空調(diào)溫度控制單元的設(shè)計(jì)

1、 本科學(xué)年論文本科學(xué)年論文 空調(diào)溫度控制單元的設(shè)計(jì)空調(diào)溫度控制單元的設(shè)計(jì)院院 系系 專業(yè)名稱專業(yè)名稱 年年 級(jí)級(jí) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 空調(diào)溫度控制單元的設(shè)計(jì)摘 要論文首先簡單介紹虛擬溫度測量系統(tǒng)研究的背景、目的及意義，給出了虛擬溫度測量系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，然后對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊和LABVIEW的軟件模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。基于Labview為軟件平臺(tái)，通過熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行溫度測量。有效地運(yùn)用了Labview虛擬儀器技術(shù)，將諸多重要步驟都在配備硬件的普通PC電腦上完成，與傳統(tǒng)的溫度測量儀表相比，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、構(gòu)建方便、工作可靠等特點(diǎn)具有較高應(yīng)用價(jià)值，是虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于

2、溫度測量領(lǐng)域的一個(gè)典型范例。關(guān)鍵詞：溫度測量, Labview 虛擬儀器, 熱電偶Air conditioning temperature control unit designAbstractAuthor: Tutor: The virtual temperature measurement system introduced in this paper can achieve the measurement, the collection, data processing, recording and display of multi-channel temperature. It use

3、s LabVIEW as software platform，by the way of Thermocouple cold joint compensating, to complete temperature measurement. The LabVIEW virtual instrument technology is efficiently used to complete many important processes in common PC computer which is integrated of hardwares, Compared with the traditi

4、onal temperature measurement instrument,this system has the advantages of simple structure,low cost，easy operation and high stability.Keyword: Temperature Measurement，Lsbview Virtualinstrument，Thermocouple目 錄引言 .11 緒論 .21.1 課題背景及意義.2 1.1.1 課題來源 .2 1.1.2 研究目的及意義 .2 1.1.3 空調(diào)的分類及結(jié)構(gòu) .21.2 虛擬儀器（LABVIEW）

5、.3 1.2.1 虛擬儀器的發(fā)展 .3 1.2.2 虛擬儀器的構(gòu)成 .3 1.2.3 虛擬儀器的特點(diǎn) .42 電路圖的設(shè)計(jì) .52.1 空調(diào)工作原理.5 2.1.1 設(shè)計(jì)原理.5 2.1.2 方案設(shè)計(jì) .52.2 電路設(shè)計(jì) .6 2.2.1 溫度采集及放大電路.6 2.2.2 溫度設(shè)置及電壓比較器電路.7 2.2.3 指示燈及單穩(wěn)態(tài)電路 .7 2.2.4 數(shù)據(jù)顯示子程序設(shè)計(jì).83 LABVIEW 仿真.93.1 電路圖公式化.93.2 仿真.9結(jié)束語 .11參考文獻(xiàn) .12致謝 .13附錄 .14內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 1 頁引言虛擬儀器的技術(shù)基

6、礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，核心是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。Labview 使用了“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了許多儀器面板中的控制對(duì)象，如表頭、旋鈕、開關(guān)及坐標(biāo)平面圖等。所謂虛擬儀器就是以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)結(jié)合構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用了計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比，它的最大特點(diǎn)就是把由儀器生產(chǎn)廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。由于虛擬儀器的測試功能、面板控件都實(shí)現(xiàn)了軟件化

7、，任何使用者都可通過修改虛擬儀器的軟件來改變它的功能和規(guī)模，這充分體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的設(shè)計(jì)思想。虛擬儀器最有代表性的圖形化編程軟件是美國 NI 公司推出的 Labview（laboratory virtual instrument engineering workbench 即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)） 。Labview 使用了“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了許多儀器面板中的控制對(duì)象。如表頭、旋鈕、開關(guān)及坐標(biāo)平面圖等。用戶可以通過使用編輯器將控制對(duì)象改變?yōu)檫m合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。就是 Labview 提供了多種強(qiáng)有力的工具箱和函數(shù)庫，并集成了很多儀器硬件庫。以 Labvie

8、w 支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的 Labview 應(yīng)用程序可直接移植到其它平臺(tái)上。內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 2 頁1 緒論1.1 課題背景及意義1.1.1 課題來源隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用的方便度也越來越高，雖然以前的編程語言例如 C 語言、匯編語言已然很成熟，但應(yīng)用起來還是那么枯燥無味、繁瑣、容易出錯(cuò)。之后出現(xiàn)了圖示型編程軟件 Labview 的操作簡單，有趣，功能強(qiáng)大，越來越受到人們的親睞。本文用 Labview 對(duì)空調(diào)溫度的采樣與控制進(jìn)行設(shè)計(jì)空調(diào)溫度控制單元的設(shè)計(jì)。1.1.2 研究目的及意義高精度溫度控制就是實(shí)現(xiàn)溫

9、度的更加精確化，準(zhǔn)確化，實(shí)現(xiàn)溫度恒溫化，更好的來滿足人們的生活及工業(yè)要求。當(dāng)今空調(diào)機(jī)的溫度控制是人們利用可控電路對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。它只能滿足人們的一般的要求，溫控精度也不高，對(duì)更高的溫度需求不能滿足。例如生產(chǎn)中菌種的培養(yǎng)車間，菌種的生長需要非常穩(wěn)定的溫度環(huán)境，對(duì)溫度的要求非常高，這就需要對(duì)空調(diào)機(jī)的溫度實(shí)現(xiàn)高精度控制?，F(xiàn)在多數(shù)空調(diào)的應(yīng)用場合都需要較高的溫控精度，它的溫度控制一般是由空調(diào)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，而現(xiàn)今空調(diào)機(jī)的溫控精度不高，一般在 23 度左右，誤差比較大。就需要對(duì)我們的控溫系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，來實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)高精度的控制。這首先就需要非常靈敏的溫度測量裝置進(jìn)行檢測，防止因檢測帶來的錯(cuò)

10、誤。將測量的信號(hào)通過高靈敏度的溫度傳感器送到微處理器中，從而用微處理器來實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)機(jī)的高精度溫度控制，這樣才能滿足現(xiàn)今生活、工業(yè)的要求。1.1.3 空調(diào)的分類及結(jié)構(gòu)1.分類(1) 單體式即窗機(jī) ：風(fēng)量小、適用于小房間，價(jià)格便宜，噪音較大 (2) 掛壁式：采用斜片不等距貫流風(fēng)扇、噪音小、 3941 分貝以內(nèi)。 內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 3 頁(3) 立柜式：采用筒式斜片不等距貫流風(fēng)扇、并且優(yōu)化風(fēng)道、 4549 分貝以 內(nèi)。(4) 嵌入式（天井式） 即吸頂機(jī)，室內(nèi)機(jī)主體藏于天花板里面。2.結(jié)構(gòu)一般由以下四部分組成： 制冷系統(tǒng)：是空調(diào)器制冷降溫部分，由制

11、冷壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器、電磁換向閥、過濾器和制冷劑等組成一個(gè)密封的制冷循環(huán)。 風(fēng)路系統(tǒng)：是空調(diào)器內(nèi)促使房間空氣加快熱交換部分，由離心風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)等設(shè)備組成。 電氣系統(tǒng)：是空調(diào)器內(nèi)促使壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行和溫度控制部分，由電動(dòng)機(jī)、溫控器、繼電器、電容器和加熱器等組成。 箱體與面板：是空調(diào)器的框架、各組成部件的支承座和氣流的導(dǎo)向部分，由箱體、面板和百葉柵等組成。 1.2 虛擬儀器（Labview）1.2.1 虛擬儀器的發(fā)展80 年代后期，美國出了一種全新的儀器儀表概念虛擬儀器。虛擬儀器概念的提出為測量與控制領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展帶來了空間，為儀器儀表的更新?lián)Q代加快了速度，方便了大多數(shù)程序的編寫

12、。大多數(shù)初學(xué)者可以利用虛擬儀器的軟件 工具，如空調(diào)溫度控制單元的設(shè)計(jì)。如今在國外虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)邁入成熟階段。而國內(nèi)虛擬儀器行業(yè)至今還沒有形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬儀器核心開發(fā)技術(shù)，也沒有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，虛擬儀器產(chǎn)業(yè)無論在規(guī)模還是在質(zhì)量上都難以與國外同行匹敵，國外虛擬儀器產(chǎn)品幾乎壟斷了國內(nèi)的市場。自從加入 WTO 以后，我國虛擬儀器行業(yè)面臨的形勢更加嚴(yán)峻。11.2.2 虛擬儀器的構(gòu)成1.硬件構(gòu)成基于通用接口總線 GPIB 接口的儀器系統(tǒng)。內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 4 頁基于數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器系統(tǒng)?；?VXI 總線儀器實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)?；诖诨蚱?/p>

13、他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線的系統(tǒng)。2.軟件構(gòu)成VXI 虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖以 VXI 虛擬儀器系統(tǒng)為例，從圖中可以看到，VXI 虛擬儀器系統(tǒng)至少需要儀器、通信和驅(qū)動(dòng)程序三種接口軟件。其中儀器接口為儀器與計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議和方法。通信接口按標(biāo)準(zhǔn)方式講儀器連接起來，它是儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序之間的通信接口，實(shí)際上就是 VXI 系統(tǒng)的 I/O 接口軟件。儀器驅(qū)動(dòng)程序接口將通信接口與應(yīng)用開發(fā)環(huán)境（ADE）連接起來.。1.2.3 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器設(shè)備可以由使用者自己定義，這意味著可以自由地組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)，硬件（包括傳統(tǒng)儀器） ，軟件，以及各種實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所需要的附件。這種靈活性在由供應(yīng)商定義，功能固定，獨(dú)立的傳

14、統(tǒng)儀器上是很難達(dá)到的。常用的數(shù)字萬用表，示波器，信號(hào)發(fā)生器，數(shù)據(jù)記錄儀，以及溫度和壓力監(jiān)控儀器就是這種傳統(tǒng)儀器的代表。從傳統(tǒng)儀器設(shè)備向虛擬儀器設(shè)備的轉(zhuǎn)變，為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)帶來了更多實(shí)際的利益，同時(shí)也促進(jìn)著實(shí)驗(yàn)手段不斷更新。內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 5 頁2 電路圖的設(shè)計(jì)2.1 空調(diào)工作原理2.1.1 設(shè)計(jì)原理傳統(tǒng)的空調(diào)可分為單冷空調(diào)和冷暖兩用空調(diào)，工作原理是一樣的，空調(diào)一般使用的制冷劑是氟利昂。 氟利昂的特性是：由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，釋放大量的熱量。而由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)，會(huì)吸收大量的熱量?？照{(diào)就是據(jù)此原理而設(shè)計(jì)的。 壓縮機(jī)將氣態(tài)的制冷劑壓縮為高溫高壓的液態(tài)制

15、冷劑，然后送到冷凝器（室外機(jī)）散熱后成為常溫高壓的液態(tài)制冷劑，所以室外機(jī)吹出來的是熱風(fēng)。 然后到毛細(xì)管，進(jìn)入蒸發(fā)器（室內(nèi)機(jī)） ，由于制冷劑從毛細(xì)管到達(dá)蒸發(fā)器后空間突然增大，壓力減小，液態(tài)的制冷劑就會(huì)汽化，變成氣態(tài)低溫的制冷劑，從而吸收大量的熱量，蒸發(fā)器就會(huì)變冷，室內(nèi)機(jī)的風(fēng)扇將室內(nèi)的空氣從蒸發(fā)器中吹過，所以室內(nèi)機(jī)吹出來的就是冷風(fēng)；空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發(fā)器后就會(huì)凝結(jié)成水滴，順著水管流出去，這就是空調(diào)會(huì)出水的原因。 制熱的時(shí)候有一個(gè)叫四通閥的部件，使制冷劑在冷凝器與蒸發(fā)器的流動(dòng)方向與制冷時(shí)相反，所以制熱的時(shí)候室外吹的是冷風(fēng)，室內(nèi)機(jī)吹的是熱風(fēng)。 其實(shí)就是用的初中物理里學(xué)到的液化（由氣體變?yōu)橐簯B(tài)）時(shí)

16、要排出熱量和汽化（由液體變?yōu)闅怏w）時(shí)要吸收熱量的原理。氟利昂的排放大大加劇了臭氧層破壞，所以一種新型的空調(diào)也著見問世。例如瑞典新出的一種環(huán)保型空調(diào)。2.1.2 方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)空調(diào)機(jī)溫度控制器，控制器能夠?qū)崟r(shí)采集室內(nèi)壞境溫度，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，控制器啟動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)制冷，并同時(shí)發(fā)出提示信號(hào)；當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，控制壓縮機(jī)停止制冷。放大與處理電路內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 6 頁溫度設(shè)置單穩(wěn)態(tài)電壓提示燈圖 1 空調(diào)機(jī)溫度控制器原理框圖工作原理：空調(diào)溫度控制器由熱敏電阻采集環(huán)境溫度變化，通過比較器預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度

17、時(shí)，比較器輸出低電平，幾點(diǎn)起啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，同時(shí)給 555 單穩(wěn)態(tài)電路一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)電路輸出高電平，指示燈亮，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，比較器輸出高電平，繼電器控制壓縮機(jī)停止制冷。2.2 電路設(shè)計(jì)2.2.1 溫度采集及放大電路 圖 2 溫度采集及放大電路原理圖內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 7 頁工作原理：左邊輸入直流電壓為 9V。熱敏電阻隨著環(huán)境溫度的變化而變化，當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，測溫電橋倆端輸出電壓值，經(jīng)差分放大器使雙端輸入信號(hào)變?yōu)閱味溯斎胄盘?hào)，送入比較器與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較。2.2.2 溫度設(shè)置及電壓比較器電路圖 3 電壓比較器與指示燈電路原理

18、圖工作原理：由于熱敏電阻可以檢測到環(huán)境溫度的變化，當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，比較器輸出低電平 ，繼電器開始工作，啟動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)制冷，但溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，比較器輸出高電平，繼電器停止工作，空調(diào)壓縮機(jī)停止制冷。2.2.3 指示燈及單穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 8 頁 工作原理：溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，通過比較器進(jìn)行比較后，給555單穩(wěn)態(tài)電路一個(gè)人觸發(fā)信號(hào)， 3 引腳輸出高電平，指示燈亮，電阻R8 與電容 C4 決定指示燈量的時(shí)間 。2.2.4 數(shù)據(jù)顯示子程序設(shè)計(jì)根據(jù)鉑電阻隨溫度變化時(shí)，電壓和溫度的關(guān)系可設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)顯示子 VI。由式： .1100T39

19、684. 0T10847. 5R254得： .234101694. 1R023388. 008699856.189684. 3T由鉑電阻的測溫范圍知：.334101694. 1R023388. 008699856.189684. 3T 內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 9 頁3 Labview 仿真3.1 電路圖公式化 .43112440RRRRRREU 51201101RURU由于 E=9V，R1=R2=R3=50，R11=1，R12=100。再由 4、5 式合并得： .6450U45000R04再由 3、6 式得： .730101694. 102338

20、8. 0450U4500008699856.189684. 3T3.2 仿真根據(jù)公式 7 在 labview 中的程序框圖中設(shè)計(jì)出圖示程序，再在前面板放入溫度計(jì)顯示得如下圖 1、圖 2： 圖 1內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 10 頁 圖 2運(yùn)行后得： 圖 3由于輸入的電壓是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，所以溫度計(jì)輸出的溫度范圍為-6T0；如上圖，此時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度為-3.9866。內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 11 頁結(jié)束語Labview 是一個(gè)具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，內(nèi)置信號(hào)采集，測量分析和數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，提供了強(qiáng)大功能的同時(shí)還保證了系統(tǒng)的靈活性。作為最先進(jìn)的測量控制軟件，目前在眾多領(lǐng)域內(nèi)都得到了廣泛的應(yīng)用，從最簡單的儀器控制，數(shù)據(jù)采集和到最尖端的測試和工業(yè)自動(dòng)化，都可以發(fā)現(xiàn) Labview 的成果和開發(fā)產(chǎn)品。本文就虛擬儀器的溫度檢測系統(tǒng)就是Labview 在測量和控制領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)研究表明虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用在我國有著十分重要的意義。內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院 2009 級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)年論文 第 12 頁參考文獻(xiàn).1周