單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)空調(diào)控制系統(tǒng)

1、 空調(diào)控制系統(tǒng)班級(jí)：計(jì)班 學(xué)號(hào)：號(hào)指導(dǎo)老師： 姓名： 內(nèi)容提要：由于微電子、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從家用電器、機(jī)電一體化產(chǎn)品到航空航天技術(shù)、人工智能、生物工程以及現(xiàn)代通信技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用都取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)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(jī)系統(tǒng)以其體積小、性能價(jià)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(diǎn)，廣泛應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。隨著能源的日趨減少，大氣污染愈加嚴(yán)重，節(jié)能已是一個(gè)不容忽視的問題。眾所周知，空調(diào)正朝著節(jié)能、舒適、靜

2、噪于一體的方向發(fā)展。如變頻空調(diào)，它剛一問世，就顯示出強(qiáng)大的生命力；家用中央空調(diào)將全部居室空間的空氣調(diào)節(jié)和生活品質(zhì)改善作為整體來實(shí)現(xiàn)，克服了分體式壁掛和柜式空調(diào)對(duì)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(shè)計(jì)和安裝可實(shí)現(xiàn)美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，是國(guó)際和國(guó)內(nèi)的發(fā)展潮流?？梢灶A(yù)料，下世紀(jì)的空調(diào)將會(huì)以更快的步伐向前發(fā)展。目前空調(diào)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中?？照{(diào)的主要功能是改變室內(nèi)溫度。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)空調(diào)制冷系統(tǒng)，它是一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用intel公司生產(chǎn)的80c51單片機(jī),通過a/d轉(zhuǎn)換器將溫度傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定溫度相比較決定壓縮

3、機(jī)的工作狀態(tài)，空調(diào)的心臟是壓縮機(jī)，單片機(jī)通過對(duì)制冷壓縮機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)的制冷。 在本文中，系統(tǒng)地介紹了空調(diào)制冷的原理、硬件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用和各部分邏輯功能電路的設(shè)計(jì)。文中，還解決了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾問題。采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、a/d轉(zhuǎn)換抗干擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理?？照{(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)任務(wù)：控制系統(tǒng)要控制的是空氣溫度，是通過壓縮機(jī)的運(yùn)行、停止控制的，實(shí)際上單片機(jī)直接控制的是壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能。（1）根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機(jī)工作：控制參數(shù)是溫度，被控參數(shù)是壓縮機(jī)電路通、斷的工作狀態(tài)。（2）設(shè)置希望的環(huán)境溫度值：由人手動(dòng)控制。（3）顯示設(shè)定的溫度值。

4、總體方案示意圖：經(jīng)過以上轉(zhuǎn)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)總體方案示意圖硬件電路設(shè)計(jì)：硬件總體設(shè)計(jì)方案（1）該制冷系統(tǒng)由80c51單片機(jī)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。電源由220v市電經(jīng)直流電源轉(zhuǎn)化為5v直流電壓，采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。（2）選用熱敏電阻式溫度傳感器和adc0809轉(zhuǎn)換器。溫度傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，由p0輸入。adc0809由p3.0啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，由p3.1控制輸出。信號(hào)傳輸采用無條件輸入方式，啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換后延時(shí)100s從p0口采集數(shù)據(jù)。時(shí)間延遲由t0實(shí)現(xiàn)。（3）溫度設(shè)置信號(hào)由脈沖電路產(chǎn)生，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，通過導(dǎo)線分別與單片機(jī)、引腳相連，以中斷方式工作。（4）

5、利用交流固態(tài)繼電器控制制冷壓縮機(jī)工作狀態(tài)。繼電器由p3.7驅(qū)動(dòng)。（5）兩位顯示器溫度的共陽(yáng)led七段碼分別由p1口、p2口驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。mcs-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率典型值為12mhz。80c51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為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(gè)電容就可以構(gòu)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(gè)3v左右的正弦波，使mcs-51片內(nèi)的ocs電路按石英晶振

6、相同頻率自激震蕩。通常，ocs的輸出時(shí)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(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)震蕩周期fosc的目的。復(fù)位及復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器pc值初始化為0000h，使單片機(jī)從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。rst引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。若使頻率為6mhz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過4s才能完

7、成復(fù)位操作。復(fù)位操作由上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)為兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖所示。只要電源vcc的上電時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復(fù)位是復(fù)位端通過電阻與vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。脈沖復(fù)位是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能復(fù)正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。參數(shù)的計(jì)算：在本系統(tǒng)中，我采用了按鍵電平復(fù)位方式的復(fù)位電路，同時(shí)選用晶真的典型值12mhz，通過經(jīng)驗(yàn)可將電阻值分別定為100和8.2k，電容值定為1

8、0f，這樣，即能保證復(fù)位信號(hào)高電電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期?？梢允瓜到y(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖3所示： 圖3 系統(tǒng)復(fù)位電路按鍵接口設(shè)計(jì) 按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號(hào)通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)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(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)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(gè)按鍵分別連接到單片機(jī)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(duì)應(yīng)于2個(gè)led顯示器，用于設(shè)

9、置兩位溫度值。當(dāng)按鍵k1、k2按下時(shí)，相應(yīng)的單片機(jī)輸入引腳p3.1和p3.2只能監(jiān)測(cè)到低電平。要將按鍵與一個(gè)反相器串接后再與單片機(jī)相連。為防止按鍵按下時(shí)由抖動(dòng)，還要設(shè)計(jì)一個(gè)消抖電路。消抖電路由一個(gè)電阻和按鍵k串接在5v和地之間，一個(gè)電容和按鍵并聯(lián)構(gòu)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)的確定：按鍵的抖動(dòng)時(shí)間常數(shù)為。r-c消抖電路的時(shí)間常數(shù)取10ms，其計(jì)算公式為： rc 式1經(jīng)驗(yàn)取電容值為：c=0.1f,根據(jù)式1得： r=/c=10k系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖系統(tǒng)由單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)電路、a/d轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)電路、穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)電路、交流固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)電路、led顯示電路、傳感器測(cè)溫電路和按鍵接口

10、電路組成。其完整電路圖如下圖所示。軟件設(shè)計(jì)：主程序模塊主程序主要包括設(shè)置、顯示默認(rèn)調(diào)節(jié)溫度為20和進(jìn)行系統(tǒng)初始化（設(shè)定中斷、定時(shí)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(rèn)設(shè)定溫度20acall display ；顯示默認(rèn)設(shè)定值 mov tcon, #05h mov tmod, #02h ；循環(huán)定時(shí)方式 mov th0, 0ceh ；延時(shí)100s mov tl0, 0ceh setb tr0 ；啟動(dòng)定時(shí) mov ie, #87h ；開中斷 sjmp “$溫度設(shè)定中斷子程序包括“升溫”和“降溫”兩段程序，它們的內(nèi)容

11、相仿。當(dāng)手按下“升溫”按鍵，單片機(jī)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(diào)整為十進(jìn)制，顯示新值。若超過溫度上限則返回。升溫設(shè)置框圖如圖6所示 圖6溫度設(shè)置程序框圖升溫設(shè)置程序代碼：org 0050hup: push a cjne r7, #30h, goup ；最高為30 sjmp upend goup: mov a, r7 add a, #01 ；升高1 da a ；調(diào)整為十進(jìn)制 mov r7, a acall displayupend: pop a reti 降溫時(shí)，先判斷手動(dòng)設(shè)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(diào)整為十進(jìn)制，顯示

12、新值。降溫設(shè)置如圖7所示：圖7降溫程序框圖降溫設(shè)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 psw.6, goon ；調(diào)整為十進(jìn)制 subb a, #06goon: mov r7, a acall displaydownend: pop areti溫度顯示子程序?qū)?位表示設(shè)定溫度值的壓縮bcd碼拆分，查表得到相應(yīng)的共陽(yáng)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 0075hdisp

13、lay: 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 movc p2, a ret org 0090hledtab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h；共陽(yáng)顯示碼 db 92h,82h,0f8h,80h,90h定時(shí)中斷子程序定時(shí)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(jī)電路，主要包括3部分內(nèi)容。（1） 讀取溫度信號(hào)值。（2） 轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的溫度值。（3

14、） 與設(shè)定值比較決定壓縮機(jī)電路狀態(tài)。將p0口輸入量轉(zhuǎn)化為溫度值的方法分析如下：圖adc0809的基準(zhǔn)電壓為5v，所以p0口數(shù)據(jù)值對(duì)應(yīng)的電壓值： vt=p0/2565(v)計(jì)算時(shí)，取其整數(shù)部分： t=210-(10p0)/256定時(shí)中斷程序框圖9如下：圖9 定時(shí)中斷子程序框圖org 0100h time: push a setb p3.1 ；輸入數(shù)據(jù) setb p3.0 ；啟動(dòng)下一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換 mov p0, #0ffh mov a, p0mov b, #10 ；轉(zhuǎn)換為溫度值，忽略小 mul ab ；數(shù)部分（b）(10p)/256 mov a, #210 clr c subb a, b mov

15、b, #10 ；轉(zhuǎn)換為bcd壓縮碼（因 div ab ；a內(nèi)溫度值小于100，故可 swap a ；用程序中的轉(zhuǎn)換方法） add a, b ；（a）=t cjne a, r7, con ；與設(shè)定溫度比較 con: jnc stop setb p3.7 ；啟動(dòng)壓縮機(jī) sjmp timeend stop: clr p3.7 ；停止壓縮機(jī)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

16、 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(shè)定中斷子程序： up: push a cjne r7, #30h, goup sjmp upend goup: mov a, r7 add a, #01 da a mov r7, a acall displayupend: pop areti溫度設(shè)定中斷子程序： org 0060hdown: push a cjne r7, #10h, godown sjmp downe

17、nd 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 0075hdisplay: 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,0b0

18、h,99h db 92h,82h,0f8h,80h,90h定時(shí)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 add a, b cjne a, r7, con con: jnc stop setb p3.7 sjmp timeend stop: clr p3.7 timeend: pop a reti end總結(jié)：本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了80c51對(duì)制冷壓縮機(jī)的控制。在本文中，著重講解了制