基于单片机的空调控制新版系统的设计.doc

摘 要

在本文中，系统地简介了空调制冷原理、硬件构造、工作原理及其使用和各某些逻辑功能电路设计。文中，还解决了单片机系统抗干扰问题。采用了稳压电源抗干扰、A/D转换抗干扰以及键盘输入接口消抖解决。
本文设计空调制冷系统，它是一种完整单片机系统。系统采用Intel公司生产80C51单片机,通过A/D转换器将温度传感器采集来温度数据送入单片机，单片机将采集数据与设定温度相比较决定压缩机工作状态，空调心脏是压缩机，单片机通过对制冷压缩机控制，实现了空调制冷。

核心词：

空调制冷 压缩机 A/D转换器 抗干扰 单片机

Abstract
The theory of refrigeration of air-condition，the hardwork structure，working principle and its use and the design of various parts of logic functive circuit was introduced by the numbers in this paper. The question of anti-jamming of Single Chip Micyoco (SCM) was solved. The anti-jamming of regulated electrical source and A/D conversion and the antiquiver treatment of keyboard input interface was used.
The refrigeration system of air-condition designed in this paper is a integrated SCM. The 80C51 SCM produced by Intel Company was used，the data collected by temperature sensors was sent to SCM through A/D conversion，then SCM decided the work condition of compressor threugh comparing the data collected with set temperature，the compressor is the heart of air-condition，SCM carried out the refrigeration of air-condition through controling the refrigerative compressor.
Key words:
refrigeration of air-condition；compressor；A/D conversion；anti-jamming；Single Chip Micyoco．

目 录

前言·····················································································································1
第一章 绪论········································································································1
第一节.........................................................................................................................................1
　一、空调…………………………………………………………………………………...1
二、空调工作原理………………………………………………………………………1
三、空调功能……………………………………………………………………………1
第二节 单片机………………………………………………………………..… …………….2
第三节 单片机与空调控制系统................................................................................................3
第二章 基于单片机空调控制系统设计…………………………………………………4
第一节 硬件电路设计…………………………………………………………………………4
第二节 软件设计………………………………………………………………………………7
第三节 总体方案示意图……………………………………………………………………...16
参照文献…………………………………………………………………………………………..19
附录………………………………………………………………………………………………....20

前 言

随着能源日趋减少，大气污染更加严重，节能已是一种不容忽视问题。众所周知，空调正朝着节能、舒服、静噪于一体方向发展。如变频空调，它刚一问世，就显示出强大生命力；家用中央空调将所有居室空间空气调节和生活品质改进作为整体来实现，克服了分体式壁挂和柜式空调对分割室局部解决和不均匀空气气流等局限性之处。通过巧妙设计和安装可实现美观典雅和舒服卫生和谐统一，是国际和国内发展潮流。可以预料，下世纪空调将会以更快步伐向前发展。当前空调已经广泛地应用于生产、生活中。空调重要功能是变化室内温度。
由于微电子、计算机和通讯技术发展，微型计算机应用已经进一步到国民经济各个领域，从家用电器、机电一体化产品到航空航天技术、人工智能、生物工程以及当代通信技术等各个领域，微型计算机应用都获得了巨大社会效益和经济效益。当今，计算机应用水平已在很大限度上决定了生产力水平。
微型单片机系统以其体积小、性能价格比高，指令丰富、提供各种外围接口部件、控制灵活等长处，广泛应用于各种家电产品和工业控制系统中，在温度控制领域应用也十分广泛。

第一章 绪论

第一节 空调

一、空调
“空调”(room air conditioner) 即房间空气调节器，是一种用于给房间(或封闭空间、区域)提供解决空气机组。它功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气温度、湿度、干净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒服或工艺过程规定。
二、空调工作原理
空调器制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个重要部件构成。按照制冷循环工作顺序，依次用管道连接成一种整体。系统工作时、蒸发器内制冷剂吸取室内空气热量而蒸发成为压力和温度均较低蒸气，被压缩机吸入并压缩后，制冷剂压力和温度均升高，然后排入冷凝器。制冷剂蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高液体。制冷剂液体通过毛细空节流，压力和温度均减少，再进入蒸发器蒸发，如此周而复始地循环工作，从而达到减少室内温度目。
三、空调功能
1、降温
    在空调器设计与制造中，普通容许将温度控制在16~32℃之间。如若温度设定过低时，一方面增长不必要电力消耗，另一方面导致室内外温差偏大时，人们进出房间不能不久适应温度变化，容易患感冒。
    2、除湿
    调器在制冷过程中伴有除湿作用。人们感觉舒服环境相对湿度应在40~60%左右，当相对湿度过大如在90%以上，虽然温度在舒服范畴内，人感觉依然不佳。
    3、升温
    热泵型与电热型空调器均有升温功能。升温能力随室外环境温度下降逐渐变小，若温度在-5℃时几乎不能满足供热规定。
    4、净化空气
    空气中含一定量有害气体如NH3、SO2等，以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。
    空调器净化办法有：换新风、过滤、运用活性碳或光触媒吸附和吸取等。
       A、换新风：运用风机系统将室内潮湿空气往室外排，使室内形成一定限度负压，新鲜空气从四周门缝、窗缝进入室内，改进室内空气质量。
       B、光触媒：在光照射下可以再生，将吸附（收）氨气、尼古丁、醋酸、硫化氢等有害物质释放掉，可重新使用。
    5、增长空气负离子浓度
    空气中带电微粒浓度大小，会影响人体舒服感。空调上安装负离子发生器可增长空气负离子度，使环境更舒服，同步对减少血压、抑制哮喘等方面有一定医疗效果。

第二节 单片机

单片机是指一种集成在一块芯片上完整计算机系统。尽管她大某些功能集成在一块小芯片上，但是它具备一种完整计算机所需要大某些部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，当前大某些还会具备外存。同步集成诸如通讯接口、定期器，实时时钟等外围设备。而当前最强大单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂输入输出系统集成在一块芯片上。
　  单片机内部也用和电脑功能类似模块，例如CPU，内存，并行总线，尚有和硬盘作用相似存储器件，不同是它这些部件性能都相对咱们家用电脑弱诸多，但是价钱也是低，普通不超过10元即可......用它来做某些控制电器一类不是很复杂工作足矣了。咱们当前用全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等家电里面都可以看到它身影！......它重要是作为控制某些核心部件。
    它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要是有较强抗干扰能力，较低成本，这也是和离线式计算机（例如家用PC）重要区别。

    单片机是靠程序，并且可以修改。通过不同程序实现不同功能，特别是特殊独特某些功能，这是别器件需要费很大力气才干做到，有些则是花大力气也很难做到。一种不是很复杂功能要是用美国50年代开发74系列，或者60年代CD4000系列这些纯硬件来搞定话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场系列单片机，成果就会有天壤之别！只由于单片机通过你编写程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

第三节 单片机与空调控制系统

空调控制系统要控制是空气温度，是通过压缩机运营、停止控制，事实上单片机直接控制是压缩机工作状态。该系统要实现如下功能。
（1）依照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、断工作状态。
（2）设立但愿环境温度值：由人手动控制。
（3）显示设定温度值

第二章 基于单片机空调控制系统设计

第一节　硬件电路设计

一、硬件总体设计方案
（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。温度传感器产生模仿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。信号传播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）温度设立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）运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）两位显示屏温度共阳LED七段码分别由P1口、P2口驱动。

二、单片机时钟电路设计
时钟电路是计算机心脏，它控制着计算机工作节奏。MCS-51单片机容许时钟频率典型值为12MHZ。
80C51单片机内部有一种高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是80C5119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自激振荡器。如图１所示：
石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一种3V左右正弦波，使MCS-51片内OCS电路按石英晶振相似频率自激震荡。普通，OCS输出时钟频率fosc为0.5MHZ~16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2普通取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目

图１ 振荡电路

三、复位及复位电路设计
复位是单片机初始化操作。其重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。除了进入系统正常初始化之外，程序运营出错或操作错误使系统处在死锁状态时，为挣脱困境，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晶振，则复位信号持续时间超过4μs才干完毕复位操作。
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电容充电来实现，其电路如图所示。只要电源VCC上电时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完毕了系统复位初始化。
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。脉冲复位是运用RC微分电路产生正脉冲来实现。
复位电路虽然简朴，但其作用非常重要。一种单片机系统能复正常运营，一方面要检查与否能复位成功。
参数计算：
在本系统中，我采用了按键电平复位方式复位电路，同步选用晶真典型值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不不大于2个机器周期。可以使系统正常运营。

系统复位电路如图２所示：

图２　系统复位电路
四、按键接口设计
按键所用开关为机械弹性开关，均运用了机械触点合、断。一种电压信号通过机械触点断开、闭合过程，由于机械触点弹性作用，一种按键开关在闭合时不会立即稳定地接通，在断开时也不会一下断开。因而，在闭合和断开瞬间均随着着一连串抖动，抖动时间长短由按键机械特性决定，普通为5～10ms。
按键输入电路由按键K1和K2构成。这2个按键分别连接到单片机输入引脚P3.1和P3.2。按键K1为“升温”控制键；K2为“降温”控制键，分别相应于2个LED显示屏，用于设立两位温度值。
当按键K1、K2按下时，相应单片机输入引脚P3.1和P3.2只能监测到低电平。要将按键与一种反相器串接后再与单片机相连。
为防止按键按下时由抖动，还要设计一种消抖电路。消抖电路由一种电阻和按键K串接在＋5V和地之间，一种电容和按键并联构成。
按键输入电路如图３所示：

图３按键输入电路如图

参数拟定：
按键抖动时间常数为τ。R-C消抖电路时间常数取τ＝10ms，其计算公式为：
τ＝RC （１）
经验取电容值为：C=0.1μf,依照式1得：
R=τ/C=10KΩ　　　　　　　（２）

五、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构成。其完整电路图如图４所示（见附录）。

第二节 软件设计

一、主程序模块及其流程图
主程序重要涉及设立、显示默认调节温度为20℃和进行系统初始化（设定中断、定期方式等）工作。如图５所示：

图５主程序流程图
ORG 0030H
MAIN： MOV R7， #20H ；上电后默认设定温度20℃
ACALL DISPLAY ；显示默认设定值
MOV TCON， #05H
MOV TMOD， #02H ；循环定期方式
MOV TH0， 0CEH ；延时100μs
MOV TL0， 0CEH
SETB TR0 ；启动定期
MOV IE， #87H ；开中断
SJMP “$

二、温度设定中断子程序及其流程图
涉及“升温”和“降温”两段程序，它们内容相仿。当手按下“升温”按键，单片机判断与否不不大于温度上限30℃，若没超过上限，则将其值升高1℃，调节为十进制，显示新值。若超过温度上限则返回。升温设立流程图如图６所示：

图６温度设立流程图
升温设立程序代码：
ORG 0050H
UP： PUSH A
CJNE R7，#30H，GOUP ；最高为30℃
SJMP UPEND
GOUP： MOV A， R7
ADD A， #01 ；升高1℃
DA A ；调节为十进制
MOV R7， A
ACALL DISPLAY
UPEND： POP A
RETI
降温时，先判断手动设定温度与否超过温度下限，若低于10℃，若低于10℃，则返回，反之，将其值减少1℃。调节为十进制，显示新值。降温设立如图７所示：

图７降温流程图

降温设立程序代码：
ORG 0060H
DOWN： PUSH A
CJNE R7，#10H，GODOWN ；最低10℃
SJMP DOWNEND
GODOWN： MOV A， R7
CLR C
SUBB A， #01 ；减少1℃
JNB PSW.6， GOON ；调节为十进制
SUBB A， #06
GOON： MOV R7， A
ACALL DISPLAY
DOWNEND： POP A
RETI

三、温度显示子程序及其流程图
将2位表达设定温度值压缩BCD码拆分，查表得到相应共阳LED码，分别送往P1、P2口。流程图如图８所示：

图８显示子程序流程图

ORG 0075H
DISPLAY： MOV DPTR， #LEDTAB ；LED显示码表首
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
MOVC P2， A
RET
ORG 0090H
LEDTAB： DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H；共阳显示码
DB 92H,82H,0F8H,80H,90H

四、定期中断子程序
定期中断程序模块完毕控制系统核心工作，依照环境温度控制压缩机电路，重要涉及3某些内容。
（1） 读取温度信号值。
（2） 转换为相应温度值。
（3） 与设定值比较决定压缩机电路状态。
将P0口输入量转化为温度值办法分析如下：
图ADC0809基准电压为5V，因此P0口数据值相应电压
值：
VT=P0/256×5(V)　　　　　　　　（３）
计算时，取其整数某些：
T=210-[(10×P0)/256]　　　　　　（４）
定期中断程序流程图９如下：
　　　　　　　　图９ 定期中断子程序流程图

ORG 0100H
TIME： PUSH A
SETB P3.1 ；输入数据
SETB P3.0 ；启动下一次模/数转换
MOV P0， #0FFH
MOV A， P0
MOV B， #10 ；转换为温度值，忽视小
MUL AB ；数某些（B）＝[(10×P)/256]
MOV A， #210
CLR C`
SUBB A， B
MOV B， #10 ；转换为BCD压缩码（因
DIV AB ；A内温度值不大于100，故可
SWAP A ；用程序中转换办法）
ADD A， B ；（A）=T
CJNE A， R7， CON ；与设定温度比较
CON： JNC STOP
SETB P3.7 ；启动压缩机
SJMP TIMEEND
STOP： CLR P3.7 ；停止压缩机
TIMEEND： POP A
RETI
END
完整程序清单如下：
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 “$
温度设定中断子程序：
UP： PUSH A
CJNE R7，#30H，GOUP
SJMP UPEND
GOUP： MOV A， R7
ADD A， #01
DA A
MOV R7， A
ACALL DISPLAY
UPEND： POP A
RETI
温度设定中断子程序：
ORG 0060H
DOWN： PUSH A
CJNE R7，#10H，GODOWN
SJMP DOWNEND
GODOWN： MOV A， R7
CLR C
SUBB A， #01
JNB PSW.6， GOON
SUBB A， #06
GOON： MOV R7， A
ACALL DISPLAY
DOWNEND： POP A
RETI
显示子程序：
ORG 0075H
DISPLAY： 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
定期中断子程序：
ORG 0100H
TIME： PUSH A
SETB P3.1
SETB P3.0
MOV P0， #0FFH
MOV A， P0
MOV B， #10
MUL AB
MOV A， #210
CLR C`
SUBB A， B
MOV B， #10
DIV AB
SWAP A
ADD A， B
CJNE A， R7， CON
CON： JNC STOP
SETB P3.7
SJMP TIMEEND
STOP： CLR P3.7
TIMEEND： POP A
RETI
END

第三节　总体方案示意图：

通过上所述，该制冷系统总体方案示意图如图１０所示：
图10总体方案示意图

参照文献

[1] 刘守义. 单片机应用技术[M]，西安电子科技大学出版社，3月版；
[2] 李华. MCS-51系列单片机实用接口技术[M]，北京航空航天大学出版社，1993年5月版；
[3] 何立民，单片机应用文集一[M]，北京航空航天大学出版社，1992年12 月版；
[4] 吴东鑫. 新型实用传感器应用指南[M]，电子工业出版社，1998年2月版；
[5] 梁伟洋 ,冯祥. 电子技术应用[M]，国防科技大学出版社，3月版；
[6] 万光毅，严义. 单片机实验与实践教程（一）[M]， 北京航空航天大学出版社,3月版；
[7] 马家辰. MCS-51单片机原理及其接口技术[M]，哈尔滨工业大学出版社，1997年5月版；
[8] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M]，中华人民共和国建筑工业出版社出版，9月版；
[9] GBJ-87，采暖通风与空调设计规范[S]；
[10] 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用[M],天津大学出版社，3月版；
[11] 李广第． 单片机基本[M]，北京航空航天大学出版社，1999 年第一版；
[12] 夏继强. 单片机实验与实践教程[M]，北京航空航天大学出版社，3月；

附录

图4系统设计电路图