基于单片机的空调温度控制方案设计.doc

摘要 本控制电路是以8051单片机为控制核心。整个系统硬件某些涉及温度采样电路，自激式A/D转换器，按键电路，驱动电路，时序电路，和8段译码器，LED数码显示屏。在配合用汇编语言编制程序使软件实现，实现空调温度智能转换基本功能。本控制电路成本低廉，功能实用，操作简便，有一定实用价值。本文从3个方面展开阐述，一方面是硬件电路描述；接着软件某些设计；最后实现功能。核心词8051单片机 温度控制 LED数码显示一 系统总体设计方案1.1 课题背景 电子技术发展，特别是随着大规模集成电路产生，给人们生活带来了主线性变化，如果说微型计算机浮现使当代科学研究得到了质奔腾，那么单片机技术浮现则是给当代工业控制测控领域带来了一次新革命。当前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛应用。特别是其中C51系列单片机浮现，具备更好稳定性，更快和更精确运算精度，推动了工业生产，影响着人们工作和学习。 在当代社会中，温度控制不但应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制影子，温度控制将更好服务于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术发展和生活水平提高越来越普及，一种简朴，稳定温度控制系统能更好适应市场。而本次设计就是要通过以MCS-51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制器设计。方案一通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到温度信号传播给单片机，再由单片机控制显示屏，并比较采集温度与设定温度与否一致，然后驱动空调机加热或降温循环对空气进行解决，从而模仿实现空调温度控制单元工作状况。空调温控器重要单片机，时序电路，温度采样电路，A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等构成。系统原理图见图1所示：温度采样电路 80518段译码器8段译码器数码管数码管按键电路驱动电路A/D转换电路时钟图1 空调机温度控制系统框图方案二 DS18B20单线连接方案，方案二采用单线连接，就是四块DS18B20连到单片机一种IO口上，这种方案只用到单片机一种IO口，大大节约了单片机IO口资源。缺陷实在是时序上就复杂了，DS18B20编程就增长读ROM程序，搜索ROM和匹配ROM程序。 综合比较决定选用方案一 二、系统硬件设计2.1单片机 由于空调温度控制器核心就是单片机，单片机选取将直接关系到控制系统工作与否有效和协调。本设计采用MCS-51系列8051单片机，由于8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。8051包括了8位CPU，片内振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定期器，计数器，中断构造，I/O接口等。可进行计算，定期等一系列功能。2.2 A/D转换电路2.2.1 ADC0801简介ADC0801是8位全MOS中速A/D 转换器、它是逐次逼近式A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接。其重要引脚功能如下：（1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK：时钟脉冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表白A/D转换器被选中，可启动。（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其他数字系统控制芯片启动输入端，低电平有效，CS、WR同步为低电平时，启动转换。(7)INTR：转换结束输出信号，低电平有效，输出低电平表达本次转换已完毕。该信号常作为向微机系统发出中断祈求信号。 （8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。容许范畴为10-1280KHZ，典型值为640KHZ，此时，A/D转换时间为10us。普通由MCS51单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS单片机与读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率1/6，若单片外接晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。 2.2.2 A/D转换电路工作原理 A/D 转换电路如图2.1所示。ADC0801A/D转换成果输出端DB0DB7与8051P0.0-P0.7相连，INTR与P2.0口相连，INTR端用于给出A/D转换完毕信号，因此通过查询P2.0便可以获知A/D转换与否完毕。RD与8051 RD相连，WR也是跟8051 WR相连。CS、VIN+接地。（低电平有效）ADC0801两模仿信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与WR同步为低电平A/D转换器被启动切在WR上升沿后100 模数完毕转换，转换成果存入数据锁存器，同步，INTR自动变为低电平，表达本次转换已结束。如CS、RD同步来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处在高阻状态 。图2.1 A/D转换电路图2.3 温度采样电路2.3.1 AD590型温度传感器AD590是电流型温度传感器，通过对电流测量可得到所需要温度值。在被测温度一定期，AD590相称于一种恒流源，AD590温度感测器是一种已经IC化温度感测器,它会将温度转换为电流,由于此信号为模仿信号，因而，要进行进一步控制及数码显示，还需将此信号转换成数字信号。它重要特性如下：(1)流过器件电流（mA）等于器件所处环境热力学温度（开尔文）度数；即： 式中： (1)Ir流过器件（AD590）电流，单位为mA；T热力学温度，单位为K。 (2)AD590测温范畴为-55+150；(3)AD590电源电压范畴为4V30V； 2.3.2 温度采样工作原理 由于AD590是将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，因此要将电流转化为电压，同步对电压信号进行放大后输入A/D转换ADC0801VI-端口。 电流转化为电压表达式如下： (2) 由反相比例运算放大电路，依照“虚断”，“虚短”，集成运放净输入电压为零，净输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为： (3) 最后由(1),(2),(3)得到： （4）图2.2 温度采样电路2.4按健开关按键开关电路由一按键连接到8051P2.1端口所示。按下P2.1按键，放开后进入温度设定模式，显示设定最高温度34oC，每按一次设定温度将减小1oC，直至最低设定温度20oC，再按一次回到34oC。2.5温度显示电路2.5.1 LED驱动 7447 简介：7447是一块BCD码转换成7段LED数码管译码驱动IC，7447重要功能是输出低电平驱动显示码，用以推动共阳极7段LED数码管显示相应数字。相应引脚功能如下：（1）QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG:7段LED数码输出引脚。（2）A，B，C，D ：输入引脚。（3）RBO，BT，LI 高电平输出有效。2.5.2 温度显示工作原理 温度显示电路如图2.3所示：由2片TTL7447和2片七段LED构成，LED采用共阳级接法。7447QA-QG接BCDa-g,段选信号由8051P1口提供，LED显示数据由7447输出决定,即由P1口信号取值决定。图2.3 TTL7447 BCD显示电路2.6压缩机驱动电路压缩机驱动控制，8051RXD引脚与7404引脚相连接，从RXD发出控制信号经7404和ULN到达压缩机，驱动压缩机运营和停止。ULN是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具备电流增益高、工作电压高、温度范畴宽、带负载能力强等特点,适应于各类规定高速大功率驱动系统。其中ULN是由7个NPN具备用共阴二极管夹紧来转换电感负载高压输出特性达林顿晶体管构成。当前一对单精度型额定电流为500mA，有比较高电流容量，它应用软件涉及继电器驱动器、显示驱动器，线驱动器和逻辑缓冲器等。在本驱动电路中作用是增大电流驱动能力。该芯片采用16脚DIP 封装,其中第9为公共输出端COM，有一种输出端为高电平，COM就为高电平。图2.4 压缩机驱动电路三、系统软件设计3.1软件设计思路 软件设计任务涉及启动A/D转换、读A/D转换成果、设立温度、温度控制等，其中启动A/D转换、读A/D转换成果、设立温度等工作在主程序中完毕，温度控制在中断服务程序中完毕，即每隔一段时间对比测量温度与设定温度之间大小关系，依照对比成果给出控制信号，令压缩机运营或停止，实现温度调控。3.2程序流程主程序流程图如图3.1所示中断服务程序流程图3.2所示开始系统初始化启动定期器启动A/D转换设立温度要设立温度吗？与否完毕A/D转换？读入A/D转换成果显示解决YNYN 图3.1主程序流程图保护现场重装定期初值设定温度测量温度？令压缩机工作令压缩机停止工作中断返回YN图3.2定期器中断服务子程序图3.2 中断服务程序流程图3.3 程序内容编写ORG 0000HJMP START1 ； ORG 000BH ； 定期器/计数器0溢出中断JMP TIM0 ； 转中断程序START1：MOV TMOD,#01H; 设定定期器0工作方式1 MOV TH0 ，#HIGH(65536-50000)； 设定初值 MOV TL0,#LOW(65536-50000); SETB TR0； 启动定期器0 MOV IE,#82H； 定期器0开放中断 MOV 24H,#0FFH; ANL P1,#00H; MOV R0,#14； 延时START： MOVX R0,A； 启动A/D转换WAIT： JNB P2.1,SET0； 检测温度输入 JB P2.0,ADC； 检测转换与否完毕 JMP WAITADC： MOVX A,R0； 将转换好值送入ALCALL L1;LCALL DISP;JMP STARTL1： CLR C； 清0 MOV 20H,#00H; MOV 21H,#00H; MOV R3,#08H； 显示位数NEXT： RLC A； 将A内容和Cy左移一位，显示准备 MOV R2,A; MOV A,20H; ADDC A,20H DA A； 对A进行十进制调节 MOV 20H,A; MOV A,21H; ADDC A,21H MOV 21H,A; MOV A,R2; DJNZ R2,NEXT； R2-10 循环计数 L2： MOV A,20H ADD A,20H; DA A; MOV 20H,A; MOV A,21H; ADDC A,21H; DA A; MOV 21H,A; RETDISP： MOV A,20H； 显示程序 ANL A,#0F0H SWAP A； 互换高低位 MOV 22H,A MOV A,21H; ANL A,#0FFH SWAP A ; ORL A,22H; MOV 23H,A MOV P1,A; MOV R7,#0FFH; DJNZ R7,$； 与否显示完 RETSET0： LCALL DELAY; JNB P2.1,$； 等待按键操作 LCALL DELAY； 消除按键抖动A2： CJNE R0,#0FFH,A1； MOV R0,#14； 延时A1： MOV A,R0; MOV DPTR,#TABLE ； 数据指针指向表头 MOVC A,A+DPTR； 查表 MOV P1,A; MOV 24H,A; MOV R5,#4FH;D4： MOV R7,#0FFHD2： MOV R6,#0FFHD1： JNB P2.1,SET1； 有按键按下 转SET1 DJNZ R6,D1 DJNZ R7,D2 DJNZ R5,D4 JMP START； SET1： LCALL DELAY; JNB P2.1,$； 等待按键操作 LCALL DELAY； 消除抖动 DEC R0； JMP A2;TIM0： PUSH ACC； 保护现场 PUSH PSW MOV TH0,#HIGH (65536 - 50000)； 重装定期初值 MOV TL0,#LOW (65536 -50000) CLR C ； 进位标志清0 MOV A,24H； 比较温度 SUBB A,23H; JNC OFF; CLR C; MOV A,24H; SUBB A,23H; JNC OFF; CLR P3.0； 压缩机停止工作RETURN：POP PSW POP ACC RETI ； 中断返回OFF： SETB P3.0;驱动 压缩机开始工作 JMP RETURNDELAY： MOV R7,#60； 延时程序D3： MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D3 RETTABLE： DB 20H,21H,22H,23H,24H； DB 25H,26H,27H,28H,29H DB 30H,31H,32H,33H,34H END 四、系统调试1 调试办法可用万用表测试或通电测试2 调试过程及现象 系统调试依程序调试为主。 硬件调试比较简朴，一方面检查电路焊接与否对的，然后可用万用表或通电建测。软件调试可以先编写显示程序并进行那个硬件对的检查，然后分别进行主程序盒子程序编程和功能调试。对于显示子程序，是首当其冲，只需要能将所要显示内容所有显示，并且显示在恰当位置，如果不能显示精确，就有也许导致背面程序很难写出。在调试过程中由于对现实地址把握不准导致显示覆盖并且错误现象。 预置温度程序就看能不能对的调动温度，智能控制就看在实测温度和预置温度大小比较时和电压浮现不稳定状况时，能不能对的控制制冷设备工作和保护制冷设备。延时启动程序就看在制冷设备启动前与否有相应一段时间间隔。如若不能正常进行，再返回程序设计原理和C语言语法、数据转换规则仔细推理程序与否写错。五、设计总结 空调创造和使用给人们生活和工作带来了很大便利。而空调发展由本来手动控制逐渐向智能控制发展，当前市场上诸多空调都已经实现了智能控制。空调核心就是温度控制系统，温度控制系统核心就是单片机。单片机由于成本低，功能稳定，而大量应用于各个领域。本论文用MCS-51系列8051单片机做成空调温度控制器，通过温度采集，A/D转换，CPU控制，然后通过数码管显示等一系列硬件功能和软件功能，共同完毕温度智能控制。由于MCS-51单片机技术成熟，应用广泛，并且比其她单片机简朴,通过此单片机做成空调温度控制器成本低廉，操作简便，有一定实用性。但由于本人知识不全面和能力局限性，只能对某些温度进行解决，控制精度不高，节能性能不好，反映速度不快等问题等待解决，离成熟尚有一段距离。但通过作毕业设计，让我把所学知识融会贯通，对单片机，汇编语言有了更深理解，同步学到了更多知识，对自身能力有了很大提高。最后，向所有予以我关怀和协助师长和同窗们表达衷心感谢！六、参照文献1 何立民. 单片机应用系统设计M.北京：清华大学出版社，2 吴金戎. 8051单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社，3 胡斌.图表细说电子元器件M.北京：电子工业出版社，4 王福瑞.单片微机测控系统设计大全M.北京：电子工业出版社，5 姜志海.电片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，6 黄正祥，邓怀雄，郭延文，周书. 基于MCS-51单片机温度控制系统J.当代电子技术，6：20-217李伙友.基于MCS-51温度控制器设计J.龙岩学院学报，24(6):16-188关平，刘红，林强.可实现基于MCS-51单片机恒温控制系统设计J.自动化技术与应用，27(10)：108-110附录