[理學]基于微機控制的智能樓宇空調系統(tǒng)

1、基于微機控制的智能樓宇空調系統(tǒng)設計課題： 基于微機控制的智能樓宇空調系統(tǒng)學院名稱： 城市建設職業(yè)學院 專業(yè)班級： 樓宇智能化工程技術 學生名字： 李思方 學號： 092050113 指導教師： 設計時間： 設計任務書學生名字李思方專業(yè)班級樓宇智能化工程技術學號092050113題目基于微機控制的樓宇智能化工程技術課題性質工程設計課題來源自擬課題指導教師主要內容 主要是了解智能自控系統(tǒng)并且利用AT89S51單片機、ADC0809模數轉換器等芯片設計并制作一個具有制冷、制熱、通風和自動運行的手控型空調控制器任務要求1. 根據設計要求確定設計目標，進行整體方案的設計2. 根據空調系統(tǒng)原理，單片機應用

2、原理進行硬件部分的設計，了解對各個單元的功能，分塊設計，最后設計出整體電路圖并畫出3. 進行軟件部分設計，畫出系統(tǒng)流程圖，編程，調試4. 總體設計中遇到問題并提出相應的解決方法5. 提交包括上述內6. 容的課程設計報告參考資料百度文獻審查意見審查簽字： 年 月 日目錄1引言 2總體設計方案2 新興的空調技術，計算機技術2.1系統(tǒng)基本方案2.2方案論證3設計內容4總結5參考文獻6附錄1. 引言智能型建筑是應用信息技術與傳統(tǒng)建筑的完美結合，實現了對建筑物科學、高效、節(jié)能、環(huán)保的現代化管理，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度過的。室內空氣環(huán)境的好壞直接影響著人類的身心健康和勞動生

3、產率。室內空氣環(huán)境品質是指室內的空氣品質、舒適度、噪聲、照明等因素。實現良好的室內空氣環(huán)境品質的重要手段是合理地運用暖通空調措施。而暖通空調設施的應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，室內空氣品質、熱濕環(huán)境、氣流等對人體熱舒適的影響，氣流組織對室內空氣品質的影響。提出了空調系統(tǒng)噪聲控制的處理方案。根據ISO7730規(guī)定以及PMV-PPD的評價指標，計算并確定了室內舒適的溫濕度范圍，通過對某一房間的室內溫度變化的模擬計算確定了溫濕度與能耗的關系。全面概述了室內空氣環(huán)境、空調技術和

4、能源有效利用三者之間的關系?？照{系統(tǒng)是現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)主要的管理內容之一。2新興的空調技術、計算機技術空調技術空調系統(tǒng)分類中央空調系統(tǒng)中一般由空氣處理設備、介質輸送管道以及空氣分配裝置等組成。按照負擔室內負荷所用的介質種類，中央空調系統(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)。在全空氣空調系統(tǒng)中，空調房間的負荷全部由來自集中式空氣處理設備的空氣來負擔，空氣經集中設備處理后，通過風管送入空調房間。在空氣水系統(tǒng)中，空氣和水都被送至空調房間，借以共同承擔空調房間的冷、熱負荷。制冷劑系統(tǒng)通過制冷劑的蒸發(fā)或凝結負擔空調房間的負荷，用于局部

5、場合的空調機組一般屬于這一類，如家用空調。全水系統(tǒng)全部靠水來負擔空調房間的負荷，能夠適應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。按照空氣處理設備的設置情況，空調系統(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)的所有空氣處理設備(包括風機、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等)都設在一個集中的空調機房內，全空氣系統(tǒng)中的普通集中式空調即屬于這一類。在半集中空調系統(tǒng)中，除了集中空調機房外，還設有分散在被調節(jié)房間內的二次設備(又稱末端裝置)，變風量系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)均屬于半集中空調系統(tǒng)。全分散系統(tǒng)也稱作局部空調機組。這種機組通常把冷、熱源和空氣處理、輸送設備(風機)集中設置在一

6、個箱體內，形成一個緊湊的空調系統(tǒng)。它不需要集中的機房，安裝方便，使用靈活。制冷劑系統(tǒng)一般都屬于這一類。中央空調控制系統(tǒng)設計中的關鍵技術控制方法主要分模糊控制、神經網絡控制、PID 控制控制技術在目前看來大體上有單片機控制和PLC 控制兩種形式，這兩種形式各有特點，單片機控制成本較低，生產制造容易；缺點是穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力較差，電子元件的質量無法保證，生產廠家和使用廠家維護費用較高。PLC 控制系統(tǒng)的最大特點是可靠性和穩(wěn)定性高、抗干擾能力強。計算機技術隨著單片機技術的發(fā)展，八位單片機迅速地從功能簡單的51單片機向嵌入式、增強型51內核單片機發(fā)展。使用在系統(tǒng)可編程 (ISP) 技術、在應用

7、可編程技術 (IAP) 以及內嵌仿真功能的單片機層出不窮。先進技術的發(fā)展使得單片機調試、開發(fā)的手段發(fā)生了翻天覆地的變化。3.總體方案設計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)行機構組成的，能夠完成多種控制及管理功能的網絡系統(tǒng)。它是隨著計算機在環(huán)境控制中的應用而發(fā)展起來的一種智能化控制管理網絡。目前，系統(tǒng)中的各個組成部分已從過去的非標準化的設計生產，發(fā)展成標準化、專業(yè)化產品，從而使系統(tǒng)的設計安裝及擴展更加方便、靈活，系統(tǒng)的運行更加可靠，投資大大降低。 樓宇自動化系統(tǒng)負責完成大廈中的空調控制系統(tǒng)變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)及

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

9、制熱與停止工作三種工作狀態(tài)，從而實現空調的智能化另外，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，直接降低由于誤操作帶來的風險，提高了系統(tǒng)的可靠性，體現了人性化的系統(tǒng)設計原則系統(tǒng)框圖如圖所示硬件設計傳感器的選擇溫度傳感器的種類很多，根據房間使用條件，選擇恰當的傳感器類型才能保證測量的準確可靠，并同時達到增加使用壽命和降低成本的目的。根據房間溫度控制的特點，本系統(tǒng)中溫度傳感器選用AD590集成溫度傳感器。集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值VBE與熱力溫度T和通過發(fā)射極電流工的關系實現對溫度的檢測:VBE =

10、 INI 式中，K為波爾茲常數；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，得到廣泛應用。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結正向電流與溫度的關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，非線性誤差為±0.3。5. 靈敏度:1A/K。AD590實際應用電路電路分析：    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，如果現在為攝氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉換器，那么AD轉換輸出的數字量就和攝氏溫度成線形比例關系。單片機的選擇單片機按內部數據通道的寬度，可分為 4 位、8位16位及32位單片機。因此，單片機的發(fā)展先后經歷了4 位、8 位、16位和32位等階

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

14、7(C)5X 8751(4) 片內有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的結合，既具有CMOS 低功耗的特點，又保持了HMOS的高速度和高密度的特點。產品型號中帶有“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 的數據存儲器； 32 根

15、I/O 線； 64KB 的片外程序存儲器尋址能力； 64KB 的片外數據存儲器尋址能力； 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個片內時鐘振蕩器和時鐘電路MCS51系列單片機結構MCS51系列單片機的內部結構框圖如圖，結構中包含運算器、控制器、片內存儲器、并行I/O 口、串行I/O 口、定時/計數器、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是程序計數器，PSW是程序狀態(tài)字寄存器，DPTR 是數據指針寄存器。8051 單片機是由中央處理器 CPU(

16、運算器和控制器) 、存儲器(RAM 和 ROM) 、I/O口(P0、 P1 、P2 、P3) 以及特殊功能寄存器 SFR 等構成。引腳及其功能1. MCS51單片機的引腳分布 MCS51單片機的封裝有兩種形式： (1) 雙列直插式(DIP)封裝。 (2) 方形封裝。 HMOS 工藝的8031單片機采用40個引腳的DIP 封裝，而CHMOS 工藝的8031單片機除采用DIP 封裝外，還采用方形封裝形式。HMOS 工藝的MCS51單片機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，總線結構如圖1.2(c)所示。 2. MCS51單片機的引腳功能 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。該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。當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RAM中的信息不丟失。 (4) EA/PPV (31 腳) ：EA為片內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，先選用片內程序存

18、儲器，然后選用片外程序存儲器。PPV片內EPROM 編程電壓輸入端，當用作編程時，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8051單片機上電正常工作時，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。當從外部程序存儲器讀取指令或數據期間，每個機器周期該信號兩次有效，以通過數據總線P0口讀取指令或數據。 5) I/O 引腳 (1) P0.0P0.7 ：8 位數據/低8 位地址復用總線端口。 (2) P1.0P1