空調溫度控制單元的設計

1、 本科學年論文本科學年論文 空調溫度控制單元的設計空調溫度控制單元的設計院院 系系 專業(yè)名稱專業(yè)名稱 年年 級級 學生姓名學生姓名 指導教師指導教師 空調溫度控制單元的設計摘 要論文首先簡單介紹虛擬溫度測量系統(tǒng)研究的背景、目的及意義，給出了虛擬溫度測量系統(tǒng)總體方案的設計，然后對數(shù)據(jù)采集模塊和LABVIEW的軟件模塊進行了設計?；贚abview為軟件平臺，通過熱電偶冷端補償?shù)姆椒ㄟM行溫度測量。有效地運用了Labview虛擬儀器技術，將諸多重要步驟都在配備硬件的普通PC電腦上完成，與傳統(tǒng)的溫度測量儀表相比，該系統(tǒng)具有結構簡單、成本低、構建方便、工作可靠等特點具有較高應用價值，是虛擬儀器技術應用于

2、溫度測量領域的一個典型范例。關鍵詞：溫度測量, Labview 虛擬儀器, 熱電偶Air conditioning temperature control unit designAbstractAuthor: Tutor: The virtual temperature measurement system introduced in this paper can achieve the measurement, the collection, data processing, recording and display of multi-channel temperature. It use

3、s LabVIEW as software platform，by the way of Thermocouple cold joint compensating, to complete temperature measurement. The LabVIEW virtual instrument technology is efficiently used to complete many important processes in common PC computer which is integrated of hardwares, Compared with the traditi

4、onal temperature measurement instrument,this system has the advantages of simple structure,low cost，easy operation and high stability.Keyword: Temperature Measurement，Lsbview Virtualinstrument，Thermocouple目 錄引言 .11 緒論 .21.1 課題背景及意義.2 1.1.1 課題來源 .2 1.1.2 研究目的及意義 .2 1.1.3 空調的分類及結構 .21.2 虛擬儀器（LABVIEW）

5、.3 1.2.1 虛擬儀器的發(fā)展 .3 1.2.2 虛擬儀器的構成 .3 1.2.3 虛擬儀器的特點 .42 電路圖的設計 .52.1 空調工作原理.5 2.1.1 設計原理.5 2.1.2 方案設計 .52.2 電路設計 .6 2.2.1 溫度采集及放大電路.6 2.2.2 溫度設置及電壓比較器電路.7 2.2.3 指示燈及單穩(wěn)態(tài)電路 .7 2.2.4 數(shù)據(jù)顯示子程序設計.83 LABVIEW 仿真.93.1 電路圖公式化.93.2 仿真.9結束語 .11參考文獻 .12致謝 .13附錄 .14內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 1 頁引言虛擬儀器的技術基

6、礎是計算機技術，核心是計算機軟件技術。Labview 使用了“所見即所得”的可視化技術建立人機界面，提供了許多儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、開關及坐標平面圖等。所謂虛擬儀器就是以計算機作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，充分利用計算機的運算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機結合構成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用了計算機智能資源的全新儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比，它的最大特點就是把由儀器生產(chǎn)廠家定義儀器功能的方式轉變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，滿足多種多樣的應用需求。由于虛擬儀器的測試功能、面板控件都實現(xiàn)了軟件化

7、，任何使用者都可通過修改虛擬儀器的軟件來改變它的功能和規(guī)模，這充分體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的設計思想。虛擬儀器最有代表性的圖形化編程軟件是美國 NI 公司推出的 Labview（laboratory virtual instrument engineering workbench 即實驗室虛擬儀器工作平臺） 。Labview 使用了“所見即所得”的可視化技術建立人機界面，提供了許多儀器面板中的控制對象。如表頭、旋鈕、開關及坐標平面圖等。用戶可以通過使用編輯器將控制對象改變?yōu)檫m合自己工作領域的控制對象。就是 Labview 提供了多種強有力的工具箱和函數(shù)庫，并集成了很多儀器硬件庫。以 Labvie

8、w 支持多種操作系統(tǒng)平臺，在任何一個平臺上開發(fā)的 Labview 應用程序可直接移植到其它平臺上。內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 2 頁1 緒論1.1 課題背景及意義1.1.1 課題來源隨著社會的發(fā)展，人們對計算機軟件應用的方便度也越來越高，雖然以前的編程語言例如 C 語言、匯編語言已然很成熟，但應用起來還是那么枯燥無味、繁瑣、容易出錯。之后出現(xiàn)了圖示型編程軟件 Labview 的操作簡單，有趣，功能強大，越來越受到人們的親睞。本文用 Labview 對空調溫度的采樣與控制進行設計空調溫度控制單元的設計。1.1.2 研究目的及意義高精度溫度控制就是實現(xiàn)溫

9、度的更加精確化，準確化，實現(xiàn)溫度恒溫化，更好的來滿足人們的生活及工業(yè)要求。當今空調機的溫度控制是人們利用可控電路對空調機進行控制，來實現(xiàn)對溫度的控制。它只能滿足人們的一般的要求，溫控精度也不高，對更高的溫度需求不能滿足。例如生產(chǎn)中菌種的培養(yǎng)車間，菌種的生長需要非常穩(wěn)定的溫度環(huán)境，對溫度的要求非常高，這就需要對空調機的溫度實現(xiàn)高精度控制。現(xiàn)在多數(shù)空調的應用場合都需要較高的溫控精度，它的溫度控制一般是由空調機來實現(xiàn)的，而現(xiàn)今空調機的溫控精度不高，一般在 23 度左右，誤差比較大。就需要對我們的控溫系統(tǒng)進行改進，來實現(xiàn)空調機高精度的控制。這首先就需要非常靈敏的溫度測量裝置進行檢測，防止因檢測帶來的錯

10、誤。將測量的信號通過高靈敏度的溫度傳感器送到微處理器中，從而用微處理器來實現(xiàn)對空調機的高精度溫度控制，這樣才能滿足現(xiàn)今生活、工業(yè)的要求。1.1.3 空調的分類及結構1.分類(1) 單體式即窗機 ：風量小、適用于小房間，價格便宜，噪音較大 (2) 掛壁式：采用斜片不等距貫流風扇、噪音小、 3941 分貝以內。 內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 3 頁(3) 立柜式：采用筒式斜片不等距貫流風扇、并且優(yōu)化風道、 4549 分貝以 內。(4) 嵌入式（天井式） 即吸頂機，室內機主體藏于天花板里面。2.結構一般由以下四部分組成： 制冷系統(tǒng)：是空調器制冷降溫部分，由制

11、冷壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發(fā)器、電磁換向閥、過濾器和制冷劑等組成一個密封的制冷循環(huán)。 風路系統(tǒng)：是空調器內促使房間空氣加快熱交換部分，由離心風機、軸流風機等設備組成。 電氣系統(tǒng)：是空調器內促使壓縮機、風機安全運行和溫度控制部分，由電動機、溫控器、繼電器、電容器和加熱器等組成。 箱體與面板：是空調器的框架、各組成部件的支承座和氣流的導向部分，由箱體、面板和百葉柵等組成。 1.2 虛擬儀器（Labview）1.2.1 虛擬儀器的發(fā)展80 年代后期，美國出了一種全新的儀器儀表概念虛擬儀器。虛擬儀器概念的提出為測量與控制領域技術的發(fā)展帶來了空間，為儀器儀表的更新?lián)Q代加快了速度，方便了大多數(shù)程序的編寫

12、。大多數(shù)初學者可以利用虛擬儀器的軟件 工具，如空調溫度控制單元的設計。如今在國外虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)邁入成熟階段。而國內虛擬儀器行業(yè)至今還沒有形成具有自主知識產(chǎn)權的虛擬儀器核心開發(fā)技術，也沒有相關行業(yè)標準，虛擬儀器產(chǎn)業(yè)無論在規(guī)模還是在質量上都難以與國外同行匹敵，國外虛擬儀器產(chǎn)品幾乎壟斷了國內的市場。自從加入 WTO 以后，我國虛擬儀器行業(yè)面臨的形勢更加嚴峻。11.2.2 虛擬儀器的構成1.硬件構成基于通用接口總線 GPIB 接口的儀器系統(tǒng)。內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 4 頁基于數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器系統(tǒng)。基于 VXI 總線儀器實現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)。基于串口或其

13、他工業(yè)標準總線的系統(tǒng)。2.軟件構成VXI 虛擬儀器系統(tǒng)軟件結構框圖以 VXI 虛擬儀器系統(tǒng)為例，從圖中可以看到，VXI 虛擬儀器系統(tǒng)至少需要儀器、通信和驅動程序三種接口軟件。其中儀器接口為儀器與計算機之間的通信協(xié)議和方法。通信接口按標準方式講儀器連接起來，它是儀器與儀器驅動程序之間的通信接口，實際上就是 VXI 系統(tǒng)的 I/O 接口軟件。儀器驅動程序接口將通信接口與應用開發(fā)環(huán)境（ADE）連接起來.。1.2.3 虛擬儀器的特點虛擬儀器設備可以由使用者自己定義，這意味著可以自由地組合計算機平臺，硬件（包括傳統(tǒng)儀器） ，軟件，以及各種實現(xiàn)應用所需要的附件。這種靈活性在由供應商定義，功能固定，獨立的傳

14、統(tǒng)儀器上是很難達到的。常用的數(shù)字萬用表，示波器，信號發(fā)生器，數(shù)據(jù)記錄儀，以及溫度和壓力監(jiān)控儀器就是這種傳統(tǒng)儀器的代表。從傳統(tǒng)儀器設備向虛擬儀器設備的轉變，為現(xiàn)代實驗帶來了更多實際的利益，同時也促進著實驗手段不斷更新。內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 5 頁2 電路圖的設計2.1 空調工作原理2.1.1 設計原理傳統(tǒng)的空調可分為單冷空調和冷暖兩用空調，工作原理是一樣的，空調一般使用的制冷劑是氟利昂。 氟利昂的特性是：由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時，釋放大量的熱量。而由液態(tài)轉變?yōu)闅鈶B(tài)時，會吸收大量的熱量?？照{就是據(jù)此原理而設計的。 壓縮機將氣態(tài)的制冷劑壓縮為高溫高壓的液態(tài)制

15、冷劑，然后送到冷凝器（室外機）散熱后成為常溫高壓的液態(tài)制冷劑，所以室外機吹出來的是熱風。 然后到毛細管，進入蒸發(fā)器（室內機） ，由于制冷劑從毛細管到達蒸發(fā)器后空間突然增大，壓力減小，液態(tài)的制冷劑就會汽化，變成氣態(tài)低溫的制冷劑，從而吸收大量的熱量，蒸發(fā)器就會變冷，室內機的風扇將室內的空氣從蒸發(fā)器中吹過，所以室內機吹出來的就是冷風；空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發(fā)器后就會凝結成水滴，順著水管流出去，這就是空調會出水的原因。 制熱的時候有一個叫四通閥的部件，使制冷劑在冷凝器與蒸發(fā)器的流動方向與制冷時相反，所以制熱的時候室外吹的是冷風，室內機吹的是熱風。 其實就是用的初中物理里學到的液化（由氣體變?yōu)橐簯B(tài)）時

16、要排出熱量和汽化（由液體變?yōu)闅怏w）時要吸收熱量的原理。氟利昂的排放大大加劇了臭氧層破壞，所以一種新型的空調也著見問世。例如瑞典新出的一種環(huán)保型空調。2.1.2 方案設計設計一個空調機溫度控制器，控制器能夠實時采集室內壞境溫度，當室內環(huán)境溫度高于設定的溫度時，控制器啟動空調壓縮機制冷，并同時發(fā)出提示信號；當室內溫度低于設定溫度時，控制壓縮機停止制冷。放大與處理電路內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 6 頁溫度設置單穩(wěn)態(tài)電壓提示燈圖 1 空調機溫度控制器原理框圖工作原理：空調溫度控制器由熱敏電阻采集環(huán)境溫度變化，通過比較器預設溫度進行比較，當環(huán)境溫度高于設定溫度

17、時，比較器輸出低電平，幾點起啟動壓縮機制冷，同時給 555 單穩(wěn)態(tài)電路一個觸發(fā)信號，單穩(wěn)態(tài)電路輸出高電平，指示燈亮，當溫度低于設定溫度時，比較器輸出高電平，繼電器控制壓縮機停止制冷。2.2 電路設計2.2.1 溫度采集及放大電路 圖 2 溫度采集及放大電路原理圖內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 7 頁工作原理：左邊輸入直流電壓為 9V。熱敏電阻隨著環(huán)境溫度的變化而變化，當溫度升高或降低時，測溫電橋倆端輸出電壓值，經(jīng)差分放大器使雙端輸入信號變?yōu)閱味溯斎胄盘枺腿氡容^器與設定的溫度進行比較。2.2.2 溫度設置及電壓比較器電路圖 3 電壓比較器與指示燈電路原理

18、圖工作原理：由于熱敏電阻可以檢測到環(huán)境溫度的變化，當溫度高于設定的溫度時，比較器輸出低電平 ，繼電器開始工作，啟動空調壓縮機制冷，但溫度低于設定溫度時，比較器輸出高電平，繼電器停止工作，空調壓縮機停止制冷。2.2.3 指示燈及單穩(wěn)態(tài)電路內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 8 頁 工作原理：溫度高于設定的溫度時，通過比較器進行比較后，給555單穩(wěn)態(tài)電路一個人觸發(fā)信號， 3 引腳輸出高電平，指示燈亮，電阻R8 與電容 C4 決定指示燈量的時間 。2.2.4 數(shù)據(jù)顯示子程序設計根據(jù)鉑電阻隨溫度變化時，電壓和溫度的關系可設計數(shù)據(jù)顯示子 VI。由式： .1100T39

19、684. 0T10847. 5R254得： .234101694. 1R023388. 008699856.189684. 3T由鉑電阻的測溫范圍知：.334101694. 1R023388. 008699856.189684. 3T 內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 9 頁3 Labview 仿真3.1 電路圖公式化 .43112440RRRRRREU 51201101RURU由于 E=9V，R1=R2=R3=50，R11=1，R12=100。再由 4、5 式合并得： .6450U45000R04再由 3、6 式得： .730101694. 102338

20、8. 0450U4500008699856.189684. 3T3.2 仿真根據(jù)公式 7 在 labview 中的程序框圖中設計出圖示程序，再在前面板放入溫度計顯示得如下圖 1、圖 2： 圖 1內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 10 頁 圖 2運行后得： 圖 3由于輸入的電壓是一個隨機數(shù)，所以溫度計輸出的溫度范圍為-6T0；如上圖，此時刻對應的溫度為-3.9866。內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 11 頁結束語Labview 是一個具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，內置信號采集，測量分析和數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復雜性，提供了強大功能的同時還保證了系統(tǒng)的靈活性。作為最先進的測量控制軟件，目前在眾多領域內都得到了廣泛的應用，從最簡單的儀器控制，數(shù)據(jù)采集和到最尖端的測試和工業(yè)自動化，都可以發(fā)現(xiàn) Labview 的成果和開發(fā)產(chǎn)品。本文就虛擬儀器的溫度檢測系統(tǒng)就是Labview 在測量和控制領域當中的應用。實驗研究表明虛擬儀器技術的開發(fā)和應用在我國有著十分重要的意義。內蒙古大學鄂爾多斯學院 2009 級電子信息科學與技術專業(yè)學年論文 第 12 頁參考文獻.1周