空调控制系统设计

浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计1数理与信息工程学院课程设计题目：空调控制系统设计专业：计算机科学与技术班级：姓名：学号：学院：成绩：(2006.6)浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计2目录第1节引言……………………………………………………………………………31.1空调控制系统概述……………………………………………………………41.2设计任务………………………………………………………………………41.3系统主要功能…………………………………………………………………4第2节空调控制系统硬件设计………………………………………………………42.1总体方案示意图………………………………………………………………42.2硬件总体设计方案……………………………………………………………52.3单片机时钟电路设计…………………………………………………………52.4复位及复位电路设计……………………………………………………………62.5按键接口设计……………………………………………………………………72.6系统设计电路图…………………………………………………………………8第3节系统软件设计……………………………………………………………………93.1系统主程序模块………………………………………………………………93.2温度设定中断子程序…………………………………………………………103.3温度显示子程序………………………………………………………………123.4定时中断子程序………………………………………………………………13第4节结束语…………………………………………………………………………17参考文献…………………………………………………………………………18浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计3空调控制系统第1节引言目前空调已经广泛地应用于生产、生活中。空调的主要功能是改变室内温度。随着微电子、计算机和通讯技术的发展，微型计算机的应用已经深入到国民经济的各个领域，从家用电器、机电一体化产品到航空航天技术、人工智能、生物工程以及现代通信技术等各个领域，微型计算机的应用都取得了巨大的社会效益和经济效益。当今，计算机的应用水平已在很大程度上决定了生产力的水平。微型单片机系统以其体积小、性能价格比高，指令丰富、提供多种外围接口部件、控制灵活等优点，广泛应用于各种家电产品和工业控制系统中，在温度控制领域的应用也十分广泛。随着能源的日趋减少，大气污染愈加严重，节能已是一个不容忽视的问题。众所周知，空调正朝着节能、舒适、静噪于一体的方向发展。如变频空调，它刚一问世，就显示出强大的生命力；家用中央空调将全部居室空间的空气调节和生活品质改善作为整体来实现，克服了分体式壁挂和柜式空调对分割室的局部处理和不均匀的空气气流等不足之处。通过巧妙的设计和安装可实现美观典雅和舒适卫生的和谐统一，是国际和国内的发展潮流。可以预料，下世纪的空调将会以更快的步伐向前发展。1.1空调控制系统概述它是一个完整的单片机系统。系统采用Intel公司生产的80C51单片机,通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，空调的心脏是压缩机，单片机通过对制冷压缩机的控制，实现了空调的制冷。本文系统地介绍了空调制冷的原理、硬件的结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。采用了稳压电源的抗干扰、A/D转换抗干扰以及键盘输入接口的消抖处理。1.2本设计任务控制系统要控制的是空气温度，是通过压缩机的运行、停止控制的，实际上单片浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计4机直接控制的是压缩机的工作状态。该系统要实现以下功能。（1）根据环境温度控制压缩机工作：控制参数是温度，被控参数是压缩机电路通、断的工作状态。（2）设置希望的环境温度值：由人手动控制。（3）显示设定的温度值。1.3系统主要功能本次设计并实现了80C51对制冷压缩机的控制。可以显示温度，也可以根据根据自己的需要进行温度调整。并设计了稳压电源滤波电数制系统本身产生的干扰向外界传递,造成电磁环境污染，因此所以本系统地抗干扰性较好。该系统操作简单，使用维护方便，通用性好，便于扩充。控制装置体积小，性能价格比较高。第2节空调控制系统硬件设计2.1总体方案示意图：经过以上转化，该制冷系统总体方案示意图如图1所示：图1制冷控制系统总体方案示意图2．2硬件总体设计方案浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计5（1）该制冷系统由80C51单片机系统即可实现。电源由220V市电经直流电源转化为＋5V直流电压，采用内部时钟电路。（2）选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0输入。ADC0809由P3.0启动转换，由P3.1控制输出。信号传输采用无条件输入方式，启动A/D转换后延时100μs从P0口采集数据。时间延迟由T0实现。（3）温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机、引脚相连，以中断方式工作。（4）利用交流固态继电器控制制冷压缩机工作状态。继电器由P3.7驱动。（5）两位显示器温度的共阳LED七段码分别由P1口、P2口驱动划内2．3单片机时钟电路设计时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率典型值为12MHZ。80C51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是80C51的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如图2所示：晶振至内部时钟电路图2振荡电路石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计60.5MHZ~16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。2．4复位及复位电路设计复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把程序计数器PC值初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动单片机。RST引脚是复位信号的输入端，高电平有效，其有效时间应持续24个震荡周期（即两个机器周期）以上。若使频率为6MHZ的晶振，则复位信号持续时间超过4μs才能完成复位操作。复位操作由上电复位和按键手动复为两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图所示。只要电源VCC的上电时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。按键手动复位分为电平方式和脉冲方式两种。其中，电平复位是复位端通过电阻与VCC电源接通而实现的。脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。复位电路虽然简单，但其作用非常重要。一个单片机系统能复正常运行，首先要检查是否能复位成功。参数的计算：在本系统中，我采用了按键电平复位方式的复位电路，同时选用晶真的典型值12MHZ，通过经验可将电阻值分别定为100Ω和8.2KΩ，电容值定为10μF，这样，即能保证复位信号高电电平持续时间大于2个机器周期。可以使系统正常运行。系统的复位电路如图3所示：浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计7图3系统复位电路2．5按键接口设计按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断。一个电压信号通过机械触点的断开、闭合过程，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5～10ms。按键输入电路由按键K1和K2组成。这2个按键分别连接到单片机的输入引脚P3.1和P3.2。按键K1为“升温”控制键；K2为“降温”控制键，分别对应于2个LED显示器，用于设置两位温度值。当按键K1、K2按下时，相应的单片机输入引脚P3.1和P3.2只能监测到低电平。要将按键与一个反相器串接后再与单片机相连。为防止按键按下时由抖动，还要设计一个消抖电路。消抖电路由一个电阻和按键K串接在＋5V和地之间，一个电容和按键并联构成。按键输入电路如图4所示：浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计8图4按键输入电路如图参数的确定：按键的抖动时间常数为τ。R-C消抖电路的时间常数取τ＝10ms，其计算公式为：τ＝RC式1经验取电容值为：C=0.1μf,根据式1得：R=τ/C=10KΩ2．6系统设计电路图系统由单片机复位电路设计电路、A/D转换的设计电路、稳定电源设计电路、交流固态继电器设计电路、LED显示电路、传感器测温电路和按键接口电路组成。其完整电路图如下图所示。浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计9123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2004SheetofFile:E:\学习\毛毛毕业设计\MyDesign7.ddbDrawnBy:0.25μT1T2T35003008K2.7K220-220GND13VCC11IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10ADC0809D2Q5Q6CLK341PRECLRAEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND2080C51Vin1GND3+5V278M05abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9+5V+5VR*t°Rt+5V+12V30pF30pF+5V12A12A0.1μF0.1μF+5v1uF8.2k100SC40.1uFC31000uFC20.1uFC11000uF~220v+5vMCompressorLignt10k10k250X8250X8LigntT0+5V+5V22:10.1μAC08EGWRL98510第3节系统的软件设计3．1主程序模块主程序主要包括设置、显示默认调节温度为20℃和进行系统初始化（设定中断、定时方式等）工作。如图5所示：浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——空调控制系统设计10图5主程序框图主程序代码：ORG0030HMAIN:MOVR7,#20H；上电后默认设定温度20℃ACALLDISPLAY；显示默认设定值MOVTCON,#05HMOVTMOD,#02H；循环定时方式MOVTH0,0CEH；延时100μsMOVTL0,0CEHSETBTR0；启动定时MOVIE,#87H；开中断SJMP“$3．2温度设定中断子程序包括“升温”和“降温”两段程序，它们的内容相仿。当手按下“升温”按键，单片机判断是否大于温度上限30℃，若没超过上限，则将其值升高1℃，调整为十进制，显示新值。若超过温度上限则返回。升温设置框图如图6所示浙江师范大学数理与信息工程学院课程设计——