风机盘管温度控制器的设计1

风机盘管温度控制器的设计温度控制器是一种温度控制装置，它根据用户所需温度与设定温度之差值来控制中央空调，从而达到改变用户所需温度的目的。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，被广泛用于工农业生产、科学研究和生活领域。中央空调采用风机盘管机组将冷气或暖气送到每一个房间。传统的风机盘管的控制采用类似早期电风扇的控制方式，即电源开关和高、中、低三档风速。这种控制方式简单易行，但对用户来讲容易产生过冷或过热的感觉。另外,风速过高时噪声较大，过低时输出的冷量或热量又嫌不够，二者很难兼顾。鉴于上述情况本文设计开发了风机盘管温度控制器。1系统硬件设计1.1系统总体设计整个控制系统由单片机最小系统、测温电路、电源电路、液晶显示电路、按键控制电路、发射模块等电路组成,原理框图如图1所示。图1温度控制系统原理框图温度控制器核心采用Atmega169单片机,它是高性能、低功耗的8位CMOS微控制器。16K字节的系统内可编程FLASH，具有同时读写的能力，513字节EEPROM，1K字节SRAM，53个可编程的I/O口，32个通用工作寄存器,内含升压电路的LCD控制器，8路10位ADC。有4*25段的LCD驱动器,鉴于以上优点,本系统选用AVR的AT-mega169单片机作为MCU。1.2温度信号的采集电路测温电路使用半导体温度传感器作为敏感元件，选用AD590集成温度传感器,它是一种具有良好温度特性的电压输入/电流输出型温度传感器。可以在-55～150℃温度范围内正常工作。是一种应用较多的温度传感器，它将温度转化为电流信号,但由于AD转换大都需要电压信号,因此还需通过相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号[1]。AD590测温电路如图2所示。在许多需要A/D转换和数字采集的单片机系统中,很多情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱,必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,这种情况下，就必须选择一种符合要求的放大器[2].本文设计的放大电路采用高精度集成运放OP-07做放大元件，OP-07为一种具有低失调电压、低失调电流和低温漂的超低失调运算放大器，其广泛地应用于稳定积分、精密加法、比较、阈值电压检测、微弱信号精确放大等场合，是一种通用性极强的运算放大器。OP-07做放大元件，OP-07为一种具有低失调电压、低失调电流和低温漂的超低失调运算放大器，其广泛地应用于稳定积分、精密加法、比较、阈值电压检测、微弱信号精确放大等场合，是一种通用性极强的运算放大器。图2中电位器R12用于调整零点，R13用于调整运放OP07的增益。调整方法如下：在0℃时调整R12，使输出OUT=0，然后在100℃时调整R13使OUT=100mV。如此反复调整多次,直至0℃时，OUT=0mV，100℃时OUT=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么OUT应为25mV。ATmega169单片机中有8路10位ADC,端口F是ADC的模拟输入。AD590测温电路的输出OUT接单片机的PF0口,可把模拟电压信号转化为数字信号。图2AD590测温电路1.3液晶显示电路一般液晶显示需要特殊的电压，单片机的口线(I/O)不能直接驱动液晶,而Avr单片机的很多系列都有液晶驱动的能力,可以直接驱动液晶,AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻,可单独设定为输入/输出，可设定高阻输入，驱动能力强，使得I/O口资源灵活，功能强大，可充分利用。从液晶显示器显示内容来分，可分为段式，字符式和点阵式3种，常见段式液晶只能显示数字和部分字母,本系统的段码液晶须显示些特殊图形符号，如表示制冷的符号—雪花,表示风速等级的符号—4个矩形块等,因此需要从厂家定做,将所要显示的字符、汉字和其他符号固化在指定的位置。定做时需要提供的参数:外形尺寸,字符尺寸，COM口，SEG口，占空比DUTY，偏置BIAS，电压，玻璃材料。本装置是大屏幕液晶显示，有四个公用端，1/3偏置最适合于驱动有4个公共端的LCD(1/4占空比)，为了自己编程方便,提供了COM，SEG的走线。LCD是由背板(背极)和一定数量的段或点构成的,这些段和点用以形成各种显示形象。在任何段与背极间施加一电压通常4V或5V，即可使该段呈现出黑色。但所施加的电压必须周期性地改变极性,否则LCD中就要发生化学反应,并最终导致液晶的损坏[3]。为防止液晶损坏需要一定频率交流的电压,所以本系统通过用定时器,使连接液晶的I/O口产生一定频率的方波,当SEG段的I/O口和COM段的I/O口的电平同相变化时,这个段就不显示,当需要显示的SEG段和COM段反相时,SEG段就显示了,所以控制SEG段I/O口和COM的I/O口的电平相位就可以控制相应的显示内容了。在少许软件的支持下,AVR即可胜任驱动LCD的这项工作，无须外加LCD驱动器。AVR单片机内部含有的LCD控制器,适用于单色无源液晶显示器,可以支持4个公共端和25个段。可以通过软件选择系统时钟作为LCD时钟。LCD显示不需要的段和公共引脚可以用作普通的I/O引脚。LCD主要显示的内容包括:1)当前时间,格式为:年/月/日/时/分/秒。2)设定温度和采样温度。3)时间和温度设定界面。1.4按键控制电路键盘采用扫描式4键设计,可以设定当前的时间、温度调控的时间、控制温度、风速状态等。选择工作方式由独立式按键实现。独立式按键就是各按键相互独立,每个按键各接一根输入线,一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此,通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个健被按下了。独立式按键电路配置灵活,软件结构简单。对独立按键盘进行编程,采用软件消抖的方法,以中断工作方式检测各按键的状态。当有且仅有一键按下时才予以识别,如有两个或多个键同时按下将不予以处理。1.5发射电路红外线遥控系统就是指利用红外线来传递控制信号,实现对控制对象的远距离控制的目的。具体来讲就是由发射器发出红外线指令信号,由接受器接受信号并对信号进行处理,最后实现对对象的各种功能的远距离控制[4]。红外线遥控系统一般由发射器和接受器2部分组成,发射器包括指令键、指令信号产生电路、调制电路、驱动电路及红外线发射器件。接受器由红外线接受器件、前置放大电路解调电路、指令信号检出电路、记忆及驱动电路、执行电路等组成。PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身,使发射电路变得非常简洁[5]。该温度控制器利用ATmega169的PE口输出高低电平,经过光耦与PT2262的地址设定脚相连,通过单片机编写地址,每完成一次设置都有唯一的地址输出,该地址信号经过调制电路被调制到载波信号上,调制信号经过放大后驱动红外向发射二极管发射红外线信号,接受端对发射过来的红外调制信号进行解调后,与发射模块中的原数码指令信号相比较,相同则认为接受成功,这时操作控制器的功能键,则含这个PT2272的设备有相应的动作,而其他含PT2272的设备不动作。这样就保证了准确可靠的功能。1.6输出电路的设计利用PF1输出高低电平,控制继电器的开合,使得加热(或制冷)设备工作(或停止)。不同型号的固态继电器的输入驱动电流不同,为了保护单片机、减少其功耗,在单片机输出引脚增加了光耦来驱动固态继电器,如图3所示。图3控制输出电路2软件的实现软件采用模块化结构,包括1个主模块和3个子模块(按钮处理子模块、设置上限温度及采集边界点数字量子模块和液晶显示子模块),主模块完成对各个子模块的初始化和调用显示子模块。而按钮处理子模块、设置上限温度及采集边界点数字量子模块采用中断方式工作,主模块与它们通过共用一段RAM区域进行联系。单片机接受来自温度传感器提供的温度信号和键盘输入的各种状态信号(定时、风速选择、开关机和温度设定等),通过这些信号和有关经验参数由软件来分析判断并输出控制信号来控制中央空调的终端风机盘管。输出控制信号的同时,该控制器还显示现场温度和各种工作状态。该控制器的程序流程图如图4所示。3结语本温度控制系统实用性强,结构较为简单,成本低,外接元件少。大屏幕液晶显示,通过显示屏LCD可以同时精确显示温度、工作模式等信息。控温精度在正负1℃之内,采用高可靠性单片机,抗干扰性强。标准86盒安装,超薄型设计(面板仅厚12mm)。可软件选择断电数据记忆,断电后来电恢复工作。风速高、中、低、自动四种工作状态,具有根据室内温度和设定温度之差自动调节风速的功能。在室内温度低于5℃时启动风机盘管制热,防止室内设备冻结。具有在12h定时关机定时开机功能。采用继电器作为输出控制器件,可靠性高,实用性强。图4主程序流程图