） ADD A, B ；（A）=T CJNE A, R7, CON ；與設定溫度比較 CON: JNC STOP SETB P3.7 ；

17、啟動壓縮機 SJMP TIMEEND STOP: CLR P3.7 ；停止壓縮機TIMEEND: POP A RETI END完整程序清單如下：ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H SJMP UP ORG 000BH AJMP TIME ORG 0013H SJMP DOWN主程序： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20H ACALL DISPLAY MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H MOV TH0, 0CEH MOV TL0, 0CEH SETB TR0 MOV IE, #87H SJMP “$溫度設定中斷子程序： UP: P

18、USH A CJNE R7, #30H, GOUP SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 DA A MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP ARETI溫度設定中斷子程序： ORG 0060HDOWN: PUSH A CJNE R7, #10H, GODOWN SJMP DOWNEND GODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 JNB PSW.6, GOON SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI顯示子程序：ORG 0075

19、HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB MOV A, #0FH ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ANL A, R7 SWAP A MOV A, DPTR+A MOVC P2, A RET ORG 0090H LEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H定時中斷子程序：ORG 0100H TIME: PUSH A SETB P3.1 SETB P3.0 MOV P0, #0FFH MOV A, P0MOV B, #10 MUL AB MOV A, #210 CLR C SUBB A, B MOV B, #10 DIV AB SWAP A