畢業(yè)設(shè)計19風(fēng)管道式中央空調(diào)控制系統(tǒng)

1 畢業(yè)設(shè)計（論文） 課題 名稱 風(fēng)管道式中央空調(diào)控制系統(tǒng) 系： 專業(yè)： 班級： 電 班 姓名： 學(xué)號： 10 號 起迄日期： 05 年 3 月 15日 05 年 6 月 24 日 設(shè)計（論文）地點(diǎn) : 指導(dǎo)教師： 輔導(dǎo)教師： 2005 年 6 月 20 日 2 目錄 1.前言 1 2.中央空調(diào)基本原理 . 2 3.風(fēng)管道式中央空調(diào)控制規(guī)格書 3 4. 外電路部分 7 外圍電路控制原理 7 5. 控制器軟件流程與說明 10 軟件設(shè)計方案 . 10 應(yīng)用程序 . 11 6. 電路硬件結(jié)構(gòu)與原理 13 電源部分 . 15 輸入電路 18 保護(hù)輸入電路 20 輸出電路 22 控制電路 25 設(shè)計體會 34 鳴謝 35 參考資料 35 3 風(fēng)管道式中央空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng) 摘要 風(fēng)管式中央空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng)就是把單片機(jī)作為空調(diào)控制系統(tǒng)中的一個控制器，利用單片機(jī)內(nèi)部 預(yù)先設(shè)定的程序，根據(jù)設(shè)置在必要位置的傳感器監(jiān)測到的模擬量，（如：室內(nèi)溫度，室內(nèi)外判斷溫度），開關(guān)量（如，開關(guān)的閉合或斷開）等運(yùn)行參數(shù)，自動地進(jìn)行信息處理，分析和計算，并作出相應(yīng)的控制決策或調(diào)節(jié)。以信息的形式通過輸出通道，及時發(fā)出控制命令，控制壓機(jī)的啟停，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和四通閥的轉(zhuǎn)換等動作，以實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)的自動控制來對空調(diào)房間進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。風(fēng)管式中央空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計主要有三方面內(nèi)容：即單片機(jī)程序設(shè)計（軟件），硬件設(shè)計和外電路設(shè)計。軟件設(shè)計是整個控制系統(tǒng)的核心，用匯編語言編制適應(yīng)空調(diào)控制的模塊化程序，實(shí)現(xiàn) 空調(diào)控制的各項(xiàng)功能，硬件部分主要設(shè)計與所選單片機(jī)芯片 AT89C51 的接口，把輸入的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，輸入數(shù)字量通過相應(yīng)電路與 AT89C51 管腳連接，把輸出數(shù)字量通過直接運(yùn)算放大或轉(zhuǎn)換書送給外電路部分，外電路部分主要設(shè)計硬件部分與外圍空調(diào)用電設(shè)備的連接（如室內(nèi)外風(fēng)機(jī)，壓機(jī)，四通閥等）這三部分緊密結(jié)合，組成一個完整的空調(diào)自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對空調(diào)房間的空氣進(jìn)行全自動安全，可靠和最佳的運(yùn)行調(diào)節(jié) 關(guān)鍵詞 中央空調(diào) 自動控制 單片機(jī) 調(diào)節(jié) 控制器 Control system of the wind pipeline type central air conditioner Summary The one-chip computer control system of the tuber pipe type central air conditioner regards one-chip computer as a controller in the control system of air conditioner, utilize the procedure that established in advance within the one-chip computer , the analog quantity monitored according to the sensor set up in the essential position, (for instance: Indoor temperature, internal and external room judge in Hades temperature have), switch amount 4 (for instance, such operation parameters as switch close disconnection), carry on information processing automatically, analyse and calculate, make corresponding control decision or regulate . Pass and export the passway in the form of information, send out and control the order in time , control the opening and stopping of the press, operation and conversion , Stone of valve of air blower movement, in order to realize automatic control in central air conditioner is it go on the regulation of the air to the air conditioner room to come. Whether tuber pipe type one-chip computer control system of central air conditioner design for three content. Namely the one-chip computer designs program (software), the hardware is designed and designed with the other circuit. Software design is a core of the whole control system, make and adapt to the module procedure that the air conditioner controls with the assembler language , realizing every function of air conditioner control, the part of the hardware is designed with the interface of chip AT89C51 of the one-chip computer selected mainly, change the analog quantity input into the figure amount, the input digit amount is in charge of the foot to join through corresponding circuit and AT89C51, person who outputs figure being through is it enlarge or change book not to give other circuit part to make operation directly, design hardware of the parts and air conditioner connection , power consuming of equipment not peripheral of part it is other for circuit mainly (for instance, room air blower not internal and external, press , Stone valve ,etc.), three part these combine closely, foot a horizontal intact automatic control system of air conditioner, Realize that carries on the air in the air conditioner room full-automatically and safely, reliable and best operation regulate . Keywords Central air conditioner Automatic control One-chip computer Regulation Controller 一、前言 5 中央空調(diào)的控制系統(tǒng)在空調(diào)的自動調(diào)節(jié)中接收各種傳感器，變送器送來的信號。由控制器將系統(tǒng)的被控量與給定值相比較，得到偏差。按照各種控制規(guī)律對調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥，繼電器）發(fā)出指令，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度，濕度的目的。 中央空調(diào)智能自動控制的主要任務(wù)就是以空調(diào)房間為主要調(diào)節(jié)對象，對空調(diào)系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行自動檢測，顯示，調(diào)節(jié)。完成相關(guān)的故障信號報警和連鎖保護(hù)控制等功能。實(shí)現(xiàn)制冷制熱系統(tǒng)與空調(diào)的自動化控制測量，保證空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 隨著信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，在空調(diào)控制領(lǐng)域中，電子計算機(jī)集中智能控制 逐步取代了傳統(tǒng)的電氣自動控制。 總體說來，風(fēng)管道式中央空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng)總共分為三部分內(nèi)容。首先，硬件部分負(fù)責(zé)與單片機(jī)的接口設(shè)計。通過各種電路把各種輸入模擬信號轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可以識別和處理的數(shù)字信號，再把單片機(jī)的各種輸出量通過運(yùn)算放大傳遞給空調(diào)的執(zhí)行裝置。軟件部分就是單片機(jī)的運(yùn)行程序，以各種數(shù)字輸入信號為參數(shù)，以程序?yàn)樗{(lán)本進(jìn)行邏輯運(yùn)算，控制硬件管腳的各種動作，實(shí)現(xiàn)空調(diào)自動手動，除霜，除濕，故障保護(hù)等功能，是中央空調(diào)控制器的技術(shù)核心部分。外電路是供電裝置與控制器和空調(diào)機(jī)的連接部分，負(fù)責(zé)把控制器輸出的各種控制信 號通過各種繼電器，接觸器，控制風(fēng)機(jī)壓機(jī)的啟停，運(yùn)行和過載短路保護(hù)，還負(fù)責(zé)把傳感器探測的各種溫度，壓力，相序信號傳遞給控制器。 以上三部分緊密結(jié)合，各種動作互相配合，完成控制規(guī)格書的各項(xiàng)功能，組成了風(fēng)管道式中央空調(diào)的核心控制系統(tǒng)。 考慮到當(dāng)前集成電路在工作精度，抗干擾性，可靠性方面的突出表現(xiàn)，本設(shè)計的譯碼顯示、 A/D 轉(zhuǎn)換、信號放大均使用了集成電路芯片，免去了搭接電路的繁瑣和不穩(wěn)定因素。 本設(shè)計中硬件電路，外圍電路原理圖和軟件流程及源程序均在以下各章中有詳細(xì)說明。由于我們時間倉促且水平有限，錯誤與疏漏在所難免， 希望各位指導(dǎo)老師給出批評指正。 二、風(fēng)管道式中央空調(diào)的基本原理 本空調(diào)器是利用利用制冷機(jī)氟里昂狀態(tài)變化時，冷凝防熱、蒸發(fā)吸熱等循環(huán)變化來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的。風(fēng)管道式中央空調(diào)工作原理可用下來表示： 6 圖 a 圖 b 空調(diào)工作原理圖 制冷時，從室內(nèi)熱交換器中出來的低溫抵壓狀態(tài)氟利昂，經(jīng)電磁換向閥進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后的高溫高壓氣態(tài)氟利昂，經(jīng)毛細(xì)管截流降壓后，重新回到室內(nèi)熱交換器吸收室內(nèi)空氣熱量成為抵壓低溫氣態(tài)氟利昂。如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。制熱時，電磁換向閥，即四通閥換向，系統(tǒng)氟利昂循環(huán)方向與制冷時相反是內(nèi)外熱交換器的作用正好相反，實(shí)現(xiàn)制熱。 三、控制規(guī)格書 1、操作功能及控制功能： 1.1、按鍵 開 /關(guān) 鍵： 開關(guān)機(jī)； 模式 鍵：轉(zhuǎn)換工作模式； 風(fēng)速 鍵：轉(zhuǎn)換風(fēng)速； / 鍵：調(diào)節(jié)設(shè)定溫度； 1.2、顯示 數(shù)碼管： 顯示設(shè)定溫度 (或室內(nèi)環(huán)境溫度 )及故障代碼； 制冷： 制冷運(yùn)行模式； 制熱： 制熱運(yùn)行模式： 室外熱交換器 室內(nèi)熱交換器 壓縮機(jī) 放熱 吸熱 壓縮機(jī) 放熱 放熱 7 高速： 高速風(fēng)； 中速： 中速風(fēng)； 低速： 低速風(fēng)； 2、控制器運(yùn)行方式 2.1、自動運(yùn)轉(zhuǎn)模式 2.1.1、初次上電為自動模式； 2.1.2、自動運(yùn)轉(zhuǎn)模式根據(jù)室內(nèi)溫度決定工作模式，模式確定后不再改變。 室內(nèi)溫度 設(shè)定溫度 室內(nèi)風(fēng)速 模式 25 24 自動風(fēng)速 制冷 - - - - - - 低風(fēng)速 通風(fēng) 0.5時，開啟壓縮機(jī)； 2.2.2、當(dāng) T 室 -T設(shè) 1時，開啟壓縮機(jī)； b、當(dāng) T室 -T設(shè) 1.5時，關(guān)閉壓縮機(jī)； 2.3.3、防冷風(fēng)功能 室內(nèi)風(fēng)機(jī)在壓縮機(jī)啟動 20秒后開啟，在壓縮機(jī)關(guān)閉后室內(nèi)風(fēng)機(jī)保持原來速度繼續(xù)運(yùn)行下去。 2.3.4、自動風(fēng) 風(fēng)速 室溫上升時 室溫下降時 高速風(fēng) T室 -T設(shè) -2.0 中速風(fēng) T室 -T設(shè) -1.0 T室 -T設(shè) +0 低速風(fēng) T室 -T設(shè) +1.0 2.3.5、當(dāng)用戶設(shè)定為高速風(fēng)、中速風(fēng)、低速風(fēng)時，室內(nèi)風(fēng)機(jī)以用戶設(shè)定風(fēng)速運(yùn)行。 2.3.6、四通閥的控制 a、四通閥必須在壓縮機(jī)停機(jī) 90 秒后才能失電，失電后若壓縮機(jī)要啟動制熱，則四通閥應(yīng)立即上電； b、壓縮機(jī)應(yīng)在四通閥重新上電 3秒后才能重新開啟。 2.4、除霜 2.4.1、進(jìn)入除霜的條件： 制熱時，壓縮機(jī)運(yùn)行 5 分鐘后開始檢測室外盤管的溫度，當(dāng)室外盤管溫度低于 3時開始計時， 30 分鐘至 1 小時之間，室外盤管溫度 -8并持續(xù)5分鐘以上，進(jìn)入化霜。當(dāng)室外盤管溫度均高于 3時，定 時器復(fù)位。 2.4.2、除霜運(yùn)行過程 a、進(jìn)入除霜，壓縮機(jī)、室外風(fēng)機(jī)和室內(nèi)風(fēng)機(jī)立即關(guān)閉； b、 90秒后四通閥失電； c、開啟壓縮機(jī)進(jìn)行除霜。 2.4.3、結(jié)束除霜的條件： 9 a、室外盤管溫度高于 8； b、除霜時間達(dá)到 10分鐘。 只要滿足其一即可退出除霜。 2.4.4、退出除霜過程 1、除霜結(jié)束，關(guān)閉壓縮機(jī)； 2、 60秒后四通閥上電； 3、返回正常制熱模式； 2.5、室外風(fēng)機(jī)控制 室外風(fēng)機(jī)的開啟與壓縮機(jī)同步，壓縮機(jī)開啟后，延時 2 秒室外風(fēng)機(jī)開啟（除霜時除外） 3、其它功能 3.1、蜂鳴器 上電時蜂鳴器鳴叫一聲， 當(dāng)接收到有效的遙控信號或有按鍵按下時，蜂鳴器鳴叫一聲。 4、保護(hù)功能 4.1、壓縮機(jī)保護(hù) a、 壓縮機(jī)在停機(jī)后必須過 3分鐘才能再次開啟。 b、 若僅僅在溫度控制下，壓縮機(jī)啟動后至少應(yīng)運(yùn)行 60 秒才能停機(jī)；但切換到其他模式或關(guān)機(jī)，則壓縮機(jī)可以立即停機(jī)。 4.2、縮機(jī)外接保護(hù) 壓縮機(jī)系統(tǒng)配備有相應(yīng)外接保護(hù)接口，若保護(hù)接口斷開，則關(guān)閉壓縮機(jī)，并顯示故障代碼。 4.3、室內(nèi)盤管保護(hù) a、制冷時，當(dāng)室內(nèi)盤管溫度低于 -2.0時，室內(nèi)盤管防凍結(jié)保護(hù)； b、制熱時，當(dāng)室內(nèi)盤管溫度高于 60時，室內(nèi)盤管防過熱保護(hù)； 4.4、交流電壓保護(hù) （外部選擇） 當(dāng)選擇了交流電壓保護(hù)時，若交流電壓高于 255V 或低于 185V，并持續(xù) 5 秒鐘以上時，將關(guān)閉壓縮機(jī)四通閥室內(nèi)風(fēng)機(jī)室外風(fēng)機(jī)電加熱（制熱時），并顯示過欠壓故障。 4.5、若故障解除，系統(tǒng)將退出保護(hù)狀態(tài)并按保護(hù)前的模式進(jìn)入正常運(yùn)行。 10 五、外電路部分 （ 1） .外圍電路控制原理 風(fēng)管道式中央空調(diào)的單片機(jī)控制之外圍電路部分主要設(shè)計單片機(jī)硬件控制器與風(fēng)管道式中央空調(diào)電氣控制系統(tǒng)設(shè)備的連接，以及風(fēng)管道式中央空調(diào)電氣控制設(shè)備在建筑平面圖中的布置 。 單片機(jī)硬件控制器按照單片機(jī)內(nèi)程序通過繼電器 、交流接觸 器等控制和保護(hù)空調(diào)的電氣設(shè)備 ， 與暖通工程共同組成一個完整的風(fēng)管式中央空調(diào)的單片機(jī)控制系統(tǒng) ，來實(shí)現(xiàn)對空調(diào)房間的空氣調(diào)節(jié)。單片機(jī)硬件和軟件與繼電器、接觸器、室內(nèi)外風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)以及四通閥、傳感器等組成風(fēng)管式中央空調(diào)的電氣控制系統(tǒng)。 外電路中的執(zhí)行器是指壓縮機(jī)、四通閥、室內(nèi)外風(fēng)機(jī)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,被控對象指：溫度、濕度、潔凈度和流通速度等。本設(shè)計只考慮溫度。 四、控制器軟件流程與說明 進(jìn)行應(yīng)用軟件的設(shè)計通常采用模塊化的程序設(shè)計方法，其優(yōu)點(diǎn)是： 1） 每個模塊的程序結(jié)構(gòu)簡單，任務(wù)明確，易于編寫，調(diào)試和修改。 2） 程 序可讀性好，對程序的修改可局部進(jìn)行，其他部分可保持不變，便于功 能擴(kuò)充和版本升級。 3） 對于使用頻繁的子程序可建立子程序庫，便于多個模塊調(diào)用。 4） 便于分工合作，多個程序員同時進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件研 制進(jìn)度。 4 1軟件設(shè)計方案 合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本控制 系統(tǒng)的軟件采用模塊化的設(shè)計方法，根據(jù)控制規(guī)格書的要求，決定完成各項(xiàng)功能的模塊（子程序），主要包括：初始化模塊、顯示模塊、 AD轉(zhuǎn)換模塊、鍵處理模塊、自動運(yùn)行模塊、模式轉(zhuǎn)換模塊、風(fēng)機(jī)運(yùn)行模塊和中斷計時等模塊組 成。如下圖所示： 11 4.2.應(yīng)用程序設(shè)計 本控制器應(yīng)用程用程序是一個單系統(tǒng)多任務(wù)操作系統(tǒng)，對需要完成的任務(wù)，如：邏輯運(yùn)算、 I/O 口操作采取順序流程、模塊運(yùn)算的方法，一個程序模塊完成一項(xiàng)功能。 1）主程序的設(shè)計。 主程序的內(nèi)容包括：初始化程序入口、中斷程序入口、各功能子程序入口等。根據(jù)空調(diào)控制邏輯，順序的調(diào)用和返回各子程序，完成控制規(guī)格書的各項(xiàng)功能。 2） T0中斷服務(wù)程序 空調(diào)的運(yùn)行過程中，有很多需要定時的量，這些量主要包括：按鍵防誤操作延時， 500MS；制熱時，開四通閥 3S 后開壓縮機(jī)；開壓縮機(jī) 2S 后開室外風(fēng)機(jī)；制熱時，開壓縮機(jī) 20S 后開室內(nèi)風(fēng)機(jī)；制熱時，關(guān)壓縮機(jī) 90S后關(guān)四通閥。 一般情況下， 10MS以下可采用軟件延時。以上功能明顯不能用軟件延時。本中斷服務(wù)程序就是給這些延時量計時。把相應(yīng)的標(biāo)志位置位。綜合各延時量， T0中斷選擇 50ms。本設(shè)計選用晶振頻率為 12MHz，一個機(jī)器周期為 1US， T0 定時 50MS 時進(jìn)入中斷服務(wù)程序。 3、顯示程序 本程序采用動態(tài)掃描的顯示程序。主程序沒循環(huán)一次每個 LED 點(diǎn)亮 1MS，。單片機(jī)初次上電后， LED 顯示室內(nèi)溫度；調(diào)溫鍵按下后，顯示設(shè)定溫度。 顯示程序首先讀入 ADC0809 輸出的溫度數(shù)據(jù)，把兩位 16 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成兩位 10主程序 初始化模塊 顯示模塊 AD轉(zhuǎn)換模塊 鍵處理模塊 自動運(yùn)行模塊 模式轉(zhuǎn)換模塊 風(fēng)機(jī)運(yùn)行模塊 中斷計時模塊 12 進(jìn)制數(shù)，把高位和低位分別送顯示單元進(jìn)行譯碼和顯示。 4、自動運(yùn)行程序 自動運(yùn)行程序（ AUTO）根據(jù)室內(nèi)溫度選擇運(yùn)行模式。 進(jìn)入制熱模式時， 01H=1；進(jìn)入制冷模式時， 02H=1；進(jìn)入通風(fēng)模式時， 03H=1； 5、模式控制 本程序首先判斷是否有按鍵標(biāo)志置位，如有標(biāo)志位置位，進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。各模式控制子程序根據(jù)室內(nèi)溫度及延時標(biāo)志判斷壓縮機(jī)、四通閥及室外風(fēng)機(jī)的開啟與停止 ，從而達(dá)到控制規(guī)格書要求的各項(xiàng)功能。 6、風(fēng)機(jī)控制程序 空調(diào)風(fēng)機(jī)分為室內(nèi)風(fēng)機(jī)和室外風(fēng)機(jī)。本空調(diào)器為雙風(fēng)機(jī)機(jī)組，并行連接，單路信號控制，室外風(fēng)機(jī)由模式程序控制，本程序?yàn)槭覂?nèi)風(fēng)機(jī)控制程序。室內(nèi)風(fēng)機(jī)分為三種高、中、低三種風(fēng)速。風(fēng)速由當(dāng)前工作模式、室內(nèi)溫度、室外溫度和延時標(biāo)志共同決定。程序首先判斷是否有按鍵使控制標(biāo)志位置位。如果有則進(jìn)入設(shè)定風(fēng)速；如果沒有，則進(jìn)入判斷程序，決定進(jìn)入何種風(fēng)速。各控制標(biāo)志功能如下： 7）按鍵處理程序 進(jìn)入該程序后，首先判斷鍵輸入管腳 P1.4、 P1.5、 P1.6、 P1.7 的狀態(tài) ，其狀態(tài)為低電平有效。有效鍵按下后，跳轉(zhuǎn)到該鍵的處理程序。 本控制程器設(shè)四個按鍵，對應(yīng)四個處理程序。升溫鍵按下后，首先讀入正在顯示的溫度數(shù)據(jù)，將此溫度加一，送顯示程序顯示，再把設(shè)定溫度送存儲單元。每按鍵一次，設(shè)定溫度加一，直至所需溫度。設(shè)定溫度范圍為 18-33度。降溫鍵與升溫鍵遠(yuǎn)理類似，每按鍵一次，設(shè)定溫度降低一度。模式鍵按下后，讀入當(dāng)前工作模式標(biāo)志位，使改位清零，進(jìn)入下一個工作模式，模式鍵每按一次，工作模式改變一次，工作模式在制熱、制冷、通風(fēng)模式三種狀態(tài)間循環(huán)。 風(fēng)速鍵按下后，首先讀入當(dāng)前風(fēng)速標(biāo)志位，使該 位清零，進(jìn)入下一種風(fēng)速。每按鍵一次，風(fēng)速改變一次，并且風(fēng)速在高、中、低三檔間轉(zhuǎn)換。 六、電路硬件結(jié)構(gòu)與原理 中央空調(diào)硬件設(shè)計總體上可分為電源的產(chǎn)生，輸入電路。輸出電路，保護(hù)電路和單片機(jī)的基本外圍電路。下面簡單介紹一下總體的設(shè)計方案：中央空調(diào)的控制系統(tǒng)主要是由單片機(jī)通過外界的溫度變化調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度使其保持在一定范圍內(nèi)恒定。為13 此硬件配合軟件實(shí)現(xiàn)其功能硬件設(shè)計主要有把傳感器的信號通過硬件輸入電路轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可處理的信號，經(jīng)過單片機(jī)的處理處處指令通過硬件的輸出電路翻譯將其轉(zhuǎn)化為控制外圍電動機(jī)的信號。中央空調(diào)的氟壓 和三相電必須報護(hù)，故有保護(hù)電路，包括氟壓保護(hù)和相序保護(hù)。另外在單片機(jī)的控制中需外界輸入控制，故在外圍設(shè)有按鍵四個?；诖耍布篌w方案是：傳感器信號通過一個濾波電路濾掉諧波，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過單片機(jī)處理發(fā)出指令通過輸出電路放大控制電機(jī)，保護(hù)電路使用光藕保護(hù)。 本設(shè)計是以 AT89C51 為處理核心的風(fēng)管道式中央空調(diào)控制器。 ATMEL 公司推出的 AT89C51型單片機(jī)是一種采用高性能靜態(tài) 80C51設(shè)計的通用性 MCU。有先進(jìn)的 CMOS工藝制造，并帶有非易失性的 FLASH 程序存儲器。 AT89C51 單片機(jī)包含 128 字節(jié)片內(nèi) RAM， 4K字節(jié) FLASH， 32條 I/O線，三個 16位定時器 /計數(shù)器， 6個輸入中斷源，1個串行口，以及片內(nèi)振蕩電路和時鐘電路，操作頻率范圍寬， 40 腳封裝，內(nèi)部資源豐富，易于擴(kuò)展。 其芯片引腳圖如圖 下面為其各腳的功能： Vss：地 Vcc：電源 P0.0-p0.7： p0 口： p0口是開漏雙向口，可以寫為 1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。 P0也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出 1。 P1.0 P1.7： P1口： p0口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O口，向 P1 口寫入 1時， P1口被內(nèi)部上為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的 P1 口會因14 為內(nèi)部上拉而輸出電流。 P2.0 P2.7： P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O口，向 P2口寫入 1時， P2 口被上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的 P2 口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)時分別作為地址高位字節(jié)和 16位地址（ MOVXDPTR） ，此時通過內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送 1。當(dāng)使用 8位尋址方式 (MOVRi) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口發(fā)送 P2特殊功 能寄存器的內(nèi)容。 P3.0 P3.7： P3 口 ;P3 口是內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P3 口寫入 1 時， P3 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的 P3 口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 RST：復(fù)位：當(dāng)晶振在運(yùn)行中，只要復(fù)位管腳出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部有擴(kuò)散電阻連接到 Vss，僅需要外接一個電容到 Vss即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 ALE：地址鎖存使能：在訪問外部存儲器時，使出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下， ALE 輸出信號恒定為 1/6 振蕩頻率。并可用作外部時鐘或定時，注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時一個 ALE 脈沖竟被忽略。 ALE 可通過復(fù)位 SFR 的 auxlilary.0禁止，置位后 ALE 只能執(zhí)行 MOVX指令時被激活。 PSEN：程序存儲使能 :當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時，PSEN沒個機(jī)器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時PSEN無效，訪問內(nèi)部程序存儲器時PSEN無效。 EA /Vpp;外部尋址使能 /編程電壓 :在訪問整個外部程序存儲器時， EA 必須外部置低。如果 EA 為高時，將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計數(shù)器包含大于片內(nèi) FLASH的地址，該引腳對 FLASH編程時接 5V/12V 編程電壓（ Vpp）。如果保密位 1已編程，EA 在復(fù)位時有內(nèi)部鎖存 。 XTAL1：晶體 1：反相震蕩放大器輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路輸入。 XTAL2：晶體 2：反相振蕩放大器輸出。 6.1.電源部分 電源的產(chǎn)生電源產(chǎn)生電路主要是整流濾波電路，如圖所示，它主要由變壓器，整流電路，濾波電路三部分組成。單片機(jī)需要有電壓穩(wěn)定的直流電源為其供電。本控15 制器采用普通的變壓器降壓式穩(wěn)壓電路為各用電負(fù)荷供電。該電路的穩(wěn)壓過程可用下圖表示： 電源產(chǎn)生原理圖 變壓器將電源電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載需要的電壓數(shù)值，經(jīng)整流電路把交流變 為單相的，脈沖的直流電，再經(jīng)過濾波器將脈沖的直流電壓變?yōu)楸容^平直的直流電壓，以適應(yīng)負(fù)載。 整流電路主要介紹一下單相橋式整流電路如圖， 單相橋式整流電路 單相橋式整流電路由四個晶體二極管組成，其電路接成一個電橋形式，故稱橋式整流圖 2 中 v1,v2.v3.v4 構(gòu)成電橋的四個橋臂，電橋一個對角線接電源變壓器的次級線圈，另一對角線接負(fù)載 R 當(dāng)變壓器 T 的次級電源極性 a 端為正， b 端為負(fù)時，整流二極管 v1 和 v3 因加 3 正電壓而導(dǎo)通 .v2， v4 因加反向電壓而截至。這時電流從變壓器次級的 a 端，按 a， v1， R， v3， b，回到變壓器次級的 .b 端。得到一個半波整流電壓。 當(dāng)變壓器 T 的次級電源極性 a 端為負(fù)， b 端為正時，整流二極管 v2 和 v4 因加 3 正電壓而導(dǎo)通 .v1， v3 因加反向電壓而截至。這時電流從變壓器次級的 b 端，按 b， v2，R， v4， a，回到變壓器次級的 . a 端。得到一個半波整流電壓。如此反復(fù)，負(fù)載上就是一個全波整流電壓。 交 流 電源 變壓器 穩(wěn)壓電路 濾波器 整流元件 16 濾波電路 整流電路可將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但整流后的電壓仍時直流脈沖電壓，所輸出的電壓中包含有交流成分，還不是平穩(wěn)的直流電壓，如果要求直流電壓比較穩(wěn)定的話，則需要在整流電路后加入濾波電路。 濾波電路 的形式多種多樣，但目的均是為了濾去交流成分，其濾波作用都是利用 R 、 L、 C 三元件的固有特性。從能量的觀點(diǎn)看，電容儲存電場能量，電感能儲存磁場能量，從阻抗觀點(diǎn)看，由于電感的感抗與電容的容抗都與頻率有關(guān)，對直流和交流所呈現(xiàn)的阻抗值大不相同，電感的交流阻抗很大，而直流阻抗很小，所以將它串聯(lián)在負(fù)載電路的電路中可濾去交流電壓，亦即使整流后的電壓中的交流成分降于電感線圈上，于是負(fù)載兩端的直流電壓就比較穩(wěn)定拉。若將電容器 C與負(fù)載 R并聯(lián)，則電容對直流分量的容抗無限大，相當(dāng)于斷路，而對交流成分只有很小的阻抗，近似于短路，因此 它們可以使交流成分旁路。把電感和電容適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合起來，便能很好的完成濾波任務(wù)。 幾種常見的濾波電路 最常見的濾波電路如上圖所示，其中以型在空調(diào)電子線路中應(yīng)用最廣。在空調(diào)器橋式整流、型濾波電路中， Uf=(1-1.4)U2 壓敏電阻起保護(hù)作用，壓敏電阻的導(dǎo)電性能呈非線性變化。當(dāng)壓敏電阻兩端的電壓低于其標(biāo)稱電壓時，其內(nèi)部阻抗接近于開路狀態(tài)，只有微安級的電流通過，故功耗甚微，對外電路不發(fā)生任何影響，而當(dāng)外施電壓高于其標(biāo)稱電壓時，對電壓的響應(yīng)時間非常快（在納秒級），它承受的電流非常驚人，而且不產(chǎn)生續(xù) 流和放電延遲現(xiàn)象。表示壓敏電阻的參數(shù)有數(shù)個，其中最重要的時壓敏電壓和同流容量，下面簡單介紹一下； 1. 壓敏電壓的選擇 17 2. 壓敏電壓的選擇要根據(jù)實(shí)際電路和電源的情況而定。若壓敏電阻用于過電壓保護(hù)，其標(biāo)稱電壓必須高于實(shí)際電路的電壓值，雖然壓敏電阻選擇低一些有利于提高保護(hù)效果，但如果選擇過低，當(dāng)電壓稍一升高則會使壓敏電阻導(dǎo)通電流過大，容易引起元件溫升加劇甚至被燒毀。 3. 通流容量的選擇 為延長壓敏電阻的使用壽命并未電子線路提供可靠的保護(hù)，改參數(shù)的選擇應(yīng)留有充分的裕量。 當(dāng)電壓有異常高使，壓敏電阻阻值便小，電流劇增，燒斷保險， 從而起到保護(hù)作用。壓敏電阻的保護(hù)作用還可以重復(fù)進(jìn)行，一旦電壓消失，壓敏電阻有自動恢復(fù)高阻狀態(tài)。 集成穩(wěn)壓器一般是指把經(jīng)過整流電路的不穩(wěn)定的輸出電壓變?yōu)榉€(wěn)定得輸出電壓。在電源產(chǎn)生中選用 7805,硬件如下 : 6.2.輸入電路 本電路首先采集溫度傳感器的電壓信號，把電壓這種變化的模擬量轉(zhuǎn)化成相 應(yīng)的數(shù)字量，傳輸給單片機(jī) I/O口，進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)經(jīng)過分析和判斷，決定工作模式和管腳動作。 溫度傳感器實(shí)際上就是一個熱敏電阻，溫度越低，阻值越高。電阻阻值的變化引起分壓的變化，因此不同 的分壓就代表了不同的溫度。所選溫度傳感器線性度較好，溫度上升，阻值下降，分壓上升。通過濾波電容和電感，濾去因外界環(huán)境變化而引起的浪涌電壓和電流，把較穩(wěn)定的溫度信號輸入給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 本工程采用的傳感器輸出是模擬信號，而采用的單片機(jī)不支持模擬輸入，需要一摸數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 此電路有兩種方案： 1. 利用基本元件搭建一摸數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 18 2. 利用摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片直接轉(zhuǎn)換。 為了減少元件之間的影響，本工程選用摸數(shù)轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換出于成本和穩(wěn)定性方面考慮，模數(shù)轉(zhuǎn)換我們選用集成電路芯片 ADC0809。 ADC0809八位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換 器是一種 CMOS 器件，包括 8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 8通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處理器兼容的控制邏輯。 8通道多路轉(zhuǎn)換器能接通 8個單端模擬信號的任何一個。 ADC0809片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可對 8 路 0-5V 的輸入模擬電壓信號進(jìn)行分時轉(zhuǎn)換。輸出具有 TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接聯(lián)到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。片內(nèi)帶有鎖存功能的八路模擬多路開關(guān)，可對八路 0 5伏的輸入模擬信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、 256 電阻 T 型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器、控制于時序電路。輸出具有 TTL三態(tài)鎖存緩沖 器，可直接接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。 為使硬件設(shè)計更簡單、方便，將其綜合功能總結(jié)如下： 分辨率為八位 最大不可調(diào)誤差小于 1LSB 單一五伏供電，模擬輸入范圍為 0 5伏 有鎖存控制的八路模擬開關(guān) 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與 TTL 兼容 功耗為 15mw 不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整 轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘頻率范圍： 10-1280khz，當(dāng) clk=500khz時，轉(zhuǎn)換速度為 128vs。 其芯片引腳圖如圖 19 ADC080 引腳功能介紹如下： IN0-IN7：八路輸入通道的模擬量輸入端口 2-1-2-8：八位數(shù)字輸出端口 START， ALE，： START 為啟動控制輸入端口， ALE 為地址所鎖存控制信號端口。這兩個信號端可連接在一起，當(dāng)通過軟件輸入一個正脈沖，便立即啟動模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。 EOC， OE,EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號脈沖輸出端口， OE為輸出允許控制端口。這倆個信號亦可連接在一起表示模 /數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。 OE端的電平由低變高，打開三態(tài)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 REF(+)REF(-)VCC,GND： REF(+)和 REF(-)為參考電壓輸出端， VCC為主電源輸入端， GND為接地端。一般 REF(+)與 VCC連接在一起， REF(-)與 GND 連接在一起。 CLK：時鐘輸入端 ADDA， B， C： 8路模擬開關(guān)的三位地址選通輸入端，以選擇對應(yīng)的輸入通道。其對應(yīng)關(guān)系如表所示。 地址碼 對應(yīng)的輸入通量 C B A 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 6.3.保護(hù)信號輸入電路 20 總體說來，保護(hù)信號分為兩種。 一種是氟汽高低壓保護(hù)信號， 一種是三相 電相序保護(hù)信號。 兩種保護(hù)信號都是通過光耦和電阻限流，把保護(hù)信號轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的低壓電平信號，給單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)相序保護(hù)和壓縮機(jī)外接保護(hù)。 高低壓保護(hù)中，有一長閉開關(guān)，氟壓過高或過低控制其斷開，光電耦合器不發(fā)光，使單片機(jī)輸入由高電平變?yōu)榈碗娖剑?jīng)單片機(jī)處理發(fā)出指令保護(hù)。相序保護(hù)是通過光電耦合器的通斷將 A， B 相的信號轉(zhuǎn)換為有規(guī)律的高低電平信號，輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理判斷其是否正常。 光電藕和器通常有紅外發(fā)光二極管，當(dāng)初級有電流信號通過時，使紅外二極管發(fā)光，次級的光敏器件在次級又輸出電信號。在這個電，光 ，電的轉(zhuǎn)換過程中，實(shí)現(xiàn)了輸入信號和輸出信號之間用光束傳輸，又通過光隔離，大大提高了線路的抗干擾能力。 在相序和高低壓保護(hù)中都使用了光電耦合器。具體連接方法如下： 保護(hù)電路接線圖 21 保護(hù)電路圖 數(shù)碼管顯示電路 6.4.輸出處理電路 輸出處理又稱為驅(qū)動電路，按工作原理可分為三極管驅(qū)動和繼電器驅(qū)動，根據(jù)驅(qū)動的對象不同可分為壓縮機(jī)驅(qū)動電路，風(fēng)機(jī)驅(qū)動電路，顯示驅(qū)動電路和蜂鳴器驅(qū)動電路。 6.4.1三極管驅(qū)動電路 數(shù)碼管顯示的選通端和蜂鳴器都是由三極管驅(qū)動的。當(dāng)單片機(jī)管腳送來高電平信號時，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使驅(qū)動電路通電。 6.4.2數(shù)碼管的驅(qū)動和顯示 對于數(shù)碼管的顯示采用一 7448驅(qū)動兩個數(shù)碼管，通過軟件掃描，數(shù)碼管 選通實(shí)現(xiàn) 。 22 6.4.3.繼電器驅(qū)動電路 壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)都是由繼電器驅(qū)動的。因單片機(jī)輸出為小信號不能驅(qū)動繼電器，故許一放大電路。 該放大電路有兩中方案： （ 1） 用三極管組成放大電路 （ 2） 用一放大芯片放大 。 同樣為了減少元件間的影響，本工程采用芯片 , 當(dāng)單片 機(jī)要啟動壓縮機(jī)時，首先使 P3.3 腳出現(xiàn)高電平，經(jīng) ULN2003 放大為 12V，使相應(yīng)的繼電器線圈處于導(dǎo)通狀態(tài)，其常開觸點(diǎn)閉合，接通室外壓縮機(jī)火線電源，壓縮機(jī)得電工作。 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2005- 6- 1 S he e t of F i l e : E : w y k 半成 .S C H D O C D r a w n B y :D3K3D2K2D1K1K4D4K5D5K6D6+ 128050Q1104pFC 108050Q1104pFC 108050Q1104pFC 108050Q1104pFC 108050Q1104pFC 108050Q1104pFC 10室外風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)四通閥高速風(fēng)中速風(fēng)低速風(fēng)23 三極管驅(qū)動電路 輸出電路（芯片放大） 6.5、控制部分 單片機(jī)獲得電源后，獲得輸入信號，一方面來自溫度傳感器，一方面氟壓保護(hù)信號，還有相序保護(hù)信號，另外還有手動輸入四鍵?？刂破髦兴膫€控制鍵，其功能分別為：模式控制、風(fēng)速控制、升溫和降溫。系統(tǒng)初次上電為自動模式，根據(jù)溫度決定工作模式。按下模式鍵后，空調(diào)機(jī)組進(jìn)入選定模式；風(fēng)速鍵按下后，室內(nèi)風(fēng)機(jī)開啟設(shè)定風(fēng)速，每按一次鍵，改變一次設(shè)定風(fēng)速。升溫鍵按下后，設(shè)定溫度升高一度，顯示溫度升高一度，并且設(shè)定溫度在 18-33度之間循環(huán)。四個按鍵均為低電