空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試

1、空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 尹海蛟空調(diào)的硬件電路只是起到支持作用。因?yàn)樽鳛樽詣?dòng)化控制的大部分功能，只能采取軟件程序來實(shí)現(xiàn)，而且軟件程序的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。它既經(jīng)濟(jì)又靈活方便，而且易于模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，軟件程序所占用的空間和時(shí)間相對(duì)來說比硬件電路的開銷要小得多。同時(shí)，與硬件不同，軟件有不致磨損、復(fù)制容易、易于更新或改造等特點(diǎn)，但由于它所要處理的問題往往遠(yuǎn)較硬件復(fù)雜，因而軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試及維護(hù)往往要花費(fèi)巨大的經(jīng)歷及時(shí)間。但相比之下，這些代價(jià)所取得的功能遠(yuǎn)優(yōu)于僅依靠硬件電路所實(shí)現(xiàn)的功能。1.空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)思想在硬件電路設(shè)計(jì)好以后，軟件設(shè)計(jì)則是最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)部分，由于空調(diào)

2、自動(dòng)控制的大部分智能化功能都是軟件來完成，這樣就使得硬件電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化和成本低可以得到實(shí)現(xiàn)。然而，8051單片機(jī)采用的是與其物理地址聯(lián)系非常緊密地匯編語言來進(jìn)行編程的。我們知道匯編語言相對(duì)于高級(jí)語言而言，它的速度是比較快的，而且它的指令代碼也非常簡(jiǎn)單，但前提是編程人員要對(duì)8051單片機(jī)內(nèi)部硬件電路非常熟悉。這對(duì)編程人員的要求是比較高的。在進(jìn)行軟件編程時(shí)，我們?nèi)匀灰捎媒Y(jié)構(gòu)化模塊方式編程，從而可以把一些非常大的程序逐步分解為幾個(gè)小程序，這對(duì)于編程人員非常重要的。對(duì)于本課題而言，由于它最終要設(shè)計(jì)成樣機(jī)形式。因此，我們就得對(duì)整機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，這個(gè)監(jiān)控程序中應(yīng)包括各種芯片的初始化程序、自診斷程序及許多中斷

3、子程序等事實(shí)上，在對(duì)空調(diào)器上電后，它應(yīng)在單片機(jī)的控制下自動(dòng)轉(zhuǎn)入監(jiān)控程序的執(zhí)行。我們?cè)诰幹茣r(shí)把監(jiān)控程序作為本機(jī)的主程序來進(jìn)行工作。任何故障都會(huì)從監(jiān)控程序的執(zhí)行中得到響應(yīng)，而且任何故障給予的響應(yīng)方式和代碼不同，因此這很方便的可以查找到該故障部位。顯然，這只對(duì)硬件電路的故障有效。對(duì)于軟件程序的執(zhí)行故障，我們目前只能通過軟件程序的調(diào)試安裝及仿真來判別它是否正常運(yùn)行。因?yàn)閱纹瑱C(jī)畢竟不是微機(jī)或上位機(jī)。它所能容納的程序能力也是有限的。當(dāng)然，我們可以采用各種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這樣就可以最大限度的直至軟件程序的出錯(cuò)運(yùn)行。各種子程序模塊都掛接在該主程序上。編制它時(shí)，我們盡可能充分利用8051單片機(jī)的軟件資源及內(nèi)部寄存

4、器資源，這樣可以提高其運(yùn)行速度。硬件和軟件式空調(diào)溫度控制的核心設(shè)計(jì)方面，本課題把研究重點(diǎn)特別投向軟件設(shè)計(jì)，畢竟自動(dòng)控制功能大部分都要靠軟件程序來完成。在本課題設(shè)計(jì)過程中，軟件調(diào)試要花大量時(shí)間來調(diào)試運(yùn)行，而硬件電路我們只需簡(jiǎn)單調(diào)試。因此可見硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)有很大區(qū)別，而且在總體調(diào)試中還要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。這都是本課題所研究的內(nèi)容。我們從總體上把握了空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，初步了解到該研究項(xiàng)目主要的研究工作內(nèi)容和其采用的優(yōu)點(diǎn)。倘若要具體進(jìn)行各個(gè)細(xì)節(jié)方面的工作，我們能夠發(fā)現(xiàn)這種總體設(shè)計(jì)思路對(duì)具體電路的設(shè)計(jì)合理程序模塊設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)意義，不管設(shè)計(jì)研究任何儀器儀表，這種總體設(shè)計(jì)思路總是必需的，而且是有

5、利于我們從整體上把握該空調(diào)控制系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)。2.主程序的設(shè)計(jì)及流程圖本課題的主要思想就是檢測(cè)溫度，控制制冷壓縮機(jī)對(duì)室溫進(jìn)行恒定控制。并且將溫度顯示在七段碼顯示器上，還可通過鍵盤控制設(shè)定溫度的增加和減少。主程序通常包括可編程硬件、輸入、輸出端口和參數(shù)的初始化，自診斷管理模塊以及實(shí)時(shí)中斷管理和處理模塊等。我們采用“自頂向下”結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，它屬于該設(shè)計(jì)中的第一層次，除了初始化和自診斷外，主程序一般總是把其余部分聯(lián)接起來，構(gòu)成一個(gè)無限循環(huán)圖，空調(diào)溫度的自動(dòng)控制的所有功能都在這一循環(huán)圈中周而復(fù)始地、或有選擇地執(zhí)行，除非掉電或按復(fù)位鍵，它不會(huì)跳出這一循環(huán)圈。對(duì)于主程序，由于本設(shè)計(jì)設(shè)有鍵盤和顯示子程序，實(shí)

6、驗(yàn)結(jié)果一目了然。 本主程序從整個(gè)系統(tǒng)的上電復(fù)位開始運(yùn)行，然后對(duì)各種可編程器件及單片機(jī)堆棧和參數(shù)進(jìn)行初始化。接著對(duì)各軟、硬件模塊進(jìn)行自診斷，并同時(shí)判斷有無中斷，等待是哪兒硬件或軟件出錯(cuò)。一旦發(fā)生這種出錯(cuò)情況，則判明后進(jìn)行相應(yīng)的服務(wù)模塊，然后進(jìn)一步自診斷，以達(dá)到運(yùn)行正常，否則就跳出，進(jìn)行出錯(cuò)處理；若無中斷請(qǐng)求，我們開始進(jìn)行實(shí)時(shí)處理狀態(tài)，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序，同時(shí)我們采用BCD碼運(yùn)算，這樣進(jìn)行十六位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD的子程序。這樣，進(jìn)行各種功能處理模塊，數(shù)據(jù)融合技術(shù)子程序或多線段逼近溫補(bǔ)子程序，處理完畢，我們判斷是子程序，恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)碼，同時(shí)，判斷誤差程度，若滿足，輸出啟動(dòng)D/A子程序。整個(gè)測(cè)量過

7、程是否結(jié)束，若結(jié)束，則返回，若誤差過大，則重新調(diào)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行計(jì)算處理。若沒有完成，則回到初始化階段循環(huán)再做。這就是整個(gè)空調(diào)溫度控制的主程序的設(shè)計(jì)思想。開始系統(tǒng)初始化溫度設(shè)定兩種溫度比較設(shè)定溫度高？顯示溫度啟動(dòng)壓縮機(jī)D/A轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)溫度檢測(cè)PID運(yùn)算結(jié)束YN圖 4.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖主程序如下：MAIN:MOV SP,#30H MOV TEP0L,#08H ;設(shè)定溫度低位 MOV TEP0H,#01H ;設(shè)定溫度高位 LCALL RESTLP: LCALL STARTMOV R1,#5CH MOV R0,#2CH MOV R2,#03HLP1: LCALL GET_TEP LCALL I

8、N_TEP DJNZ R2,LP1 LCALL FILTER ;數(shù)字濾波 MOV TEP1L,R7 ;室內(nèi)溫度低位 MOV TEP1H,R6 ;室內(nèi)溫度高位 LCALL PID ；PID運(yùn)算 LCALL OV_DO LCALL TEP_A JMP LP3.溫度測(cè)量的子程序溫度測(cè)量通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器測(cè)量室內(nèi)溫度，將室內(nèi)溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量接入MSC-51單片機(jī)中，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)字量?jī)?chǔ)存在TEP1L、TEP1H中。在通過與控制溫度比較對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。初始化初始化初始化跳過ROM匹配ROM變換溫度等待1S設(shè)置DS18B20讀存儲(chǔ)器B-1=0？YN圖4.2 溫度測(cè)量流程圖溫度測(cè)量子程序

9、：GET_TEMP: LCALL INT ；調(diào)用初使化子程序 MOV A,#0CCH LCALL WRITE ；送入跳過ROM命令 MOV A, #44H LCALL WRITE ；送入溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL INT ；溫度轉(zhuǎn)換完全,再次初使化 MOV A,#0CCH LCALL WRITE ；送入跳過ROM命令 MOV A,#0BEH LCALL WRITE ；送入讀溫度暫存器命令 LCALL READ MOV R7,A ；讀出溫度值低字節(jié)存入R7 LCALL READ MOV R6,A ；讀出謾度值高字節(jié)存入R6 SETB EA RET4.顯示子程序室內(nèi)溫度值和控制溫度值都要通過七段碼顯

10、示器顯示出來，顯示子程序必不可少，將要顯示的室內(nèi)溫度和控制溫度所對(duì)應(yīng)的BCD碼存入MSC-51中SEGDATA儲(chǔ)存單元中，通過控制信號(hào)顯示在相應(yīng)的顯示器上。顯示子程序：DISPLAY:MOV R0,#TEP0L ；顯示內(nèi)容首地址 MOV R1,#01H ；顯示數(shù)碼管的起始位 MOV R2,#04H ；顯示內(nèi)容位數(shù) MOV DPTR,#TAB_NUDIS1: MOV A,R0 ；調(diào)用顯示內(nèi)容 MOVC A,A+DPTR MOV SEGDATA,A SETB SEGD NOP CLR SEGD INC R0 MOV SEGDATA,R1 ；調(diào)用顯示位數(shù) SETB SEGB NOP CLR SEGB

11、 MOV A,R1 RL A MOV R1,A LCALL DELAY3MS ；防止軟件干擾 DJNZ R2,DIS1 RET5.D/A轉(zhuǎn)換子程序單片機(jī)通過DAC0832得到相應(yīng)的啟動(dòng)電壓，使壓縮機(jī)能夠根據(jù)單片機(jī)判斷出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到啟動(dòng)空調(diào)、降低室溫的作用D/A轉(zhuǎn)換的子程序如下：D/A_run：MOV DPTR,#FF7FH MOV A,CONTR MOV DPTR,A RET6.PID運(yùn)算子程序加入PID運(yùn)算可以提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度和調(diào)節(jié)的質(zhì)量，本課題采用PID運(yùn)算正是為了提高運(yùn)算結(jié)果，使之更精確，減少外界的干擾。PID計(jì)算公式： = 一、PID算法子程序 PID算法子程序詳細(xì)見附

12、錄PID子程序 下圖為PID算法的流程圖根據(jù) 計(jì)算 計(jì)算 計(jì)算 計(jì)算 計(jì)算 + 計(jì)算 返回圖4.3 PID 算法流程圖二、PID算法中的求補(bǔ)過程PID算法中存在著許多的數(shù)學(xué)算法子程序，舉例說明求補(bǔ)過程是比較關(guān)鍵的一步子程序。求補(bǔ)程序的設(shè)計(jì)流程如圖4.4(2CH)送A(2CH) (2DH)(2CH)>(2DH)?(2CH)(2DH)?(2CH)(2EH)?(2DH)(2EH)?(2DH)>(2DH)?(2EH)>(2CH)?(2DH)送2AH(2DH)送2AH(2EH)送2AH(2EH)送2AH(2CH)送2AH返回NNNYYYYNNYNY圖4.4 求補(bǔ)子程序流程圖7.數(shù)字濾波

13、子程序設(shè)計(jì)思想及其流程圖 一、數(shù)字濾波設(shè)計(jì)思想及流程圖數(shù)字濾波是一種克服隨機(jī)誤差的軟件算法。因?yàn)殡S機(jī)誤差是又竄入儀表的隨機(jī)干擾所引起的，這種誤差是指在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)作無規(guī)則的變化而無法預(yù)測(cè)，但在多次測(cè)量中它是符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。這樣，我們根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律可消除誤差，同時(shí)數(shù)字濾波還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行必要的平滑處理，以保證儀表及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。數(shù)字濾波有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)字濾波無需硬件，只是一個(gè)計(jì)算過程，因此可靠性高，不存在阻抗匹配問題；（2）數(shù)字濾波實(shí)用軟件算法實(shí)現(xiàn)的，因此可以使多個(gè)輸入通過共用一個(gè)軟件“濾波器”，從而降低儀表硬件成本；（3）只要適當(dāng)改變軟件濾波器的濾波程序或運(yùn)算參數(shù)，

14、就能方便地改變?yōu)V波特性。前面討論到數(shù)字濾波的方法有很多，我們?cè)谠O(shè)計(jì)智能型壓力變送器是采用了較為常用的算術(shù)平均濾波法。它就是連續(xù)取n個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：= 顯然，算術(shù)平均濾波對(duì)信號(hào)的平滑程度完全取決于N。N較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低；當(dāng)N較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。二、數(shù)字濾波子程序FILTER : MOV A, 2CH MOV R3, 5CH CJNE A, 2DH ,CMP1 CJNE R3, 5DH ,CMP1 AJMP CMP2 CMP1: JNC CMP2 XCH A ,2DH XCH A ,2CH XCH R3 ,5DH XCH R3,5CH CMP2: MOV A ,2DH MOV R3 ,5DHCJNE A ,2EH ,CMP3 CJNE R3 ,5EH ,CMP3