計(jì)算機(jī)控制-空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電 子 信 息 與 電 氣 工 程 系課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2010 年 6月 24日空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測(cè)量房間溫度，并根據(jù)設(shè)定溫度進(jìn)行有效控制。空調(diào)設(shè)計(jì)變頻空調(diào)制冷(熱)量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，通過(guò)控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速頻率來(lái)控制所需熱量?？照{(diào)模型相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。房間模型主要考慮室內(nèi)外溫度干擾與散熱片熱量共同作用于具有初始溫度房間，經(jīng)空氣導(dǎo)熱延遲，簡(jiǎn)化為具有一階慣性環(huán)節(jié)。設(shè)房間熱慣性時(shí)

2、間常數(shù)=450，空氣導(dǎo)熱延遲=35，選擇合適的控制算法進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)步驟總體方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)選擇計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)(選用 51內(nèi)核的單片機(jī))設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路(EPROM、RAM、I/O端口、鍵盤、顯示接口電路等)；設(shè)計(jì)輸入信號(hào)接口電路；設(shè)計(jì)信號(hào)輸出控制電路；其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案(電源、通信等)。軟件設(shè)計(jì)分配系統(tǒng)資源，編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊框圖；編寫A/D轉(zhuǎn)換和位置檢測(cè)子程序框圖；編寫控制程序和D/A轉(zhuǎn)換控制子程序模塊框圖；其它程序模塊(顯示與鍵盤等處理程序)框圖。五、編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖(A3幅面)。摘要:本文詳細(xì)敘述了利用

3、51單片機(jī)構(gòu)建了一個(gè)空調(diào)控制系統(tǒng)。確定了影響室內(nèi)溫度參數(shù)檢測(cè)控制方法，并對(duì)其傳感器測(cè)量電路、控制器執(zhí)行電路及軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。用Matlab軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能達(dá)到預(yù)期的控制要求。關(guān)鍵詞: 空調(diào)模型 51單片機(jī) 目 錄 TOC o 1-3 h z u 1本課程設(shè)計(jì)的目的與意義1.1 設(shè)計(jì)的目的通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使我們對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解、掌握常規(guī)控制算法的使用方法、掌握簡(jiǎn)單微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉同學(xué)們?cè)谖⑿陀?jì)算機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)際工作能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的意義計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程是我們自動(dòng)化專業(yè)在這個(gè)學(xué)期學(xué)的一門專業(yè)課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使

4、我們對(duì)微機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)基本的了解、掌握常規(guī)控制算法的使用方法、掌握簡(jiǎn)單微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬的設(shè)計(jì)方法。而通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)還進(jìn)一步鍛煉了同學(xué)們?cè)谟?jì)算機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)際工作能力。計(jì)算機(jī)科學(xué)在自動(dòng)化控制應(yīng)用上得到了飛速發(fā)展，因此，學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)必須緊密聯(lián)系實(shí)際,掌握這方面的知識(shí)更要強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。我們要著重學(xué)會(huì)面對(duì)一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，如何去自己的收集資料，如何自己去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，如何自己去制定解決問(wèn)題的方案并通過(guò)實(shí)踐不斷地提高分析和解決問(wèn)題的能力。2設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測(cè)量房間溫度，并根據(jù)設(shè)定溫度進(jìn)行有效控制?？照{(diào)設(shè)計(jì)變頻空調(diào)制冷(熱)量與壓縮

5、機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，通過(guò)控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速頻率來(lái)控制所需熱量?？照{(diào)模型相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。房間模型主要考慮室內(nèi)外溫度干擾與散熱片熱量共同作用于具有初始溫度房間，經(jīng)空氣導(dǎo)熱延遲，簡(jiǎn)化為具有一階慣性環(huán)節(jié)。2.2 設(shè)計(jì)要求 一、總體方案設(shè)計(jì)二、控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì)三、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1、選擇計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)(選用 51內(nèi)核的單片機(jī))2、設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路(EPROM、RAM、I/O端口、鍵盤、顯示接口電路等)；3、設(shè)計(jì)輸入信號(hào)接口電路； 4、設(shè)計(jì)信號(hào)輸出控制電路； 5、其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案(電源、通信等)。四、軟件設(shè)計(jì) 1、分配系統(tǒng)資源，編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊框圖； 2

6、、編寫A/D轉(zhuǎn)換和位置檢測(cè)子程序框圖； 3、編寫控制程序和D/A轉(zhuǎn)換控制子程序模塊框圖； 4、其它程序模塊(顯示與鍵盤等處理程序)框圖。五、編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖。3.空調(diào)模型3.1模型分析（1）空調(diào)模型相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。房間模型主要考慮室內(nèi)外溫度干擾與散熱片熱量共同作用于具有初始溫度房間，經(jīng)空氣導(dǎo)熱延遲，簡(jiǎn)化為具有一階慣性環(huán)節(jié)。 （2）由任務(wù)書給定條件：房間熱慣性時(shí)間常數(shù) =450，空氣導(dǎo)熱延遲=35，通過(guò)分析,我們選擇PID控制算法進(jìn)行控制。 3.2 MATLAB仿真圖 （1） MATLAB仿真3.3 MATLAB仿真結(jié)果圖 （2） MATLAB仿真

7、結(jié)果4硬件設(shè)計(jì)4.1硬件系統(tǒng)框圖根據(jù)任務(wù)書可知，該系統(tǒng)需要人機(jī)界面（按鍵輸入LCD1602顯示），AD采樣，以及單片機(jī)控制部分等模塊，并且可以得到以下硬件系統(tǒng)框圖89S52輸入部分輸出部分制冷驅(qū)動(dòng)控制加熱驅(qū)動(dòng)控制AD590溫度傳感器、ADC0809轉(zhuǎn)換空氣圖 （3） 硬件系統(tǒng)框圖4.2各部分硬件的設(shè)計(jì)(1).a溫度傳感器選擇 根據(jù)任務(wù)要求我們選擇了AT590作為溫度傳感器，根據(jù)電阻分壓（如下圖左），實(shí)現(xiàn)由溫度到電壓值的轉(zhuǎn)換，因?yàn)锳T590的溫度系數(shù)比較大，經(jīng)計(jì)算當(dāng)溫度變化范圍是0-99度時(shí)，可以不用運(yùn)放，直接送到AD采樣的輸入端進(jìn)行AD采樣。 b.溫度傳感器AD590基本知識(shí) AD590產(chǎn)生的

8、電流與絕對(duì)溫度成正比，它可接收的工作電壓為4V30V，檢測(cè)的溫度范圍為55150，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1，其電流增加1uA，AD590溫度與電流的關(guān)系如表1所示。攝氏溫度AD590電流經(jīng)10K電壓0273.2 uA2.732V10283.2 uA2.832 V20293.2 uA2.932 V30303.2 uA3.032 V40313.2 uA3.132 V50323.2 uA3.232 V60333.2 uA3.332 V100373.2 uA3.732 V表 （1）圖（4） 溫度傳感器電路(2).AD轉(zhuǎn)換器的選擇 因?yàn)闇囟茸兓秶?50-50度，理論上AD位數(shù)只要7位（

9、128級(jí)）就夠了，所以系統(tǒng)采用了經(jīng)典的ADC0809（8位AD）作為AD采樣芯片。溫度的計(jì)算公式：V=5*Rt/(R+R1+Rt)。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。a.ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)8路模擬量開(kāi)關(guān)8路A/D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存器地址鎖存與譯碼器IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ABCALEVREF(+)VREF(-)OEEOCD0D1D2D3D4D5D6D7CLKST 圖 （5） ADC0809內(nèi)部原理由圖5可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存

10、與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。b.引腳結(jié)構(gòu)(如圖6)IN0IN7：8條模擬量輸入通道 圖（6） ADC0809引腳圖ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；地址輸入和控制線：4條。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，

11、B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表2所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表 （2）數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入

12、信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。c.ADC0809應(yīng)用說(shuō)明 = 1 * GB3 ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 = 2 * GB3 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。 = 3 * GB3 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 = 4 * GB3 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 = 5 * GB3 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。 = 6 * GB3 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片

13、機(jī)了。(3).按鍵輸入因?yàn)榘存I數(shù)目不多，所以系統(tǒng)直接采用非編碼方式，直接連接單片機(jī)I/O口。圖（7） 按鍵電路(4).顯示部分系統(tǒng)采用LCD1602，P0和P3.0-P3.2作為輸出口，控制LCD顯示器， 如圖8。圖（8） LCD1602(5).輸出控制設(shè)計(jì)使用LCD1602顯示當(dāng)前設(shè)定溫度和實(shí)際測(cè)量溫度，用兩個(gè)LED指示當(dāng)前空調(diào)狀態(tài)（加熱或制冷），51單片機(jī)的低電平驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，LED可以直接連接單片機(jī)的I/O口；單片機(jī)輸出PWM波經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路從而控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，89S52的RXD的引腳與7404的引腳相連接，從RXD發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)7404和ULN2003到達(dá)

14、壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的運(yùn)行和停止。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。其中ULN2003是由7個(gè)NPN具有用共陰二極管夾緊來(lái)轉(zhuǎn)換電感負(fù)載的高壓輸出特征的達(dá)林頓晶體管組成。當(dāng)前一對(duì)單精度型的額定電流為500mA，有比較高的電流容量，它的應(yīng)用軟件包括繼電器驅(qū)動(dòng)器、顯示驅(qū)動(dòng)器，線驅(qū)動(dòng)器和邏輯緩沖器等。在本驅(qū)動(dòng)電路中的作用是增大電流驅(qū)動(dòng)能力。該芯片采用16腳的DIP 封裝,其中第9為公共輸出端COM，有一個(gè)輸出端為高電平，COM就為高電平。 圖（9） 驅(qū)動(dòng)硬件電路圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖圖（10) 硬

15、件原理圖5.軟件設(shè)計(jì)5.1 工作模式分析由系統(tǒng)要求可以列出表3。工作模式設(shè)定溫度實(shí)際溫度壓縮機(jī)制冷25.0度大于25.0度工作制熱25.0度小于25.0度工作保持25.0度等于25.0度不工作表 (3）根據(jù)上表，我們列出一系列子程序，再根據(jù)當(dāng)前狀況選擇相應(yīng)的子程序。例如控制部分子程序如下：void output(int temp1,int temp2) unsigned char table3; table2=temp1%10; table1=(temp1/10)%10; table0=(temp1/100)%10; DisplayString(0,1,Current T:); /顯示當(dāng)前測(cè)量

16、溫度 DisplayOneChar(10,1,table0+0 x30); DisplayOneChar(11,1,table1+0 x30); DisplayOneChar(8,1,.); DisplayOneChar(12,1,table2+0 x30); DisplayOneChar(13,1,C); table2=temp2%10; table1=(temp2/10)%10; table0=(temp2/100)%10; DisplayString(0,0,SetUp T:); /顯示空調(diào)設(shè)定溫度 DisplayOneChar(10,0,table0+0 x30); DisplayOn

17、eChar(11,0,table1+0 x30); DisplayOneChar(8,0,.); DisplayOneChar(12,0,table2+0 x30); DisplayOneChar(13,0,C); if(temp1temp2)motor=0; cold=0;hot=1; /當(dāng)前溫度大于設(shè)定溫度，制冷 else if(temp1temp2)motor=0; cold=1;hot=0; /當(dāng)前溫度小于設(shè)定溫度，加熱 else motor=1; cold=1;hot=1; /當(dāng)前溫度等于設(shè)定溫度，保持 5.2 系統(tǒng)程序流程圖圖（11） 系統(tǒng)軟件流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)重新設(shè)定初值設(shè)定溫度=測(cè)

18、量溫度？令壓縮機(jī)工作令壓縮機(jī)停止工作中斷返回是否圖（12） 中斷服務(wù)程序流程圖5.3 AD轉(zhuǎn)化程序設(shè)計(jì)(1) 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，要啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方法：ABC000選擇第一通道。ST0，ST1，ST0產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的正脈沖信號(hào)(2) 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，采用查詢EOC的標(biāo)志信號(hào)來(lái)檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，若完畢則把數(shù)據(jù)通過(guò)P1端口讀入進(jìn)行處理。6.感謝 在空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，再一次認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)精神以及協(xié)同合作的重要性和優(yōu)越性。我要在盡量讓自己閃光的同時(shí)，還要更加注重融入集體。無(wú)論是學(xué)習(xí)，還是日常生活，都應(yīng)該繼承和發(fā)揚(yáng)這種珍貴的團(tuán)隊(duì)精神。我們?nèi)D書館查找學(xué)習(xí)資料，對(duì)不懂的問(wèn)題及時(shí)向授課老師同學(xué)請(qǐng)教，并做好學(xué)習(xí)記錄，獲取了更多的學(xué)習(xí)信息。在學(xué)習(xí)中經(jīng)常與同學(xué)交流學(xué)習(xí)信息與學(xué)習(xí)方法.一份耕耘，就有一份收獲。我發(fā)現(xiàn)通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)到的不僅是知識(shí)，最重要的是學(xué)會(huì)了一種新的學(xué)習(xí)方法，為我終身的繼續(xù)學(xué)習(xí)，創(chuàng)造了極好的條件和基礎(chǔ)。雖然這次學(xué)習(xí)時(shí)間并不長(zhǎng)，但是對(duì)自主學(xué)習(xí)的要求提高了，通過(guò)這樣的學(xué)習(xí)形式，提高了我的學(xué)習(xí)能力。最后感謝丁老師和張老師在本次課程設(shè)計(jì)中對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助！在本次設(shè)計(jì)中，我得到了的悉心指導(dǎo)。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我們。 這