畢業(yè)論文：空調控制系統(tǒng)設計

1、摘要：介紹了 80C51單片機在空調系統(tǒng)中的應用，通過A/D轉換器將溫度 傳感器采集來的溫度數據送入單片機，單片機將采集的數據與設定溫度相 比較決定壓縮機的工作狀態(tài)，空調的心臟是壓縮機，單片機通過對制冷壓 縮機的控制，實現了空調的制冷。本文系統(tǒng)地介紹了空調制冷的原理、硬 件的結構、工作原理及其使用和各部分邏輯功能電路的設計。文中，還解 決了單片機系統(tǒng)的抗干擾問題。采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、A/D轉換抗干 擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理。關鍵詞：80C51單片機；A/D轉換器；空調引言：目前空調已經廣泛地應用于生產、生活中?？照{的主要功能是改變 室內溫度。隨著微電子、計算機和通訊技術的發(fā)展，微型計算

2、機的應用已 經深入到國民經濟的各個領域，從家用電器、機電一體化產品到航空航天 技術、人工智能、生物工程以及現代通信技術等各個領域，微型計算機的 應用都取得了巨大的社會效益和經濟效益。當今，計算機的應用水平已在 很大程度上決定了生產力的水平。微型單片機系統(tǒng)以其體積小、性能價格比高，指令豐富、提供多種外圍 接口部件、控制靈活等優(yōu)點，廣泛應用于各種家電產品和工業(yè)控制系統(tǒng)中， 在溫度控制領域的應用也十分廣泛。隨著能源的日趨減少，大氣污染愈加嚴重，節(jié)能已是一個不容忽視的問 題。眾所周知，空調正朝著節(jié)能、舒適、靜噪于一體的方向發(fā)展。如變頻 空調，它剛一問世，就顯示出強大的生命力；家用中央空調將全部居室空

3、間的空氣調節(jié)和生活品質改善作為整體來實現，克服了分體式壁掛和柜式 空調對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 計和安裝可實現美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，是國際和國內的發(fā)展潮 流。可以預料，下世紀的空調將會以更快的步伐向前發(fā)展。1 .設計方案1.1空調控制系統(tǒng)概述它是一個完整的單片機系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Intel公司生產的80C51單片機， 通過A/D轉換器將溫度傳感器采集來的溫度數據送入單片機，單片機將采 集的數據與設定溫度相比較決定壓縮機的工作狀態(tài)，空調的心臟是壓縮機， 單片機通過對制冷壓縮機的控制，實現了空調的制冷。本文系統(tǒng)地介紹了空調制冷的原理、硬件的結構、工作原理及其

4、使用和 各部分邏輯功能電路的設計。文中，還解決了單片機系統(tǒng)的抗干擾問題。 采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、A/D轉換抗干擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理。1.2本設計任務控制系統(tǒng)要控制的是空氣溫度，是通過壓縮機的運行、停止控制的， 實際上單片機直接控制的是壓縮機的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)要實現以下功能。（1）根據環(huán)境溫度控制壓縮機工作：控制參數是溫度，被控參數是壓縮 機電路通、斷的工作狀態(tài)。（2）設置希望的環(huán)境溫度值：由人手動控制。（3）顯示設定的溫度值。1.3系統(tǒng)主要功能本次設計并實現了 80C51對制冷壓縮機的控制?？梢燥@示溫度，也可以 根據自己的需要進行溫度調整。并設計了穩(wěn)壓電源濾波電數制系統(tǒng)本身產 生的干

5、擾向外界傳遞，造成電磁環(huán)境污染，因此所以本系統(tǒng)地抗干擾性較好。該系統(tǒng)操作簡單，使用維護方便，通用性好，便于擴充?？刂蒲b置體 積小，性能價格比較高。第2節(jié) 空調控制系統(tǒng)硬件設計2.1總體方案示意圖：經過以上轉化，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22硬件總體設計方案該制冷系統(tǒng)由80C51單片機系統(tǒng)即可實現。電源由220V市電經直 流電源轉化為+5V直流電壓，采用內部時鐘電路。選用熱敏電阻式溫度傳感器和ADC0809轉換器。溫度傳感器產生的 模擬信號轉換為數字信號后，由P0輸入。ADC0809由P3.0啟動轉換，由 P3.1控制輸出。信號傳輸采用無條件輸入方式，啟動

6、A/D轉換后延時100 以s從P0 口采集數據。時間延遲由T0實現。（3）溫度設置信號由脈沖電路產生，為簡化系統(tǒng)，通過導線分別與單片 機而5、面引腳相連，以中斷方式工作。（4）利用交流固態(tài)繼電器控制制冷壓縮機工作狀態(tài)。繼電器由P3.7驅 動。（5）兩位顯示器溫度的共陽LED七段碼分別由P1 口、P2 口驅動劃內23單片機時鐘電路設計時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏o MCS-51單片機 允許的時鐘頻率典型值為12MHZo80C51單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。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XTAL

7、1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激振 蕩器。如圖2所示：；bl圖2 振蕩電路石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，使 MCS-51片內的OCS電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，OCS的輸出 時鐘頻率fosc為0.5MHZ16MHZ，典型值為12MHZ電容器C1和C2通常取 30pF左右，對震蕩頻率有微調作用。調節(jié)它們可以達到微調震蕩周期fosc 的目的。2.4復位及復位電路設計復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把程序計數器pc值初始化為 0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化 之外，程序運行出錯或操作錯

8、誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也 需要按復位鍵重新啟動單片機。RST引腳是復位信號的輸入端，高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個震 蕩周期（即兩個機器周期）以上。若使頻率為6MHZ的晶振，則復位信號持 續(xù)時間超過4以s才能完成復位操作。復位操作由上電復位和按鍵手動復為兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的，其電路如圖所 示。只要電源VCC的上電時間不超過1ms，就可以實現自動上電復位，即 接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。按鍵手動復位分為電平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復位是復位端 通過電阻與VCC電源接通而實現的。脈沖復位是利用RC微分電路產生的正 脈沖來實現的。復

9、位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機系統(tǒng)能復正常運行， 首先要檢查是否能復位成功。參數的計算：在本系統(tǒng)中，我采用了按鍵電平復位方式的復位電路，同時選用晶真的 典型值12MHZ，通過經驗可將電阻值分別定為100Q和8.2KQ，電容值定 為10p F，這樣，即能保證復位信號高電電平持續(xù)時間大于2個機器周期。 可以使系統(tǒng)正常運行。系統(tǒng)的復位電路如圖3所示：VccC 10R 1 RST1OOQ n R80C51R 8.2KO圖3系統(tǒng)復位電路2.5按鍵接口設計按鍵所用開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合、斷。一個 電壓信號通過機械觸點的斷開、閉合過程，由于機械觸點的彈性作用，一 個按鍵開關在

10、閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下斷開。因 而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵 的機械特性決定，一般為510ms。按鍵輸入電路由按鍵K1和K2組成。這2個按鍵分別連接到單片機 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，分別對應于2個LED顯示器，用于設置兩位溫度值。當按鍵K1、K2按下時，相應的單片機輸入引腳P3.1和P3.2只能監(jiān)測到 低電平。要將按鍵與一個反相器串接后再與單片機相連。為防止按鍵按下時由抖動，還要設計一個消抖電路。消抖電路由一個電 阻和按鍵K串接在+ 5V和地之間，一個電容和按鍵并聯(lián)構成。按鍵輸入電

11、路如圖4所示:圖4按鍵輸入電路如圖參數的確定:按鍵的抖動時間常數為t。R-C消抖電路的時間常數取T =10ms，其計 算公式為:T =RC經驗取電容值為：C=0.1p f,根據式1得:R=t /C=10KQ2.6系統(tǒng)設計電路圖系統(tǒng)由單片機復位電路設計電路、A/D轉換的設計電路、穩(wěn)定電源設計 電路、交流固態(tài)繼電器設計電路、LED顯示電路、傳感器測溫電路和按鍵 接口電路組成。其完整電路圖如下圖所示。系統(tǒng)的軟件設計31主程序模塊主程序主要包括設置、顯示默認調節(jié)溫度為20r和進行系統(tǒng)初始化（設定中斷、定時方式等）工作。如圖5所示：外中斷Ck 1設!定瞄程序框框圖定瞄程序框框圖主程序代碼:ORG主程序代

12、碼:ORGMAIN:MOVACALLMOVMOVMOVMOVSETBMOVSJMPTH0,0cEHf待；延時100以TL0,0CEHTR0;啟動定時IE, #87H;開中斷“$0030HR7, #20四；上電后默認設定溫度20r DISFLA曰動甲困顯示默認設定值 TCO _#05HTMOD, |-#02h ；循環(huán)定時方式32溫度設定中斷子程序包括“升溫”和“降溫”兩段程序，它們的內容相仿。當手按下“升溫” 按鍵，單片機判斷是否大于溫度上限30 r，若沒超過上限，則將其值升高 1 c,調整為十進制，顯示新值。若超過溫度上限則返回。升溫設置框圖如 圖6所示圖6溫度設置程序框圖升溫設置程序代碼：O

13、RG0050HUP:PUSHACJNER7, #30H, GOUP；最高為30CSJMPUPENDGOUP:MOVA, R7ADDA, #01；升高1CDAA；調整為十進制R7, ADISPLAYR7, ADISPLAYAACALLUPEND:POPUPEND:RETI降溫時，先判斷手動設定溫度是否超過溫度下限，若低于10C，若低 于10C，則返回，反之，將其值降低1C。調整為十進制，顯示新值。降 溫設置如圖7所示：圖7降溫程序框圖降溫設置程序代碼：ORG0060HDOWN:PUSHACJNER7, #10H, GODOWN；最低10CSJMPDOWNENDGODOWN:MOVA, R7CLR

14、CSUBBA, #01；降低1CJNBPSW.6, GOON;調整為十進制SUBBA, #06GOON:MOVR7, AACALLDISPLAYDOWNEND:POPARETI3.3溫度顯示子程序將2位表示設定溫度值的壓縮BCD碼拆分，查表得到相應的共陽LED碼，分別送往P1、P2 口?？驁D如圖8所示：ORG0075HDISPLAY:MOVDPTR,#LEDTAB；LED顯示碼表首MOVA, #0FH；取各位ANLA,R7MOVCA, DPTR+AMOVP1,AMOVA,#0F0H；取十位ANLA,R7WAPAMOVA,DPTR+AMOVCP2,ARETORG0090HLEDTAB:DB0C0

15、H,0F9H,0A4H,0B0H,99H；共陽顯示碼DB92H,82H,0F8H,80H,90H3.4定時中斷子程序定時中斷程序模塊完成控制系統(tǒng)的核心工作，根據環(huán)境溫度控制壓縮機 電路，主要包括3部分內容。讀取溫度信號值。轉換為對應的溫度值。與設定值比較決定壓縮機電路狀態(tài)。將P0 口輸入量轉化為溫度值的方法分析如下：圖ADC0809的基準電壓為5V，所以P0 口數據值對應的電壓值：VT=P0/256X5(V)計算時，取其整數部分：T=210-(10XP0)/256定時中斷程序框圖9如下：圖9定時中斷子程序框圖ORG0100HTIME:PUSHASETBP3.1;輸入數據SETBP3.0;啟動下

16、一次模/數轉換MOVP0, #0FFHMOVA, P0MOVB, #10；轉換為溫度值，忽略小MULAB；數部分(B)=(10XP)/256MOVA, #210CLRCSUBBA, BMOVB, #10;轉換為BCD壓縮碼（因DIVAB;A內溫度值小于100，故可SWAPA；用程序中的轉換方法）ADDA, B；(A) =TCJNEA, R7, CON;與設定溫度比較CON:JNCSTOPSETBP3.7；啟動壓縮機SJMPTIMEENDSTOP:CLRP3.7;停止壓縮機TIMEEND: POP ARETIEND課程設計體會通過本次課程設計，對于單片機有了更深層次的理解，本次設計并實現 了 8

17、0C51對制冷壓縮機的控制，因此對此單片機有了更透徹的了解。此次 的設計也遇到了很多的困難，從選題到完成，時間很倉促，這中間有很多 意想不到的難題，也讓我很是苦惱，為了解決這些難題，我就去查看資料。 當然這個設計存在很多的不足之處，但重在設計的一個過程，重在設計帶 給我的知識與經驗。本設計主要涉及了制冷空調控制系統(tǒng)中各部分硬件的 結構、工作原理以及它們與單片機的接口方法，設計了穩(wěn)壓電源濾波電數制 系統(tǒng)本身產生的干擾向外界傳遞，造成電磁環(huán)境污染，因此需要對它們進行 了解，由此我撐握了這些方面的很多知識，并且從某種程度上來說使我對 硬件電路的整體設計與配套軟件設計的模式有了更深層次的了解，學到了

18、很多東西，為以后學習打下了良好的基礎。此次的設計是由自己獨立設計 的，這有助于提高自己的設計和思考能力，能有效解決設計中遇到的各種 問題，對我以后的工作很有幫助。參考文獻劉守義，單片機應用技術，西安電子科技大學出版社張友得，單片微型機原理、應用與實驗，第三版復旦大學出版社李華，MCS-51系列單片機實用接口技術，北京航空航天大學出版 社何立民，單片機應用文集一，北京航空航天大學出版社6.源程序ORG0000HSJMPMAINORG0003HSJMPUPORG000BHAJMPTIMEORG0013HSJMPDOWN主程序：ORG0030HMAIN:MOVR7, #20HACALLDISPLAYMOVTCON, #05HMOVTMOD, #02HMOVTH0, 0CEHMOVTL0, 0CEHSETBTR0MOVIE, #87HSJMP“$溫度設定中斷子程序：UP:PUSHACJNER7, #30H,