[理學(xué)]基于微機(jī)控制的智能樓宇空調(diào)系統(tǒng)

1、基于微機(jī)控制的智能樓宇空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計課題： 基于微機(jī)控制的智能樓宇空調(diào)系統(tǒng)學(xué)院名稱： 城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院 專業(yè)班級： 樓宇智能化工程技術(shù) 學(xué)生名字： 李思方 學(xué)號： 092050113 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 設(shè)計任務(wù)書學(xué)生名字李思方專業(yè)班級樓宇智能化工程技術(shù)學(xué)號092050113題目基于微機(jī)控制的樓宇智能化工程技術(shù)課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬課題指導(dǎo)教師主要內(nèi)容 主要是了解智能自控系統(tǒng)并且利用AT89S51單片機(jī)、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器等芯片設(shè)計并制作一個具有制冷、制熱、通風(fēng)和自動運(yùn)行的手控型空調(diào)控制器任務(wù)要求1. 根據(jù)設(shè)計要求確定設(shè)計目標(biāo)，進(jìn)行整體方案的設(shè)計2. 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)原理，單片機(jī)應(yīng)用

2、原理進(jìn)行硬件部分的設(shè)計，了解對各個單元的功能，分塊設(shè)計，最后設(shè)計出整體電路圖并畫出3. 進(jìn)行軟件部分設(shè)計，畫出系統(tǒng)流程圖，編程，調(diào)試4. 總體設(shè)計中遇到問題并提出相應(yīng)的解決方法5. 提交包括上述內(nèi)6. 容的課程設(shè)計報告參考資料百度文獻(xiàn)審查意見審查簽字： 年 月 日目錄1引言 2總體設(shè)計方案2 新興的空調(diào)技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)2.1系統(tǒng)基本方案2.2方案論證3設(shè)計內(nèi)容4總結(jié)5參考文獻(xiàn)6附錄1. 引言智能型建筑是應(yīng)用信息技術(shù)與傳統(tǒng)建筑的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對建筑物科學(xué)、高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代化管理，改善了人類的居住和工作環(huán)境。人類的大部分時間是在室內(nèi)度過的。室內(nèi)空氣環(huán)境的好壞直接影響著人類的身心健康和勞動生

3、產(chǎn)率。室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)是指室內(nèi)的空氣品質(zhì)、舒適度、噪聲、照明等因素。實(shí)現(xiàn)良好的室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)的重要手段是合理地運(yùn)用暖通空調(diào)措施。而暖通空調(diào)設(shè)施的應(yīng)用又以巨大的能量消耗為代價。而能源的利用又是造成全球環(huán)境問題的重要因素之一。 本文系統(tǒng)地分析了室內(nèi)環(huán)境問題及其影響因素，介紹了病態(tài)建筑綜合癥及其形成原因，室內(nèi)空氣品質(zhì)、熱濕環(huán)境、氣流等對人體熱舒適的影響，氣流組織對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響。提出了空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制的處理方案。根據(jù)ISO7730規(guī)定以及PMV-PPD的評價指標(biāo)，計算并確定了室內(nèi)舒適的溫濕度范圍，通過對某一房間的室內(nèi)溫度變化的模擬計算確定了溫濕度與能耗的關(guān)系。全面概述了室內(nèi)空氣環(huán)境、空調(diào)技術(shù)和

4、能源有效利用三者之間的關(guān)系。空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑的重要組成部分，是樓控自動化系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象也是建筑智能化系統(tǒng)主要的管理內(nèi)容之一。2新興的空調(diào)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)空調(diào)技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)分類中央空調(diào)系統(tǒng)中一般由空氣處理設(shè)備、介質(zhì)輸送管道以及空氣分配裝置等組成。按照負(fù)擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷所用的介質(zhì)種類，中央空調(diào)系統(tǒng)可分為全空氣系統(tǒng)、空氣水系統(tǒng)、制冷劑系統(tǒng)和全水系統(tǒng)。在全空氣空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)房間的負(fù)荷全部由來自集中式空氣處理設(shè)備的空氣來負(fù)擔(dān)，空氣經(jīng)集中設(shè)備處理后，通過風(fēng)管送入空調(diào)房間。在空氣水系統(tǒng)中，空氣和水都被送至空調(diào)房間，借以共同承擔(dān)空調(diào)房間的冷、熱負(fù)荷。制冷劑系統(tǒng)通過制冷劑的蒸發(fā)或凝結(jié)負(fù)擔(dān)空調(diào)房間的負(fù)荷，用于局部

5、場合的空調(diào)機(jī)組一般屬于這一類，如家用空調(diào)。全水系統(tǒng)全部靠水來負(fù)擔(dān)空調(diào)房間的負(fù)荷，能夠適應(yīng)許多建筑物靈活性的需要，初投資較低，但因衛(wèi)生條件差而較少被采用。按照空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況，空調(diào)系統(tǒng)可分為集中系統(tǒng)、半集中系統(tǒng)和全分散系統(tǒng)。集中系統(tǒng)的所有空氣處理設(shè)備(包括風(fēng)機(jī)、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等)都設(shè)在一個集中的空調(diào)機(jī)房內(nèi)，全空氣系統(tǒng)中的普通集中式空調(diào)即屬于這一類。在半集中空調(diào)系統(tǒng)中，除了集中空調(diào)機(jī)房外，還設(shè)有分散在被調(diào)節(jié)房間內(nèi)的二次設(shè)備(又稱末端裝置)，變風(fēng)量系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)均屬于半集中空調(diào)系統(tǒng)。全分散系統(tǒng)也稱作局部空調(diào)機(jī)組。這種機(jī)組通常把冷、熱源和空氣處理、輸送設(shè)備(風(fēng)機(jī))集中設(shè)置在一

6、個箱體內(nèi)，形成一個緊湊的空調(diào)系統(tǒng)。它不需要集中的機(jī)房，安裝方便，使用靈活。制冷劑系統(tǒng)一般都屬于這一類。中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)控制方法主要分模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、PID 控制控制技術(shù)在目前看來大體上有單片機(jī)控制和PLC 控制兩種形式，這兩種形式各有特點(diǎn)，單片機(jī)控制成本較低，生產(chǎn)制造容易；缺點(diǎn)是穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力較差，電子元件的質(zhì)量無法保證，生產(chǎn)廠家和使用廠家維護(hù)費(fèi)用較高。PLC 控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可靠性和穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)。計算機(jī)技術(shù)隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，八位單片機(jī)迅速地從功能簡單的51單片機(jī)向嵌入式、增強(qiáng)型51內(nèi)核單片機(jī)發(fā)展。使用在系統(tǒng)可編程 (ISP) 技術(shù)、在應(yīng)用

7、可編程技術(shù) (IAP) 以及內(nèi)嵌仿真功能的單片機(jī)層出不窮。先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展使得單片機(jī)調(diào)試、開發(fā)的手段發(fā)生了翻天覆地的變化。3.總體方案設(shè)計3.1系統(tǒng)基本方案樓宇智能控制系統(tǒng)(或稱樓宇管理系統(tǒng)BA系統(tǒng))是由中央管理站、各種DDC控制器及各類傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的，能夠完成多種控制及管理功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是隨著計算機(jī)在環(huán)境控制中的應(yīng)用而發(fā)展起來的一種智能化控制管理網(wǎng)絡(luò)。目前，系統(tǒng)中的各個組成部分已從過去的非標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計生產(chǎn)，發(fā)展成標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化產(chǎn)品，從而使系統(tǒng)的設(shè)計安裝及擴(kuò)展更加方便、靈活，系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠，投資大大降低。 樓宇自動化系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成大廈中的空調(diào)控制系統(tǒng)變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)及

8、電梯等的計算機(jī)監(jiān)控管理。空調(diào)溫度控制系統(tǒng)，主要要完成對溫度的采集顯示、以及設(shè)定等工作，從而實(shí)現(xiàn)對空調(diào)的控制 傳統(tǒng)采用鉑電阻充當(dāng)測溫器件的方案，雖然其中段測量線性度好 ，精度較高，但是測量電路的設(shè)計難度高，且測量電路系統(tǒng)龐大，難于調(diào)試，而且成本相對較高鑒于上述原因，本系統(tǒng)采用AD590充當(dāng)測溫器件 外部溫度信號經(jīng)AD590將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成8位的數(shù)字信號，通過并口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)（MCS-51單片機(jī)） 單片機(jī)系統(tǒng)將接收的數(shù)字信號譯碼處理，通過LCD1602將溫度顯示出來，同時單片機(jī)系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描按鍵溫度設(shè)定超溫報警等程序的處理，將處理的溫度信號與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制空調(diào)制冷

9、制熱與停止工作三種工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)的智能化另外，鍵盤輸入方面，采用了軟件來修正誤操作輸入，即輸入的溫度范圍必須在系統(tǒng)硬件所確定的范圍內(nèi)，直接降低由于誤操作帶來的風(fēng)險，提高了系統(tǒng)的可靠性，體現(xiàn)了人性化的系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)框圖如圖所示硬件設(shè)計傳感器的選擇溫度傳感器的種類很多，根據(jù)房間使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測量的準(zhǔn)確可靠，并同時達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。根據(jù)房間溫度控制的特點(diǎn)，本系統(tǒng)中溫度傳感器選用AD590集成溫度傳感器。集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力溫度T和通過發(fā)射極電流工的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測:VBE =

10、 INI 式中，K為波爾茲常數(shù)；q為電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時輸出為0,溫度25時輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1A/K。AD590是美國模擬器件公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當(dāng)于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。它的主要特性參數(shù)如下:1.AD590的測溫范圍為55150。2.AD590的電源電壓范圍為4

11、V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流Ir變化1A，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。3.輸出電阻為710M。4.精度高:AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。5. 靈敏度:1A/K。AD590實(shí)際應(yīng)用電路電路分析：    1、 AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度），因此測量的電壓V為（273+T）A×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測量出來又務(wù)須使輸出電流I不分流出來，我們

12、使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。    2、 由于一般電源供應(yīng)教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V3、 接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。單片機(jī)的選擇單片機(jī)按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、8位16位及32位單片機(jī)。因此，單片機(jī)的發(fā)展先后經(jīng)歷了4 位、8 位、16位和32位等階

13、段。雖然如此，從實(shí)際使用情況看，卻并沒有出現(xiàn)推陳出新、以新代舊的局面。4 位、8 位、16位和32位單片機(jī)仍各有應(yīng)用領(lǐng)域，8 位單片機(jī)由于功能強(qiáng)，被廣泛用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個領(lǐng)域，8 位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占主流地位單片機(jī)MCS-51的主要有集成度高、存儲容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)單片機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)MCS51系列單片機(jī)品種很多，一般采用40引腳的雙列直插式塑料封裝。 1) 按片內(nèi)程序存儲器配置分：(1) 片內(nèi)無ROM：80(C)3X 8031(2) 片內(nèi)有ROM：80(C)5X 8051(4) 片內(nèi)有EPROM：8

14、7(C)5X 8751(4) 片內(nèi)有FLASH E2PROM ：89C5X 89C51 4KB(0000H 0FFFH)2) 按制造工藝分： (1) HMOS：高密度短溝道MOS工藝，與 TTL 電平兼容。(2) CHMOS ：互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝，與TTL電平、CMOS 電平兼容。 CHMOS 是CMOS和HMOS的結(jié)合，既具有CMOS 低功耗的特點(diǎn)，又保持了HMOS的高速度和高密度的特點(diǎn)。產(chǎn)品型號中帶有“C”為CHMO芯片，沒有“C”的為HMOS芯片3) 按功能分：(1) 基本型( 如8031、8051、8751、89C51) 。 8位CPU ； 128B 的數(shù)據(jù)存儲器； 32 根

15、I/O 線； 64KB 的片外程序存儲器尋址能力； 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲器尋址能力； 1個全雙工的異步串行口； 2個16位定時/計數(shù)器； 5個中斷源，2 個優(yōu)先級； 4KB 的程序存儲器(8051 、8751、89C51) ； 21 個特殊功能寄存器； 1個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路MCS51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖，結(jié)構(gòu)中包含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲器、并行I/O 口、串行I/O 口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中SP是堆棧指針寄存器，PC是程序計數(shù)器，PSW是程序狀態(tài)字寄存器，DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器。8051 單片機(jī)是由中央處理器 CPU(

16、運(yùn)算器和控制器) 、存儲器(RAM 和 ROM) 、I/O口(P0、 P1 、P2 、P3) 以及特殊功能寄存器 SFR 等構(gòu)成。引腳及其功能1. MCS51單片機(jī)的引腳分布 MCS51單片機(jī)的封裝有兩種形式： (1) 雙列直插式(DIP)封裝。 (2) 方形封裝。 HMOS 工藝的8031單片機(jī)采用40個引腳的DIP 封裝，而CHMOS 工藝的8031單片機(jī)除采用DIP 封裝外，還采用方形封裝形式。HMOS 工藝的MCS51單片機(jī)的雙列直插式封裝引腳如圖1.2(a)所示，方形封裝引腳如圖1.2(b)所示，總線結(jié)構(gòu)如圖1.2(c)所示。 2. MCS51單片機(jī)的引腳功能 下面分別說明DIP 封

17、裝的40個引腳的功能： 1) 電源及復(fù)位引腳 (1) VCC(40 腳) ：電源端，接5V。 (2) VSS(20 腳)：接地端。 (3) RST/PDV (9 腳) ：RST 即為RESET，PDV 為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)CCV 電源降低到低電平時，RST/PDV 線上的備用電源自動投入，以保證片內(nèi)RAM中的信息不丟失。 (4) EA/PPV (31 腳) ：EA為片內(nèi)外程序存儲器選用端。該引腳為低電平時，只選用片外程序存儲器；該引腳為高電平時，先選用片內(nèi)程序存

18、儲器，然后選用片外程序存儲器。PPV片內(nèi)EPROM 編程電壓輸入端，當(dāng)用作編程時，輸入21V 編程電壓。 2) 晶體振蕩器接入或外部振蕩信號輸入引腳 (1) XTALl(19 腳)：晶體振蕩器接入的一個引腳。采用外部振蕩器時，此引腳接地。 (2) XTAL2(18 腳)：晶體振蕩器接入的另一個引腳。采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 3) 地址鎖存及外部程序存儲器編程脈沖信號輸出引腳ALE/PROG (30 腳) ：地址鎖存允許信號輸出/編程脈沖輸入引腳。ALE 為地址鎖存允許信號輸出引腳，當(dāng)8051單片機(jī)上電正常工作時，自動在該引腳上輸出頻率為fosc/6的脈沖序列。當(dāng)CPU 訪問外部存儲器時，此信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。PROG 為編程脈沖輸入引腳，在對片內(nèi)ROM編程寫入時，作為編程脈沖輸入端。 4) 外部程序存儲器選通信號輸出引腳 PSEN (29 腳) ：外部程序存儲器選通信號，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或數(shù)據(jù)期間，每個機(jī)器周期該信號兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀取指令或數(shù)據(jù)。 5) I/O 引腳 (1) P0.0P0.7 ：8 位數(shù)據(jù)/低8 位地址復(fù)用總線端口。 (2) P1.0P1