網(wǎng)通機(jī)房節(jié)能空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)

摘要空調(diào)對(duì)電信行業(yè)起的作用尤為重要,特別是改善機(jī)房環(huán)境溫度、濕度、空氣清潔度,確保電信設(shè)備正常運(yùn)行。但是目前機(jī)房空調(diào)的能源消耗非常大,要從根本上解決能源問(wèn)題,除了尋找新的能源,節(jié)能是關(guān)鍵的,也是目前最直接有效的重要措施。本文設(shè)計(jì)的就是網(wǎng)通機(jī)房節(jié)能空調(diào)控制器。該控制器是利用Atmega16單片機(jī)進(jìn)行控制網(wǎng)通機(jī)房的溫度和濕度,能夠把設(shè)定溫度和濕度以及實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。它采用溫度傳感器、濕度傳感器檢測(cè)室內(nèi)室外的溫度和濕度,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行比較。根據(jù)得出的結(jié)果,進(jìn)行PID算法來(lái)控制送風(fēng)機(jī)的風(fēng)閥開(kāi)度,以及選擇新風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度。通過(guò)送風(fēng)量的不同來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度最終達(dá)到設(shè)定值,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)通機(jī)房溫度和濕度的控制。利用單片機(jī)作為控制器的CPU,還有一個(gè)主要的好處就是節(jié)能?，F(xiàn)在的電子技術(shù)發(fā)展很快,單片機(jī)在各行業(yè)控制系統(tǒng)中普遍被采用,其構(gòu)成的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)日趨完善,系統(tǒng)總體性能也大大提高。關(guān)鍵詞:單片機(jī)傳感器PIDA/D轉(zhuǎn)換Thedesignaboutenergy-savingcontrollerofair-conditioningfortheCNCmachineroomAbstractAir-conditioningisanimportantroleinthetelecommunicationsindustry.Especiallyitcanimprovethetemperature,humidity,air’squalityoftheroomandensurethetelecommunicationsequipmentsworknormally.Butnowtheconsumptionofenergyisverylarge.Ifwewanttosolvetheenergyproblemfundamentally,inadditiontofindingnewenergysources,energyconservationiscritical,andalsoenergyconservationisthemostimportantdirectandeffectivemeasure.Thisdesignisabouttheenergy-savingcontrollerofair-conditioning.ThecontrollerismadeofAtmega16single-chip.Itisabletosetthetemperatureandhumidityanddisplayreal-time.Itusestemperaturesensors,humiditysensorstodetectindoor’sandoutdoor’stemperatureandhumidity.ThentheA/Dconverterconvertsthemandsendsthedataintothesingle-chip.Thesingle-chipcomparesthedatawiththesetvalue.Accordingtotheresults,thesingle-chipcontrolsthefanwithPIDalgorithmandcontrolsthenewfanuntilthetemperatureandhumidityreachesthesettingvalue.Therefore,wecancontrolthetemperatureandhumidityoftheroom.Usingasingle-chipasthecontrollerCPUcansaveenergy.Innowadays,electronictechnologydevelopsquicklyandsingle-chipisusedwidelyintheindustry.Thecontrolsystemisgoingtobeperfect,whichismadeofsingle-chip.Theperformanceofthesystemisgreatlyimproved.Keywords:Single-chipSensorPIDA/DConverter目錄第一章緒論(11.1課題的來(lái)源及研究意義(11.2機(jī)房空調(diào)的發(fā)展背景(11.3網(wǎng)通機(jī)房空調(diào)原理(21.4空調(diào)的研究現(xiàn)狀(31.5本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容(3第二章方案論證(52.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求(52.2CPU的選擇(52.3溫度傳感器的選擇(62.4濕度傳感器的選擇(62.5風(fēng)機(jī)控制選擇(6第三章硬件設(shè)計(jì)(83.1系統(tǒng)原理框圖(83.2溫度采集單元的設(shè)計(jì)(83.2.1DS18B20介紹(83.2.2DS18B20特性(83.2.3DS18B20引腳排列(93.2.4DS18B20原理(93.2.5DS18B20與單片機(jī)的接口電路圖(113.3濕度采集單元的設(shè)計(jì)(123.3.1IH3605結(jié)構(gòu)及引腳介紹(123.3.2IH3605的主要技術(shù)指標(biāo)(123.3.3IH3605的電壓輸出特性(133.3.4IH3605與單片機(jī)的接口電路(143.4單片機(jī)最小電路設(shè)計(jì)(143.4.1CPU特性(143.4.2Atmega16引腳配置(153.4.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路(163.5電源電路(163.6鍵盤(pán)輸入電路(173.7液晶顯示電路(183.7.112864液晶顯示模塊的特性(183.7.212864LCD模塊引腳說(shuō)明(193.7.3控制器接口信號(hào)說(shuō)明(193.7.412864與單片機(jī)的接口電路圖(203.8報(bào)警電路(203.9掉電保護(hù)電路(213.10風(fēng)機(jī)速度控制(213.10.1新風(fēng)機(jī)電路的設(shè)計(jì)(213.10.2送風(fēng)機(jī)電路的設(shè)計(jì)(223.11通訊電路(243.11.1MAX232芯片簡(jiǎn)介(243.11.2串行接口電路(243.11.3無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸(25第四章軟件設(shè)計(jì)(264.1系統(tǒng)總程序框圖設(shè)計(jì)(264.2PID控制算法的單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)(284.2.1PID控制基本原理(284.2.2數(shù)字PID控制算法(294.2.3PID算法的改進(jìn),飽和作用的抑制(304.3鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)(324.412864液晶顯示子程序設(shè)計(jì)(334.5與上位機(jī)通訊(34第五章總結(jié)(35致謝(36參考文獻(xiàn)(37附錄1:部分程序清單(39附錄2:系統(tǒng)原理圖(49第一章緒論1.1課題的來(lái)源及研究意義本課題網(wǎng)通機(jī)房節(jié)能空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)是結(jié)合老師的科研項(xiàng)目,為網(wǎng)通公司設(shè)計(jì)的機(jī)房節(jié)能空調(diào)控制器。近年來(lái),民用空調(diào)普及率極大提高。以上海為例,在1978-1996年間,高層建筑增加了十幾倍。在這些新建建筑中,一般都安裝大型集中式空調(diào)系統(tǒng),而在大多數(shù)的改建項(xiàng)目中,增加或改造集中式空調(diào)系統(tǒng)也成了改造計(jì)劃中的重要內(nèi)容。建筑空調(diào)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)所必需的,可顯著改善人們生活環(huán)境,提高生活質(zhì)量。但是從總體上看,我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式還是粗放型的,主要表現(xiàn)為資源利用率較低?？照{(diào)作為耗能大戶(hù),與能源供應(yīng)緊張?zhí)貏e是當(dāng)前電力供應(yīng)緊張有著密切的關(guān)系。隨著空調(diào)的迅速普及,空調(diào)用電負(fù)荷逐年猛增,至2003年底,空調(diào)能耗已占全國(guó)耗電量的30%左右。在夏季用電高峰時(shí)段,空調(diào)用電負(fù)荷甚至高達(dá)城鎮(zhèn)總體用電負(fù)荷的40%左右,大大增加了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。到2020年我國(guó)空調(diào)高峰負(fù)荷節(jié)電空間約900萬(wàn)KW,相當(dāng)于5個(gè)三峽電站的滿負(fù)荷容量,相應(yīng)可減少電力建設(shè)投資4000億元以上。降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗對(duì)于減少建筑系統(tǒng)的能耗、緩解當(dāng)前電力緊張狀態(tài)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率等方面都有著非常重要的意義。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越關(guān)心我們賴(lài)以生存的地球,世界上大多數(shù)國(guó)家也充分認(rèn)識(shí)到了環(huán)境對(duì)我們?nèi)祟?lèi)發(fā)展的重要性。各國(guó)都在采取積極有效的措施改善環(huán)境,減少污染。這其中最為重要也是最為緊迫的問(wèn)題就是能源問(wèn)題,要從根本上解決能源問(wèn)題,除了尋找新的能源,節(jié)能是關(guān)鍵的也是目前最直接有效的重要措施。作為現(xiàn)代社會(huì)必須的家用和商用空調(diào)是消耗電能的大戶(hù),因此設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)能的機(jī)房空調(diào)控制器對(duì)社會(huì)和國(guó)家的節(jié)能計(jì)劃有很大的促進(jìn)作用。1.2機(jī)房空調(diào)的發(fā)展背景前期機(jī)房空調(diào)(1960~1980年。前期的機(jī)房空調(diào)是為某臺(tái)計(jì)算機(jī)(大、中、小型機(jī)專(zhuān)門(mén)建設(shè)的,并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),完全是在摸索中建設(shè)的。這時(shí)的機(jī)房空調(diào)只有降溫措施,但沒(méi)有精密的溫度控制,也沒(méi)有測(cè)試和指標(biāo),可用性極差。中期機(jī)房空調(diào)(1980~1990年。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)生,出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)為單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)房空調(diào),有了專(zhuān)用的機(jī)柜(大、中、小機(jī)柜,機(jī)房空調(diào)制冷也從集中冷卻到采用恒溫恒濕的專(zhuān)用空調(diào)機(jī)。后期機(jī)房空調(diào)(1990~2000年。IT設(shè)備逐漸小型化,服務(wù)器逐步成為主體,1多臺(tái)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器聯(lián)網(wǎng),數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)水平逐漸提高,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了更嚴(yán)格的保護(hù),開(kāi)始廣泛使用恒溫恒濕的專(zhuān)用機(jī)房空調(diào),可用性和可靠性均有了大幅提升?，F(xiàn)代機(jī)房空調(diào)(21世紀(jì)。IT設(shè)備進(jìn)一步小型化,所有設(shè)備都進(jìn)入機(jī)架,機(jī)架成為機(jī)房IT設(shè)備的主體。隨著IT設(shè)備的發(fā)展,具有現(xiàn)代氣息的機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)誕生了。它對(duì)電信各部門(mén)的機(jī)房起的作用尤為重要,起到改善機(jī)房環(huán)境溫度、濕度,確保電信設(shè)備正常運(yùn)行。機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)是針對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房和各類(lèi)通信機(jī)房的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的。它除了具備普通空氣調(diào)節(jié)器的功能外,還具備恒溫恒濕、控制精度高、空氣潔凈度高、可靠性高等特點(diǎn)?，F(xiàn)在的單片機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展,應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),是工業(yè)產(chǎn)品的微型計(jì)算機(jī)。目前在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的空調(diào)控制器,大多數(shù)都是采用單片機(jī)來(lái)控制的。1.3網(wǎng)通機(jī)房空調(diào)原理1.3.1空氣主要參數(shù)1溫濕度的概念:在日常生活中,溫度是表示物體冷熱程度的物理量。濕度表示空氣中含有水蒸氣多少的物理量稱(chēng)作濕度。絕對(duì)濕度是指每立方米的濕空氣中含有的水蒸氣重量,絕對(duì)濕度以公斤/立方米計(jì)算。相對(duì)濕度指某濕空氣中所含水蒸汽的重量與同溫度下飽和空氣中所含水蒸汽的重量之比。2溫濕度對(duì)網(wǎng)通機(jī)房的影響:(1溫度的影響:溫度過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致體溫升高,出汗量增加。夏天,體溫升高和出汗過(guò)很容易導(dǎo)致人的中暑。電信設(shè)備尤其是交換機(jī)等設(shè)備對(duì)機(jī)房的溫度有著較高的要求。溫度偏高,易使機(jī)器散熱不暢,使晶體管的工作參數(shù)產(chǎn)生漂移,影響電路得穩(wěn)定性和可靠性,嚴(yán)重時(shí)還可能造成元器件的擊穿損壞。通信設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行工作期間,機(jī)器溫度控制在18℃~25℃之間較為適宜。(2濕度的影響:相對(duì)濕度對(duì)人體健康和器官的舒適感有一定的影響。過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)病癥;過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致不舒服。濕度對(duì)通信設(shè)備的影響也很大。空氣潮濕,易引起設(shè)備的金屬部件和插接件等部件產(chǎn)生銹蝕,并引起電路板、插接件和布線的絕緣降低,嚴(yán)重時(shí)還可造成電路短路?？諝馓稍镉秩菀滓痨o電效應(yīng),威脅通信設(shè)備的安全。為了保持通信機(jī)房的相對(duì)濕度符合標(biāo)準(zhǔn),可視機(jī)房具體情況配置加濕器或抽濕機(jī)。加濕器工作時(shí)不要離通信設(shè)備太近,且噴霧口不要正對(duì)著通信設(shè)備,以防噴出的霧氣對(duì)設(shè)備有影響。加濕器和抽濕機(jī)可根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)溫度計(jì)的顯示數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整。一般說(shuō)來(lái),機(jī)房?jī)?nèi)的相對(duì)濕度保持在40%~60%范圍內(nèi)較為適宜。1.3.2機(jī)房空調(diào)制冷原理現(xiàn)代的機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)常用的是蒸汽壓縮式制冷。蒸汽制冷是利用某些低沸點(diǎn)的液態(tài)制冷劑在不同壓力下汽化時(shí)吸熱的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)人工制冷的。在制冷技術(shù)中,蒸發(fā)是指液態(tài)制冷劑達(dá)到沸騰時(shí)變成氣態(tài)的過(guò)程。液態(tài)變成氣態(tài)必須從外界吸收熱能才能實(shí)現(xiàn),因此是吸熱過(guò)程,液態(tài)制冷劑蒸發(fā)汽化時(shí)的溫度叫做蒸發(fā)溫度,凝結(jié)是指蒸汽冷卻到等于或低于飽和溫度,使蒸汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)。壓縮機(jī)是保證制冷的動(dòng)力,利用壓縮機(jī)增加系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的壓力,使制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán),達(dá)到制冷目的。開(kāi)始?jí)嚎s機(jī)吸入蒸發(fā)制冷后的低溫低壓制冷劑氣體,然后壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器;高壓高溫氣體經(jīng)冷凝器冷卻后使氣體冷凝變?yōu)槌馗邏阂后w;當(dāng)常溫高壓液體流入熱力膨脹閥,經(jīng)節(jié)流成低溫低壓的濕蒸汽,流入蒸發(fā)器,從周?chē)矬w吸熱,經(jīng)過(guò)風(fēng)道系統(tǒng)使空調(diào)房間溫度冷卻下來(lái),蒸發(fā)后的制冷劑回到壓縮機(jī)中,又重復(fù)下一個(gè)制冷循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)制冷目的。1.4空調(diào)的研究現(xiàn)狀空調(diào)是研究造成室內(nèi)空氣環(huán)境符合一定的溫度、相對(duì)溫度、相對(duì)濕度、清潔度等控制在需要范圍內(nèi)的專(zhuān)門(mén)技術(shù)?？照{(diào)對(duì)人們生活起著重要的作用。傳統(tǒng)空調(diào)器具有“開(kāi)一關(guān)”調(diào)節(jié)模式。不僅噪音和溫度波動(dòng)大,而且開(kāi)關(guān)時(shí)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)有很大的損害。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)的發(fā)展。人們擺脫了傳統(tǒng)定頻定速空調(diào)器的調(diào)節(jié)模式。開(kāi)發(fā)出性能更為優(yōu)良的變頻變速空調(diào)器。現(xiàn)在人們對(duì)生活的要求更高級(jí)了,已經(jīng)不再是單純的降溫避暑的要求。對(duì)空調(diào)的研究已經(jīng)更深入了,已經(jīng)往空調(diào)的健康化、節(jié)能環(huán)?；⑷诵曰?、網(wǎng)絡(luò)化方向研究了。1.5本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)的題目是網(wǎng)通機(jī)房節(jié)能空調(diào)控制器的設(shè)計(jì),它是一個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng),采用溫度采集、濕度采集、數(shù)據(jù)傳輸、A/D轉(zhuǎn)換,然后經(jīng)過(guò)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最后輸出控制、顯示,以達(dá)到機(jī)房溫度、濕度的環(huán)境要求,確保機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行。本論文的內(nèi)容安排如下:1第一章緒論,重點(diǎn)介紹本課題的發(fā)展背景和研究現(xiàn)狀以及研究意義。設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)能的空調(diào)控制器能大大的節(jié)約能源。2第二章是系統(tǒng)方案論證,對(duì)采用MCS-51系列單片機(jī)作為CPU和采用AVR系列單片機(jī)作為CPU的兩個(gè)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和對(duì)比,最后選用AVR單片機(jī)作為CPU。3第三章是系統(tǒng)硬件介紹,溫度采集采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器,能夠直接接到單片機(jī)IO口,作為數(shù)字型的溫度傳感器,能夠直接的進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取而不需要AD轉(zhuǎn)換。濕度傳感器采用IH3605,既要滿足系統(tǒng)工作的溫度和濕度要求,又要滿足精度的要求,采用IH3605能夠滿足設(shè)計(jì)要求。濕度傳感器輸出模擬量,接到單片機(jī)的自帶AD口上,把數(shù)據(jù)傳給CPU。設(shè)定機(jī)房的溫度、濕度通過(guò)鍵盤(pán)直接輸入,用12864液晶顯示屏顯示出實(shí)時(shí)的和設(shè)定的溫濕度。新風(fēng)機(jī)的速度控制采用繼電器來(lái)控制風(fēng)機(jī)的速度級(jí)別,分為高、中、低三個(gè)檔。送風(fēng)機(jī)通過(guò)DA控制風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)控制新風(fēng)量。測(cè)得的實(shí)際溫濕度偏離正常值超過(guò)一定范圍就會(huì)報(bào)警,報(bào)警電路采用聲光報(bào)警。至于本設(shè)計(jì)中用到的加熱、加濕、除濕裝置。加熱裝置選用鹽城惠通機(jī)械有限公司生產(chǎn)的空氣加熱器,加濕裝置選用手推式離心加濕器XH-9001,除濕裝置選用DH-803D型號(hào)的除濕器,只要有信號(hào)輸出,相應(yīng)裝置通電開(kāi)始工作。4第四章是軟件的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出溫度采集,濕度采集及AD轉(zhuǎn)換的程序流程圖。設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的程序運(yùn)行流程圖。5第五章是全文總結(jié)?？偨Y(jié)出設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。第二章方案論證2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的要求:設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)能空調(diào)控制器,要求采集室內(nèi)、室外及送風(fēng)三點(diǎn)溫度、濕度,與設(shè)定值比較后分別控制新風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)運(yùn)行。該控制器還能實(shí)現(xiàn)設(shè)定與顯示溫濕度值等功能。技術(shù)參數(shù):1檢測(cè)范圍:40%RH~90%RH,-30℃~60℃。2檢測(cè)精度:≤5%RH,±0.5℃。3LCD顯示及聲光報(bào)警。4完成與上位機(jī)通信。2.2CPU的選擇方案一:采用AT89C51微處理器作為系統(tǒng)的主控器,AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱(chēng)單片機(jī)。但由于該系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,要想實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)必須在外部擴(kuò)展相當(dāng)多的外部輔助電路,比如要外接有A/D轉(zhuǎn)換電路,外部存儲(chǔ)芯片,而且由于本次設(shè)計(jì)中要是采用的是直流電機(jī),對(duì)于直流電機(jī)的調(diào)速,采用PWM調(diào)速,所以還要外接PWM調(diào)解電路。由此會(huì)使整個(gè)電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中帶來(lái)一些不必要的麻煩,由于添加較多外部輔助電路,也使得外部結(jié)構(gòu)的硬件連接增多,容易產(chǎn)生連接過(guò)程中的短路或是斷路的現(xiàn)象。而通過(guò)采取下面的AVR芯片控制就可以大大減少外部電路的數(shù)量,而且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,很多硬件模塊可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的形式代替,可以他使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,清晰,準(zhǔn)確度高,成本低。方案二:采用Atmega16單片機(jī)作為CPU。AVRCPU最大的優(yōu)點(diǎn)是:1超功能精簡(jiǎn)指令集(RISC,具有32個(gè)通用工作寄存器,克服了如8051MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。2快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng),大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率,部分型號(hào)FLASH非常大,特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā);3片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能,外圍電路更加簡(jiǎn)單,系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠;4大部分AVR片上資源豐富:帶E2PROM,PWM,RTC,SPI,UART,TWI,ISP,AD,AnalogComparator,WDT等;5AVR單片機(jī)可重設(shè)啟動(dòng)復(fù)位,以提高單片機(jī)工作的可靠性。有看門(mén)狗定時(shí)器實(shí)行安全保護(hù),可防止程序走亂飛,提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。比較兩個(gè)方案,所以本系統(tǒng)采用了AVR單片機(jī)作為主控芯片。2.3溫度傳感器的選擇方案一:采用單片集成兩端感溫傳感器AD590。AD590的電源電壓范圍為4~30V,可以承受44V正向電壓和20V反向電壓,因而器件即使反接也不會(huì)被損壞;精度高,AD590在-55℃~+150℃范圍內(nèi),非線性誤差僅為±0.3℃。但是AD590需要A/D電路,而且成本偏高,電路繁多,對(duì)線阻有要求。方案二:采用一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20。本設(shè)計(jì)要求檢測(cè)溫度范圍為:-30℃~60℃,檢測(cè)精度為±0.5℃。DS18B20滿足設(shè)計(jì)要求,并且能快速準(zhǔn)確的檢測(cè)溫度,精確度也高,最主要的是:輸出的數(shù)據(jù)是數(shù)字型的,不是像AD590輸出的是模擬量,還需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路才能把數(shù)據(jù)送回CPU,再進(jìn)行下一步的處理。相對(duì)而言,電路簡(jiǎn)單、精度更高、讀取也很簡(jiǎn)單,在編寫(xiě)程序時(shí)也會(huì)很方便的。比較兩個(gè)方案,采用DS18B20作為本設(shè)計(jì)的溫度傳感器。2.4濕度傳感器的選擇方案一:采用MHC1A濕敏電容型濕度測(cè)量模塊。工作電壓為5V,工作的溫度范圍為0~70℃,能檢測(cè)出的濕度為0~100℃,輸出的電壓范圍為0~3V,檢測(cè)精度能達(dá)到控制要求。但是因?yàn)檎麄€(gè)控制系統(tǒng)要工作在-30℃~60℃,此濕度傳感器在0℃以下不能正常工作。而且這是一個(gè)模塊,不是單個(gè)的傳感器,占用了一部分空間。并且保存溫度為-20~85℃,不能在本設(shè)計(jì)要求的-30℃情況下工作。方案二:采用IH3605集成溫度傳感器,IH3605是HONEYWELL公司生產(chǎn)的熱固聚酯電容式RH濕度傳感器,采用集成電路技術(shù),可在集成電路內(nèi)部完成對(duì)信號(hào)的調(diào)整。其具有精度高、輸出電壓范圍大、線性好、互換性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),其獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)使之能抵抗塵埃、臟物、油和其他一般化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。最重要的是因?yàn)镮H3605能夠在本設(shè)計(jì)的要求工作溫度下工作,而且精度高,完全能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。比較兩個(gè)方案,采用IH3605作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。2.5風(fēng)機(jī)控制選擇方案一:根據(jù)電機(jī)的速度級(jí)別,把電機(jī)速度分為高、中、低三檔。使用單片機(jī)來(lái)控制繼電器的來(lái)控制風(fēng)機(jī)速度的選擇。但是此種方案只有三個(gè)速度,也就是控制風(fēng)量只有三個(gè)級(jí)別。不能達(dá)到更精確地、更省電的控制。方案二:通過(guò)DA輸出模擬量來(lái)控制電動(dòng)風(fēng)閥,從而能夠精確地控制風(fēng)量。達(dá)到省電、精確的標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)閥是0~10V控制的,所以需要在DA后加一個(gè)放大電路,把DA輸出的0~5V放大為0~10V。比較兩個(gè)方案,本設(shè)計(jì)中選用:送風(fēng)機(jī)采用DA控制電動(dòng)風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)控制送風(fēng)量;新風(fēng)機(jī)采用三級(jí)調(diào)速來(lái)控新風(fēng)的風(fēng)量。第三章硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào),和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能,我設(shè)計(jì)了以Atmega16為核心的一套控制系統(tǒng),其中包括電源系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)以及最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、溫濕度檢測(cè)及控制、鍵盤(pán)及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。3.1系統(tǒng)原理框圖圖3-1系統(tǒng)原理框圖3.2溫度采集單元的設(shè)計(jì)這里選擇的DS18B20數(shù)字溫度傳感器,它能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)溫度,精確度也高,并且輸出的數(shù)據(jù)是數(shù)字型的,不需要經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換就能被單片機(jī)識(shí)別出來(lái),從而進(jìn)行控制。3.2.1DS18B20介紹DSl8B20數(shù)字溫度計(jì)提供9位溫度讀數(shù),指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出,因此從中央處理器到DSl8B20僅需連接一條線(和地。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供,而不需要外部電源。但是一般也可接上外部電源。3.2.2DS18B20特性獨(dú)特的單線接口,只需1個(gè)接口引腳即可通信多點(diǎn)(multidrop能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化不需要外部元件,不需備份電源,用數(shù)據(jù)線供電測(cè)量范圍為-55℃~+125℃,增量值為0.5℃。等效的華氏溫度范圍是-67℉至257℉,增量值為0.9℉以9位數(shù)字值方式讀出溫度,并且在1秒(典型值內(nèi)把溫度變換為數(shù)字用戶(hù)可定義的,非易失性的溫度告警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制,工業(yè)系統(tǒng),消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品,溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)3.2.3DS18B20引腳排列引腳說(shuō)明圖3-2DS18B20管腳圖圖3-3DS18B20封裝圖表3-1DS18B20引腳3.2.4DS18B20原理1圖3-3是DS18B20方框圖,有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件:64位激光(laseredROM;溫度靈敏元件;非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。器件從單線的通信線取得其電源,在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi),把能量貯存在內(nèi)部的電容器中,在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)斷開(kāi)此電源,直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?電容電源為止,作為另一種可供選擇的方法,DSl820也可用外部電源供電。圖3-4DS18B20方框圖2寄生電源(parasitepower當(dāng)I/O或VDD引腳為高電平時(shí),這個(gè)電路便“取”得電源。只要符合指定的定時(shí)和電壓要求,I/O將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)是雙重的:(1利用此引腳,遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)無(wú)需本地電源;(2缺少正常電源條件下也可以讀ROM。3DS18B20測(cè)溫操作DS18B20通過(guò)一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。DSl820通過(guò)門(mén)開(kāi)通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量溫度,而門(mén)開(kāi)通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。計(jì)數(shù)器予置對(duì)應(yīng)于-55℃的基數(shù),如果在門(mén)開(kāi)通期結(jié)束前計(jì)數(shù)器達(dá)到零,那么溫度寄存器也被予置到-55℃的數(shù)值增量,指示溫度高于-55℃。圖3-5溫度測(cè)量電路的方框圖在DSl820中,溫度是以1/2℃LSB(最低有效位形式表示時(shí),產(chǎn)生以下9位格式:=-25℃最高有效(符號(hào)位被復(fù)制到存儲(chǔ)器內(nèi)兩字節(jié)的溫度寄存器中較高M(jìn)SB的所有位,這種“符號(hào)擴(kuò)展”產(chǎn)生了如表3-1所示的16位溫度讀數(shù)。以下的過(guò)程可以獲得較高的分辨率。首先,讀溫度,并從讀得的值截去0.5℃位(最低有效位。這個(gè)值便是TEMP_READ。然后可以讀留在計(jì)數(shù)器內(nèi)的值。此值是門(mén)開(kāi)通期停止之后計(jì)數(shù)剩余(COUNT_REMAIN。(COUNT_PER_C-COUNT_REMAINTEMPRATURE(=TEMP_READ-0.25+COUNT_PER_C溫度所需的最后一個(gè)數(shù)值是在該溫度處每一攝氏度的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)(COUNT_PER_C。用戶(hù)可以使用下式計(jì)算實(shí)際溫度:表3-2溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系3.2.5DS18B20與單片機(jī)的接口電路圖圖3-6DS18B20與單片機(jī)的連接電路圖從DS18B20數(shù)據(jù)線讀回來(lái)的16進(jìn)制數(shù),把這些數(shù)送入單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)判斷整個(gè)系統(tǒng)的溫度情況,從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的工作情況。3.3濕度采集單元的設(shè)計(jì)這里選用的是集成濕度傳感器IH3605。IH3605集成溫度傳感器是HONEYWELL公司生產(chǎn)的,采用集成電路技術(shù),可在集成電路內(nèi)部完成對(duì)信號(hào)的調(diào)整。由于其具有精度高、線性好、互換性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛的應(yīng)用。3.3.1IH3605結(jié)構(gòu)及引腳介紹由于IH3605內(nèi)部的兩個(gè)熱化聚合體層之間形成的平板電容器電容量的大小可隨濕度的不同發(fā)燒變化,從而可完成對(duì)濕度信號(hào)的采集。熱化聚合體層同時(shí)具有防御污垢、灰塵、油及其他有害物質(zhì)的功能。IH3605的結(jié)構(gòu)及引腳定義分別見(jiàn)下圖。IH3605采用SIP封裝形式。圖3-7IH3605結(jié)構(gòu)示意圖圖3-8IH3605引腳圖表3-3IH3605引腳說(shuō)明3.3.2IH3605的主要技術(shù)指標(biāo)電源電壓:4~5.8V;供電電流:200uA(5VDC;濕度范圍:0~100%RH;精度:±2%RH(0~100%RH、25℃、V=5VDC;互換性:±5%RH(0~60%RH±8RH%(90%RH;線性度:±0.5%RH(典型;重復(fù)性:±0.5%RH;穩(wěn)定度:±1%RH(50%RH、5年內(nèi);響應(yīng)時(shí)間:15s(25℃及空氣緩慢流動(dòng)環(huán)境下;工作溫度:-40℃~85℃;3.3.3IH3605的電壓輸出特性IH3605的輸出電壓與相對(duì)濕度的關(guān)系曲線如圖3-9所示:圖3-9IH3605的輸出電壓與濕度的關(guān)系曲線IH3605的輸出電壓是供電電壓、濕度及溫度的函數(shù)。電源電壓升高,輸出電壓將成比例升高,在實(shí)際應(yīng)用中,通過(guò)兩個(gè)步驟可計(jì)算出實(shí)際的相對(duì)濕度值。1.首先根據(jù)下述計(jì)算公式,計(jì)算出25℃溫度條件下相對(duì)濕度值R0H。(outDC0V0.0062RH0.16V=+(3-1其中Vout為IH3605的電壓輸出值,DCV為IH3605的供電電壓值,R0H為25℃溫度條件下相對(duì)濕度值。2.進(jìn)行溫度補(bǔ)償,計(jì)算出當(dāng)前溫度下的實(shí)際相對(duì)濕度值RH。(0/1.05460.00216RHRHt=-(3-2其中RH為實(shí)際的相對(duì)濕度值,t是當(dāng)前的溫度值,單位為℃。3.3.4IH3605與單片機(jī)的接口電路圖3-10IH3605與單片機(jī)的連接電路圖由于IH3605的輸出電壓較高且線性較好,因此電路無(wú)需進(jìn)行信號(hào)放大,加上一個(gè)電壓跟隨器,進(jìn)行隔離,從而將IH3605的輸出信號(hào)送到A/D轉(zhuǎn)換器上,完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。3.4單片機(jī)最小電路設(shè)計(jì)這里選用的是Atmel公司的Atmega16單片機(jī)。3.4.1CPU特性高性能、低功耗的8位AVR微處理器,先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash;512字節(jié)的EEPROM;1K字節(jié)的片內(nèi)SRAMJTAG接口:通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點(diǎn):兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC四通道PWM8路10位ADC片內(nèi)模擬比較器兩個(gè)可編程的串行USART可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器片內(nèi)模擬比較器上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC振蕩器,片內(nèi)/片外中斷源,6種睡眠模式、空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式工作電壓::ATmega16:4.5~5.5V,速度等級(jí):0~16MHzATmega16總結(jié):ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間,ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz,從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。3.4.2Atmega16引腳配置圖3-11Atmega16引腳圖表3-4Atmega16引腳說(shuō)明3.4.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3-12Atmega16的最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路和晶振電路兩大部分。復(fù)位操作通常有兩種基本形式:上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開(kāi)關(guān)復(fù)位即能夠手動(dòng)的使系統(tǒng)復(fù)位。晶振電路是給整個(gè)系統(tǒng)起振作用。本來(lái)Atmega16有內(nèi)部1M晶振,但是為了系統(tǒng)能夠運(yùn)行快速,就人工的采用外部晶振電路。Atmega16單片機(jī)本身帶有看門(mén)狗,就不用外接看門(mén)狗電路,直接使用就行,能夠保證程序的穩(wěn)定進(jìn)行,不會(huì)出現(xiàn)程序失控跑飛現(xiàn)象。3.5電源電路電源電路是給整個(gè)系統(tǒng)提供電源,在這個(gè)系統(tǒng)中用到了直流24V電源,12V電源,直流5V電源。電路為經(jīng)變壓器把交流220V電源變壓為24V直流電源,再經(jīng)過(guò)7812穩(wěn)壓為12V電源,然后是7805穩(wěn)壓為5V電源。在整個(gè)系統(tǒng)中,24V電源是供給電動(dòng)風(fēng)閥的,12V電源用來(lái)驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的繼電器工作,5V電源就直接供給單片機(jī)使用。圖3-13系統(tǒng)的電源電路圖3.6鍵盤(pán)輸入電路鍵盤(pán)是一個(gè)輸入裝置,用來(lái)設(shè)置網(wǎng)通機(jī)房的溫度和濕度的。鍵盤(pán)電路采用4*3行列陣型的鍵盤(pán)。除了0~9數(shù)字鍵外,還擴(kuò)展了“設(shè)置”,“下一個(gè)”兩個(gè)鍵。當(dāng)某一鍵按下時(shí),系統(tǒng)采集不同的掃描鍵值,從而區(qū)別不同的鍵號(hào),以實(shí)現(xiàn)鍵的定位。鍵位排布情況如圖3-14所示。圖3-14鍵位排布圖3-15鍵盤(pán)與單片機(jī)接口電路3.7液晶顯示電路本系統(tǒng)是采用12864液晶顯示屏來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)溫度、濕度和設(shè)定濕度、溫度的顯示的。12864是一種帶中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字,和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令,可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字,也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比,不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多,且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。3.7.112864液晶顯示模塊的特性低電源電壓(VDD:+3.0~+5.5V內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路,無(wú)需外加負(fù)壓顯示分辨率:128×64點(diǎn)2MHZ時(shí)鐘頻率內(nèi)置漢字字庫(kù),提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選內(nèi)置128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符顯示方式:STN、半透、正顯驅(qū)動(dòng)方式:1/32DUTY,1/5BIAS背光方式:側(cè)部高亮白色LED,功耗僅為普通LED的1/5—1/10通訊方式:串行、并口可選工作溫度:0℃~+55℃存儲(chǔ)溫度:-20℃~+60℃3.7.212864LCD模塊引腳說(shuō)明表3-512864模塊引腳說(shuō)明3.7.3控制器接口信號(hào)說(shuō)明1.RS,R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式:表3-6控制的4種模式2.E信號(hào):表3-7E信號(hào)3.忙標(biāo)志BF:BF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況.BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù).BF=0時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù).利用STATUSRD指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。3.7.412864與單片機(jī)的接口電路圖圖3-1612864與單片機(jī)接口圖在本系統(tǒng)中,LCD顯示模塊選擇的是串行通訊。復(fù)位引腳直接接高電平,不使用程序的復(fù)位,而使用系統(tǒng)上電LCD復(fù)位。LCD能顯示4行漢字,主要用來(lái)顯示實(shí)時(shí)的溫度和濕度值,設(shè)定的溫度和濕度值。3.8報(bào)警電路當(dāng)實(shí)際的溫度值和濕度值不在機(jī)房要求的安全范圍內(nèi)時(shí),CPU就會(huì)輸出信號(hào)給報(bào)警電路,使報(bào)警電路的蜂鳴器響,指示燈亮,實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。這樣會(huì)保證整個(gè)機(jī)房設(shè)備能夠安全的運(yùn)行。圖3-17聲光報(bào)警電路3.9掉電保護(hù)電路當(dāng)系統(tǒng)因?yàn)橥蝗煌ｋ姷脑驅(qū)е聰?shù)據(jù)丟失時(shí),為了避免不必要的損失,就需要一個(gè)掉電保護(hù)電路。在本設(shè)計(jì)中,因?yàn)檫x用的CPU本身就有EEPROM,就可以直接把采集回來(lái)的數(shù)據(jù)存進(jìn)單片機(jī)的EEPROM,一旦系統(tǒng)斷電,下次還能從EEPROM中讀取上次保存的值,對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)起保護(hù)作用。3.10風(fēng)機(jī)速度控制3.10.1新風(fēng)機(jī)電路的設(shè)計(jì)根據(jù)流體力學(xué)等方面的知識(shí)可知,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)速的控制,可以根據(jù)需要的風(fēng)量,將新風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速分為三個(gè)檔,即高風(fēng)檔、中風(fēng)檔、低風(fēng)檔。選取風(fēng)機(jī)由三抽頭的電機(jī)控制。根據(jù)三個(gè)抽頭中某一個(gè)抽頭的接通情況來(lái)確定是什么也的風(fēng)速。任何時(shí)刻,風(fēng)機(jī)的抽頭只應(yīng)有一個(gè)是選中的。這就要求程序中必須保證不能讓電機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)導(dǎo)通的情況,設(shè)計(jì)中是通過(guò)軟件的方法來(lái)預(yù)防同時(shí)導(dǎo)通的情況。風(fēng)機(jī)的調(diào)速跟風(fēng)扇的原理一樣,電機(jī)線圈分為短,中,長(zhǎng)三個(gè)級(jí)別,線圈越長(zhǎng)電阻值就越大,電流就小,速度就慢;反之越短的就電阻值小,電流大,速度就快,就是高擋。新風(fēng)機(jī)控制原理圖如圖3-18所示,選用2個(gè)繼電器來(lái)控制電機(jī)的三個(gè)抽頭。在不加風(fēng)速選擇的情況下自然選擇中風(fēng)。圖3-18新風(fēng)機(jī)速度選擇電路3.10.2送風(fēng)機(jī)電路的設(shè)計(jì)1.TLC5615芯片簡(jiǎn)介T(mén)LC5615是一個(gè)串行10位DAC芯片,性能比早期的電流型輸出的DAC藥好,只要3根串行總線就可以完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入,易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器接口,適用于數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整以及工業(yè)控制場(chǎng)合。(1其主要有以下特點(diǎn):單5V電源工作3線串行接口DAC輸出的最大電壓為2倍基準(zhǔn)輸入電壓上電時(shí)內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位(2引腳說(shuō)明圖3-19TLC5615引腳圖表3-8TLC5615引腳說(shuō)明2.電動(dòng)風(fēng)閥本文中采用的是M9106-GGx-2系列6Nm連續(xù)調(diào)節(jié)型電動(dòng)風(fēng)閥。M9106系列-GG×-2系列電動(dòng)執(zhí)行器是直接安裝、非彈簧復(fù)位、24VDC供電的電動(dòng)執(zhí)行器。該系列執(zhí)行器為同步電機(jī)驅(qū)動(dòng),提供0~10VDC控制。運(yùn)行扭矩為6Nm。適用于電動(dòng)控制,也適合用于可變風(fēng)量末端裝置的閥板控制應(yīng)用。3.風(fēng)機(jī)控制電路室內(nèi)的溫度和濕度主要是靠送風(fēng)來(lái)控制的,新風(fēng)機(jī)只是來(lái)配合送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。因此送風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的多少直接就影響了室內(nèi)的溫度和濕度。在本設(shè)計(jì)中,通過(guò)DA輸出的0~5V模擬量再進(jìn)行放大2倍,直接控制電動(dòng)風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)控制送風(fēng)量的多少。送風(fēng)機(jī)的控制電路如圖3-20所示。圖3-20送風(fēng)機(jī)電路DA控制風(fēng)閥3.11通訊電路在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中,單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和解決問(wèn)題的需要,對(duì)某些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行較復(fù)雜的處理。由于單片機(jī)的運(yùn)算功能較差,借助PC機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理已經(jīng)顯得尤為重要。因此,利用AVR單片機(jī)的串行接口通過(guò)MAX232與PC機(jī)的串行接口COM1或COM2進(jìn)行串行通信更具實(shí)際意義。在本設(shè)計(jì)中,采用的是單片機(jī)給上位機(jī)和遠(yuǎn)程上位機(jī)或者遙控器發(fā)送數(shù)據(jù),和接收數(shù)據(jù)。能達(dá)到上位機(jī)和遠(yuǎn)程都能顯示數(shù)據(jù)和設(shè)置數(shù)據(jù)的功能。3.11.1MAX232芯片簡(jiǎn)介MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需±10V電壓,所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。MAX232外圍需要4個(gè)電解電容C1、C2、C3、C4,是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容。其取值均為1μF/25V宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片1C5為0.1μF的去耦電容。MAX232的引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT為接TTL/CMOS電平的引腳。引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN為接RS-232C電平的引腳。因此TTL/CMOS電平的T1IN、T2IN引腳應(yīng)接AVR單片機(jī)的串行發(fā)送引腳TXD;R1OUT、R2OUT應(yīng)接AVR的串行接收引腳RXD1與之對(duì)應(yīng)的RS-232C電平的T1OUT、T2OUT應(yīng)接PC機(jī)的接收端RD;R1IN、R2IN應(yīng)接PC機(jī)的發(fā)送端TXD。3.11.2串行接口電路采用MAX232接口的硬件接口電路如圖1所示?，F(xiàn)選用其中一路發(fā)送/接收R1OUT接AVR單片機(jī)的RXD,T1IN接AVR的TXD1,T1OUT接PC機(jī)的RD,R1IN接PC機(jī)的TXD1因?yàn)镸AX232具有驅(qū)動(dòng)能力,所以不需要外加驅(qū)動(dòng)電路。圖3-21MAX232與單片機(jī)的接口電路3.11.3無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸整個(gè)控制器與上位機(jī)的有線通訊外,還有一個(gè)無(wú)線通訊,可以把數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線模塊,發(fā)送給遙控器、其他上位機(jī)。通過(guò)其他的上位機(jī)或者是遙控器直接就可以設(shè)定機(jī)房的溫度和濕度。在本設(shè)計(jì)中,無(wú)線和有線通訊時(shí)通過(guò)手動(dòng)切換的。本設(shè)計(jì)中選用的無(wú)線模塊是APC200A-43多通道微功率嵌入式無(wú)線數(shù)傳模塊。無(wú)線模塊與單片機(jī)的接口電路如圖3-22。圖3-22無(wú)線模塊與單片機(jī)的接口電路第四章軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總程序框圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序總體框圖如圖4-1所示,介紹了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。圖4-1A系統(tǒng)程序總體框圖圖4-1B系統(tǒng)程序總體框圖4.2PID控制算法的單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)4.2.1PID控制基本原理PID控制即比例(Proportional、積分(Integrating、微分(Differentiation控制。在PID控制系統(tǒng)中,完成PID控制規(guī)律的部分稱(chēng)為PID控制器。它是一種線形控制器,用輸出y(t和給定量r(t之間的誤差的時(shí)間函數(shù)e(t=r(t-y(t。實(shí)際應(yīng)用中,可以根據(jù)受控對(duì)象的特性和控制的性能要求,靈活地采用不同的控制組合,圖4-2中,Kp為比例運(yùn)算放大系數(shù),Ti為積分時(shí)間,Td為微分時(shí)間。圖4-2PID控制算法框圖比例調(diào)節(jié)作用:是按比例反映系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差,屬于“即時(shí)”型調(diào)節(jié)控制。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過(guò)大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用:使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差,提高無(wú)誤差度。因?yàn)橛姓`差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無(wú)誤差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值,屬于“歷史積累”型調(diào)節(jié)控制。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合,組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用:微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率,具有預(yù)見(jiàn)性,能預(yù)見(jiàn)偏差的變化趨勢(shì),因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒(méi)有形成之前,以被微分調(diào)節(jié)作用消除,因此屬于“超前或未來(lái)”型調(diào)節(jié)控制。因此,可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適的情況下,可以減少超調(diào),減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用,因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié),對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分反映的是變化率,而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí),微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合,組成PD或PID控制器。4.2.2數(shù)字PID控制算法在單片機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中,PID控制算法是通過(guò)單片機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理,不論是積分還是微分,只能用數(shù)值計(jì)算去逼近。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí),用求和代替積分,用差商來(lái)代替微商,使PID算法離散化,將描述連續(xù)時(shí)間PID算法的微積分方程,變?yōu)槊枋鲭x散時(shí)間PID算法的差分方程。在模擬系統(tǒng)中,PID算法的表達(dá)式:((((1uDpITdettKetetdtTdt??=++?????(4-1式中:u(t:調(diào)節(jié)器輸出e(t:調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)Kp:比例系數(shù)Ti:積分時(shí)間Td:微分時(shí)間對(duì)前一算式離散化,即為數(shù)字式的差分方程(((((p01kDjIEkEkTukKEkEjTTT=??--=++????∑(4-2式中:T:采樣周期E(k:第k次采樣時(shí)的偏差值E(k-1:第k-1次采樣時(shí)的偏差值k:采樣序號(hào)u(k:第k次采樣時(shí)的調(diào)節(jié)器輸出上面的PID算法為非遞推形式,稱(chēng)為全量算法。為了求和,必須將系統(tǒng)偏差的全部過(guò)去值e(j(j=0,1,2……值都存儲(chǔ)起來(lái)。這種算法得出了控制量的全量輸出u(k,是控制量的絕對(duì)數(shù)值。在控制系統(tǒng)中,這種控制量決定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的的位置,比如,在本設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)中,這種算法的輸出對(duì)應(yīng)了相應(yīng)的速度值。因此,人們將這種算法稱(chēng)為“位置PID算法”。除了“位置PID算法”以外,常見(jiàn)的還有增量式PID控制算法。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值,而是控制量的增量時(shí),需要用PID“增量算法”。此算法可由“位置PID算法”求出。根據(jù)遞推原理,可得增量式:((((((((11212pIDukukKEkEkKEkKEkEkEk=-+--++--+-????????式中:Kp比例系數(shù)Ki=Kp*(T/Ti積分系數(shù)Kd=Kp*(Td/T微分系數(shù)。綜合兩種算法,本設(shè)計(jì)是計(jì)算出一個(gè)合適的數(shù)字量通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量,從而控制送風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度。是每次計(jì)算出一個(gè)合適的數(shù)字量,而不是一個(gè)控制量的增量。但是如果采用“位置PID算法”則需要考慮控制量的基值u0,即Kp=0時(shí)的控制量,而直接用增量式PID算法只能計(jì)算出控制量的增量。所以,設(shè)計(jì)中,先采用增量式控制控制算法計(jì)算出控制量的增量,然后加上上一次的控制量即可以得到本次的控制量。綜合來(lái)說(shuō),本系統(tǒng)的PID算法是以增量式算法實(shí)現(xiàn)“位置PID算法”的結(jié)果,使控制得到簡(jiǎn)化、容易實(shí)現(xiàn)。4.2.3PID算法的改進(jìn),飽和作用的抑制抑制PID算法的“飽和”作用,通常有兩種方法。一種算法是遇限削弱積分法,其基本思想是:一旦控制變量進(jìn)入飽和區(qū),將只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算而停止進(jìn)行增大積分項(xiàng)的運(yùn)算。具體地說(shuō),在計(jì)算u(k時(shí),將判斷上一時(shí)刻的控制量u(k是否已超出限制范圍,如果已超出,那么將根據(jù)偏差的符號(hào),判斷系統(tǒng)輸出是否在超調(diào)區(qū)域,由此決定是否將相應(yīng)偏差計(jì)入積分項(xiàng)。另一種算法是積分分離法。減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項(xiàng)累積過(guò)大。第一種修正方法是一開(kāi)始就積分,但進(jìn)入限制范圍后即停止累積。后者介紹的積分分離法正好與其相反,它在開(kāi)始時(shí)不進(jìn)行積分,直到偏差達(dá)到一定的閾值后才進(jìn)行積分累計(jì),算法流程圖見(jiàn)圖4-3。圖中,A,B,C分別代表q0,q1,q2。這樣,一方面防止了一開(kāi)始有過(guò)大的控制量,另一方面即使進(jìn)入飽和后,因積分累積小,也能較快退出,減少了超調(diào)。由于本系統(tǒng)的控制對(duì)象是一個(gè)具有慣性的電動(dòng)風(fēng)閥,一方面要求控制要盡可能高的反映速度,另一方面也要盡可能減少超調(diào)。因此,積分分離法比較適合本系統(tǒng)。綜合上面關(guān)于PID算法的研究,已經(jīng)得出一個(gè)針對(duì)本系統(tǒng)的PID算法——“增量式積分分離PID控制算法”。在此控制算法中,誤差較大時(shí)采用的是PD算法控制。要編寫(xiě)一個(gè)已知算法的單片機(jī)程序,首先要考慮的就是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式了。因?yàn)樗苯佑绊懙较到y(tǒng)的控制精度,以及PID算法的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量。本系統(tǒng)是為了節(jié)能,就必須盡可能的節(jié)省電機(jī)運(yùn)行的能源消耗,為了精確地控制風(fēng)閥,采用PID算法。要提高系統(tǒng)的控制精度,對(duì)于ATmega16單片機(jī)而言,有足夠的內(nèi)(((1ukukuk?=--]2(1(2([(]1(([-+--++--=kEkEkEKkEKkEkEKDIp存去存儲(chǔ)和處理這些數(shù)據(jù)。PID算法的程序框圖如圖4-3所示算法。圖4-3增量式積分分離PID算法流程圖4.3鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)鍵盤(pán)程序是掃描各個(gè)按鍵,完成溫度和濕度值的輸入和把這些數(shù)值傳給CPU,讓CPU來(lái)進(jìn)行判斷和處理。程序框圖如圖4-4所示。圖4-4鍵盤(pán)程序框圖4.412864液晶顯示子程序設(shè)計(jì)通常12864LCD的初始化包括復(fù)位設(shè)置、清除顯示、地址歸位、顯示開(kāi)關(guān)、游標(biāo)設(shè)置、讀寫(xiě)地址設(shè)置、反白選擇以及睡眠模式等等。實(shí)際中根據(jù)需要,正確、靈活地修改這些設(shè)置可以達(dá)到較為滿意的顯示效果。LCD中所有漢字、數(shù)字和字符都可以通過(guò)它的ASCII碼來(lái)訪問(wèn)顯示,也可以直接就輸入漢字,因?yàn)镾T7920帶字庫(kù)。LCD程序框圖見(jiàn)圖4-5。圖4-5LCD顯示程序4.5與上位機(jī)通訊與上位機(jī)通訊中,需要設(shè)置波特率,設(shè)置一些寄存器,一般還有奇偶校驗(yàn)。程序流程如圖4-6所示。圖4-6通訊程序框圖第五章總結(jié)本設(shè)計(jì)是用AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)能空調(diào)控制器。通過(guò)DS18B20溫度傳感器和IH3605濕度傳感器測(cè)得室內(nèi)室外的溫度和濕度,其中DS18B20是數(shù)字溫度傳感器,直接接到單片機(jī)的IO口上,而IH3605輸出的是模擬量,經(jīng)過(guò)單片機(jī)自帶的AD轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給CPU。CPU再進(jìn)行應(yīng)用PID運(yùn)算,計(jì)算出該輸出的數(shù)字量給DA來(lái)控制風(fēng)閥的開(kāi)度以及控制新風(fēng)機(jī)的速度,從而控制室內(nèi)的溫度和濕度。系統(tǒng)中應(yīng)用到的PID算法,根據(jù)實(shí)際需要,若要進(jìn)一步提高系統(tǒng)控制的反應(yīng)速度、精確度和穩(wěn)定度還需要設(shè)計(jì)更穩(wěn)定和精確的電動(dòng)風(fēng)閥以及設(shè)置更準(zhǔn)確的PID參數(shù)。由此能更精確地控制整個(gè)系統(tǒng),從而更節(jié)省能源。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),我查閱了很多關(guān)于空調(diào)的資料,了解了現(xiàn)代的空調(diào)的原理和發(fā)展情況。更重要的是,通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我學(xué)到了許多新的知識(shí),同時(shí)也是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的總結(jié),把所學(xué)的東西系統(tǒng)化。在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了大量的單片機(jī)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識(shí),讓我對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課進(jìn)行更深入的理解,為我以后學(xué)習(xí)研究和工作打下了良好的基礎(chǔ),對(duì)自身素質(zhì)也是一種提高。致謝隨著緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間的結(jié)束,研制過(guò)程中無(wú)論硬件還是軟件設(shè)計(jì),都經(jīng)過(guò)不斷摸索和幾經(jīng)反復(fù),終于達(dá)到滿意的結(jié)果。為了提高整機(jī)可靠性,在總體設(shè)計(jì)上用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)某些硬件可完成的功能,盡管在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了很多問(wèn)題,但經(jīng)過(guò)此畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)到很多知識(shí),增加了獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。在論文設(shè)計(jì)期間,我的指導(dǎo)老師劉帥師老師給了我很大的幫助,在我撰寫(xiě)論文過(guò)程中,給我提供了寶貴的意見(jiàn),以及在論文遇到問(wèn)題時(shí),總能給出好的建議,使我能夠完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在此表示深深的感謝!同時(shí),設(shè)計(jì)難免有不足之處,在此,望各位老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1沈文,EagleLee,詹為前.AVR單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)入門(mén)指導(dǎo)[M].清華大學(xué)出版社,2003.2先鋒工作室.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例[M]清華大學(xué)出版社,2003.104-1103MEGA16單片機(jī)使用手冊(cè)2466G–AVR–10/034劉耀浩熱能與空調(diào)的微機(jī)測(cè)控技術(shù)天津大學(xué)出版社,19955張毅剛彭喜元姜守達(dá)MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20036董曉紅單片機(jī)原理及接口技術(shù)西安電子科技大學(xué)出版社,20047何希才傳感器及應(yīng)用電路北京電子工業(yè)出版社,20018周澤存檢測(cè)技術(shù)北京機(jī)械工業(yè)出版社,19939姜泓自動(dòng)控制原理北京工業(yè)出版社,199410黃凡,姜周曙,丁強(qiáng),汪志強(qiáng),鄧軍琦,楊維軍基于AVR單片機(jī)的行車(chē)空調(diào)控制器.機(jī)電工程,2008年10月第25卷第10期:10-1311鄭震璇基于PIC單片機(jī)的汽車(chē)空調(diào)控制器設(shè)計(jì)機(jī)電技術(shù),2009年第2期:37-4012尤佳寧用AVR控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[D]上海:華東師范大學(xué)分析化學(xué)系,2006:26-4113解韶峰,李?lèi)?ài)蓮使用空調(diào)控制器的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電子,2009年第21期:8514張軍,胡孝昌單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2006:367-39115遲潔茹,楊杰中央空調(diào)只能溫度監(jiān)控器的設(shè)計(jì)自動(dòng)化儀表,2003年7月第24卷第7期:28-3016劉洪基于DS18B20的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)報(bào),2002(1:85-8917程明陽(yáng),劉伯強(qiáng),馬愛(ài)君,王雷基于單片機(jī)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的研制測(cè)試技術(shù)與自動(dòng)化卷,2004年第1期:14-1518孫寧,李吉生,彥啟森變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺談[J]暖通空調(diào),1997,27(5:53-6019宋宏光變風(fēng)量系統(tǒng)最小新風(fēng)量控制方法的討論[J]暖通空調(diào),1999,29(1:36-3820.胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)北京:清華人學(xué)出版社,199621王兆安,黃俊電力電子技術(shù)北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200022段九州電源電路使用設(shè)計(jì)手冊(cè)沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,200223鄭學(xué)堅(jiān)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用清華大學(xué)出版社,199524高光天模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)科學(xué)技術(shù)出版社25謝運(yùn)樣,歐陽(yáng)森電力電子單片機(jī)控制技術(shù)北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200726張培仁單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,199327趙新民智能儀器原理及設(shè)計(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,199028周澤存檢測(cè)技術(shù)北京機(jī)械工業(yè)出版社,199329譚浩強(qiáng)微型計(jì)算機(jī)原理接口技術(shù)中國(guó)鐵道出版社,199630丁鎮(zhèn)生傳感器及傳感器技術(shù)應(yīng)用北京電子工業(yè)出版社,199831閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社,1997附錄1:部分程序清單增量式PID控制算法C程序/*==========================================================PIDFunctionThePID(比例、積分、微分functionisusedinmainlycontrolapplications.PIDCalcperformsoneiterationofthePIDalgorithm.WhilethePIDfunctionworks,mainisjustadummyprogramshowingatypicalusage.===========================================================*/typedefstructPID{intSetPoint;//設(shè)定目標(biāo)DesiredValuelongSumError;//誤差累計(jì)doubleProportion;//比例常數(shù)ProportionalConstdoubleIntegral;//積分常數(shù)IntegralConstdoubleDerivative;//微分常數(shù)DerivativeConstintLastError;//Error[-1]intPrevError;//Error[-2]}PID;staticPIDsPID;staticPID*sptr=&sPID;/*===========================================================InitializePIDStructurePID參數(shù)初始化========================================*/voidIncPIDInit(void{sptr->SumError=0;sptr->LastError=0;//Error[-1]sptr->PrevError=0;//Error[-2]sptr->Proportion=0;//比例常數(shù)ProportionalConstsptr->Integral=0;//積分常數(shù)IntegralConstsptr->Derivative=0;//微分常數(shù)DerivativeConstsptr->SetPoint=0;}/*===========================================================增量式PID計(jì)算部分===========================================================*/intIncPIDCalc(intNextPoint{registerintiError,iIncpid;//當(dāng)前誤差iError=sptr->SetPoint-NextPoint;//增量計(jì)算iIncpid=sptr->Proportion*iError//E[k]項(xiàng)-sptr->Integral*sptr->LastError//E[k-1]項(xiàng)+sptr->Derivative*sptr->PrevError;//E[k-2]項(xiàng)//存儲(chǔ)誤差,用于下次計(jì)算sptr->PrevError=sptr->LastError;sptr->LastError=iError;//返回增量值return(iIncpid;}/*===========================================================DS18B20程序===========================================================*//*******************************************函數(shù)名稱(chēng):B20_init功能:復(fù)位DS18B20/********************************************/voidB20_init(void{DDRA|=BIT(DS18B20;//配置為輸出PORTA&=~BIT(DS18B20;//拉低Delayus(600;//等待600微秒PORTA|=BIT(DS18B20;//釋放總線Delayus(60;//等待60微秒DDRA&=~BIT(DS18B20;//配置為輸入while((PINA&(BIT(DS18B20;//等待DS18B20拉低while(!(PINA&(BIT(DS18B20;//等待DS18B20釋放總線}/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):B20_readB功能:讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)返回值:retd--返回的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)/********************************************/ucharB20_readB(void{uchari,retd=0;for(i=0;i<8;i++//位計(jì)數(shù)值{retd>>=1;//右移,準(zhǔn)備接受新的數(shù)據(jù)位DDRA|=BIT(DS18B20;//配置為輸出PORTA&=~BIT(DS18B20;//拉低,啟動(dòng)讀數(shù)據(jù)位PORTA|=BIT(DS18B20;//釋放總線Delayus(5;//等待5微秒DDRA&=~BIT(DS18B20;//配置為輸入,開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)位if(PINA&BIT(DS18B20//該位是否為高{retd|=0x80;//是就將此位置高}Delayus(50;//等待50微秒}returnretd;//將讀到的一個(gè)字節(jié)返回}/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):B20_writeB功能:寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)參數(shù):wrd--要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)返回值:無(wú)/********************************************/voidB20_writeB(ucharwrd{uchari;for(i=0;i<8;i++//位計(jì)數(shù)值{DDRA|=BIT(DS18B20;//配置為輸出PORTA&=~BIT(DS18B20;//拉低,啟動(dòng)寫(xiě)數(shù)據(jù)位Delayus(1;//等待1微秒if(wrd&0x01//此位數(shù)據(jù)是否為高{PORTA|=BIT(DS18B20;//是高則將單總線拉高}else{PORTA&=~BIT(DS18B20;//是低則將單總線拉低}Delayus(50;//等待50微秒PORTA|=BIT(DS18B20;//釋放總線wrd>>=1;//右移,為寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)位做準(zhǔn)備}Delayus(50;//等待50微秒}/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):Read_temp功能:讀取溫度值參數(shù):無(wú)返回值:rettemp--返回的溫度值/********************************************/uintRead_temp(void{uchartempl,temph;uinttemp;B20_init(;//初始化,每次寫(xiě)命令都從初始化開(kāi)始B20_writeB(0xcc;//跳過(guò)ROMB20_writeB(0x44;//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換B20_init(;//初始化,每次寫(xiě)命令都從初始化開(kāi)始B20_writeB(0xcc;//跳過(guò)ROMB20_writeB(0xbe;//讀寄存器templ=B20_readB(;//讀溫度低字節(jié)temph=B20_readB(;//讀溫度高字節(jié)temp=templ+temph*256;//將溫度整理成16位變量returntemp;//返回16位變量}/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):Num_BCD功能:將一個(gè)字節(jié)的整數(shù)轉(zhuǎn)換成三位BCD碼參數(shù):num--需要轉(zhuǎn)換的整數(shù)返回值:chr--三位BCD碼數(shù)組指針/********************************************/uchar*Num_BCD(uintnum{uchari,chr[3];uchar*rept;rept=&(chr[0];//返回指針指向BCD碼數(shù)組for(i=0;i<3;i++{chr[2-i]=num%10;//對(duì)10取余數(shù)(其實(shí)是求模,但是對(duì)于正數(shù),取余與求模是相等的num/=10;//除以10,為取出下一位做準(zhǔn)備}returnrept;//返回指針}IH3605濕度AD采集程序:/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):Mega16_ad功能:對(duì)指定的通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù):chl--指定的通道(本開(kāi)發(fā)板只用了通道0返回值:addata--10位數(shù)據(jù)輸出/********************************************/uintMega16_ad(ucharchl{uintaddata;DDRA&=~(BIT(PA0|BIT(PA1;//轉(zhuǎn)換口設(shè)置為輸入、無(wú)上拉PORTA&=~(BIT(PA0|BIT(PA1;ADMUX=0;//采用外部參考電壓,輸出數(shù)據(jù)右對(duì)齊ADMUX|=chl;//設(shè)置指定的通道ADCSR=0x80;//采用單次轉(zhuǎn)換,查詢(xún)模式,2分頻ADCSR|=BIT(ADSC;//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換while(!(ADCSR&(BIT(ADIF;//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束addata=ADCL;//讀取低8位數(shù)據(jù)addata+=ADCH*256;//讀取高2位數(shù)據(jù)returnaddata;//返回10位數(shù)據(jù)}12864液晶顯示程序:/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):LCD12864_portini功能:初始化12864液晶用到的IO口參數(shù):無(wú)返回值:無(wú)/********************************************/voidLCD12864_portini(void{LCDb_CTRL_DDR|=BIT(LCDb_RS|BIT(LCDb_RW|BIT(LCDb_E|BIT(LCDb_RST;//配置控制管腳為輸出LCDb_DATA_DDR|=0xFF;//配置數(shù)據(jù)管腳為輸出LCDb_SET_RST;//不使能復(fù)位端}/*******************************************函數(shù)名稱(chēng):LCD12864_readbyte功能:從12864液晶讀出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)或者指令參數(shù):DatCmd--為iDat時(shí)是數(shù)據(jù),為iCmd時(shí)是指令返回值:dByte--讀回的數(shù)據(jù)或者指令/********************************************/ucharLCD12864_readbyte(ucharDatCmd{uchardByte;if(DatCmd==iCmd//指令操作LCDb_CLR_RS;elseLCDb_SET_RS;LCDb_SET_RW;//讀操作LCDb_SET_E;LCDb_DAT