畢業(yè)論文：空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要：介紹了 80C51單片機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過A/D轉(zhuǎn)換器將溫度 傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定溫度相 比較決定壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，空調(diào)的心臟是壓縮機(jī)，單片機(jī)通過對制冷壓 縮機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)的制冷。本文系統(tǒng)地介紹了空調(diào)制冷的原理、硬 件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用和各部分邏輯功能電路的設(shè)計(jì)。文中，還解 決了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾問題。采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、A/D轉(zhuǎn)換抗干 擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理。關(guān)鍵詞：80C51單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換器；空調(diào)引言：目前空調(diào)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中?？照{(diào)的主要功能是改變 室內(nèi)溫度。隨著微電子、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算

2、機(jī)的應(yīng)用已 經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從家用電器、機(jī)電一體化產(chǎn)品到航空航天 技術(shù)、人工智能、生物工程以及現(xiàn)代通信技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，微型計(jì)算機(jī)的 應(yīng)用都取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平已在 很大程度上決定了生產(chǎn)力的水平。微型單片機(jī)系統(tǒng)以其體積小、性能價(jià)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中， 在溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。隨著能源的日趨減少，大氣污染愈加嚴(yán)重，節(jié)能已是一個(gè)不容忽視的問 題。眾所周知，空調(diào)正朝著節(jié)能、舒適、靜噪于一體的方向發(fā)展。如變頻 空調(diào)，它剛一問世，就顯示出強(qiáng)大的生命力；家用中央空調(diào)將全部居室空

3、間的空氣調(diào)節(jié)和生活品質(zhì)改善作為整體來實(shí)現(xiàn)，克服了分體式壁掛和柜式 空調(diào)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(shè) 計(jì)和安裝可實(shí)現(xiàn)美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，是國際和國內(nèi)的發(fā)展潮 流?？梢灶A(yù)料，下世紀(jì)的空調(diào)將會以更快的步伐向前發(fā)展。1 .設(shè)計(jì)方案1.1空調(diào)控制系統(tǒng)概述它是一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Intel公司生產(chǎn)的80C51單片機(jī)， 通過A/D轉(zhuǎn)換器將溫度傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)將采 集的數(shù)據(jù)與設(shè)定溫度相比較決定壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，空調(diào)的心臟是壓縮機(jī)， 單片機(jī)通過對制冷壓縮機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)的制冷。本文系統(tǒng)地介紹了空調(diào)制冷的原理、硬件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其

4、使用和 各部分邏輯功能電路的設(shè)計(jì)。文中，還解決了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾問題。 采用了穩(wěn)壓電源的抗干擾、A/D轉(zhuǎn)換抗干擾以及鍵盤輸入接口的消抖處理。1.2本設(shè)計(jì)任務(wù)控制系統(tǒng)要控制的是空氣溫度，是通過壓縮機(jī)的運(yùn)行、停止控制的， 實(shí)際上單片機(jī)直接控制的是壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能。（1）根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機(jī)工作：控制參數(shù)是溫度，被控參數(shù)是壓縮 機(jī)電路通、斷的工作狀態(tài)。（2）設(shè)置希望的環(huán)境溫度值：由人手動控制。（3）顯示設(shè)定的溫度值。1.3系統(tǒng)主要功能本次設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 80C51對制冷壓縮機(jī)的控制?？梢燥@示溫度，也可以 根據(jù)自己的需要進(jìn)行溫度調(diào)整。并設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電源濾波電數(shù)制系統(tǒng)本身產(chǎn) 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(hù)方便，通用性好，便于擴(kuò)充?？刂蒲b置體 積小，性能價(jià)格比較高。第2節(jié) 空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1總體方案示意圖：經(jīng)過以上轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)方案該制冷系統(tǒng)由80C51單片機(jī)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。電源由220V市電經(jīng)直 流電源轉(zhuǎn)化為+5V直流電壓，采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。選用熱敏電阻式溫度傳感器和ADC0809轉(zhuǎn)換器。溫度傳感器產(chǎn)生的 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，由P0輸入。ADC0809由P3.0啟動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后延時(shí)100 以s從P0 口采集數(shù)據(jù)。時(shí)間延遲由T0實(shí)現(xiàn)。（3）溫度設(shè)置信號由脈沖電路產(chǎn)生，為簡化系統(tǒng)，通過導(dǎo)線分別與單片 機(jī)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(jī)工作狀態(tài)。繼電器由P3.7驅(qū) 動。（5）兩位顯示器溫度的共陽LED七段碼分別由P1 口、P2 口驅(qū)動劃內(nèi)23單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏o MCS-51單片機(jī) 允許的時(shí)鐘頻率典型值為12MHZo80C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)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(gè)電容就可以構(gòu)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(gè)3V左右的正弦波，使 MCS-51片內(nèi)的OCS電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，OCS的輸出 時(shí)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(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)震蕩周期fosc 的目的。2.4復(fù)位及復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器pc值初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化 之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)

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

9、位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能復(fù)正常運(yùn)行， 首先要檢查是否能復(fù)位成功。參數(shù)的計(jì)算：在本系統(tǒng)中，我采用了按鍵電平復(fù)位方式的復(fù)位電路，同時(shí)選用晶真的 典型值12MHZ，通過經(jīng)驗(yàn)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(fù)位信號高電電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。 可以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖3所示：VccC 10R 1 RST1OOQ n R80C51R 8.2KO圖3系統(tǒng)復(fù)位電路2.5按鍵接口設(shè)計(jì)按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè) 電壓信號通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一 個(gè)按鍵開關(guān)在

10、閉合時(shí)不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)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(shí)間的長短由按鍵 的機(jī)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(gè)按鍵分別連接到單片機(jī) 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(yīng)于2個(gè)LED顯示器，用于設(shè)置兩位溫度值。當(dāng)按鍵K1、K2按下時(shí)，相應(yīng)的單片機(jī)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(gè)反相器串接后再與單片機(jī)相連。為防止按鍵按下時(shí)由抖動，還要設(shè)計(jì)一個(gè)消抖電路。消抖電路由一個(gè)電 阻和按鍵K串接在+ 5V和地之間，一個(gè)電容和按鍵并聯(lián)構(gòu)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(shù)的確定:按鍵的抖動時(shí)間常數(shù)為t。R-C消抖電路的時(shí)間常數(shù)取T =10ms，其計(jì) 算公式為:T =RC經(jīng)驗(yàn)取電容值為：C=0.1p f,根據(jù)式1得:R=t /C=10KQ2.6系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖系統(tǒng)由單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)電路、A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)電路、穩(wěn)定電源設(shè)計(jì) 電路、交流固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)31主程序模塊主程序主要包括設(shè)置、顯示默認(rèn)調(diào)節(jié)溫度為20r和進(jìn)行系統(tǒng)初始化（設(shè)定中斷、定時(shí)方式等）工作。如圖5所示：外中斷Ck 1設(shè)!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(shí)100以TL0,0CEHTR0;啟動定時(shí)IE, #87H;開中斷“$0030HR7, #20四；上電后默認(rèn)設(shè)定溫度20r DISFLA曰動甲困顯示默認(rèn)設(shè)定值 TCO _#05HTMOD, |-#02h ；循環(huán)定時(shí)方式32溫度設(shè)定中斷子程序包括“升溫”和“降溫”兩段程序，它們的內(nèi)容相仿。當(dāng)手按下“升溫” 按鍵，單片機(jī)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(diào)整為十進(jìn)制，顯示新值。若超過溫度上限則返回。升溫設(shè)置框圖如 圖6所示圖6溫度設(shè)置程序框圖升溫設(shè)置程序代碼：O

13、RG0050HUP:PUSHACJNER7, #30H, GOUP；最高為30CSJMPUPENDGOUP:MOVA, R7ADDA, #01；升高1CDAA；調(diào)整為十進(jìn)制R7, ADISPLAYR7, ADISPLAYAACALLUPEND:POPUPEND:RETI降溫時(shí)，先判斷手動設(shè)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(diào)整為十進(jìn)制，顯示新值。降 溫設(shè)置如圖7所示：圖7降溫程序框圖降溫設(shè)置程序代碼：ORG0060HDOWN:PUSHACJNER7, #10H, GODOWN；最低10CSJMPDOWNENDGODOWN:MOVA, R7CLR

14、CSUBBA, #01；降低1CJNBPSW.6, GOON;調(diào)整為十進(jìn)制SUBBA, #06GOON:MOVR7, AACALLDISPLAYDOWNEND:POPARETI3.3溫度顯示子程序?qū)?位表示設(shè)定溫度值的壓縮BCD碼拆分，查表得到相應(yīng)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(shí)中斷子程序定時(shí)中斷程序模塊完成控制系統(tǒng)的核心工作，根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機(jī) 電路，主要包括3部分內(nèi)容。讀取溫度信號值。轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的溫度值。與設(shè)定值比較決定壓縮機(jī)電路狀態(tài)。將P0 口輸入量轉(zhuǎn)化為溫度值的方法分析如下：圖ADC0809的基準(zhǔn)電壓為5V，所以P0 口數(shù)據(jù)值對應(yīng)的電壓值：VT=P0/256X5(V)計(jì)算時(shí)，取其整數(shù)部分：T=210-(10XP0)/256定時(shí)中斷程序框圖9如下：圖9定時(shí)中斷子程序框圖ORG0100HTIME:PUSHASETBP3.1;輸入數(shù)據(jù)SETBP3.0;啟動下

16、一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換MOVP0, #0FFHMOVA, P0MOVB, #10；轉(zhuǎn)換為溫度值，忽略小MULAB；數(shù)部分(B)=(10XP)/256MOVA, #210CLRCSUBBA, BMOVB, #10;轉(zhuǎn)換為BCD壓縮碼（因DIVAB;A內(nèi)溫度值小于100，故可SWAPA；用程序中的轉(zhuǎn)換方法）ADDA, B；(A) =TCJNEA, R7, CON;與設(shè)定溫度比較CON:JNCSTOPSETBP3.7；啟動壓縮機(jī)SJMPTIMEENDSTOP:CLRP3.7;停止壓縮機(jī)TIMEEND: POP ARETIEND課程設(shè)計(jì)體會通過本次課程設(shè)計(jì)，對于單片機(jī)有了更深層次的理解，本次設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn) 了 8

17、0C51對制冷壓縮機(jī)的控制，因此對此單片機(jī)有了更透徹的了解。此次 的設(shè)計(jì)也遇到了很多的困難，從選題到完成，時(shí)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(dāng)然這個(gè)設(shè)計(jì)存在很多的不足之處，但重在設(shè)計(jì)的一個(gè)過程，重在設(shè)計(jì)帶 給我的知識與經(jīng)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)主要涉及了制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中各部分硬件的 結(jié)構(gòu)、工作原理以及它們與單片機(jī)的接口方法，設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電源濾波電數(shù)制 系統(tǒng)本身產(chǎn)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(jìn)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(shè)計(jì)與配套軟件設(shè)計(jì)的模式有了更深層次的了解，學(xué)到了

18、很多東西，為以后學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。此次的設(shè)計(jì)是由自己獨(dú)立設(shè)計(jì) 的，這有助于提高自己的設(shè)計(jì)和思考能力，能有效解決設(shè)計(jì)中遇到的各種 問題，對我以后的工作很有幫助。參考文獻(xiàn)劉守義，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社張友得，單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)，第三版復(fù)旦大學(xué)出版社李華，MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版 社何立民，單片機(jī)應(yīng)用文集一，北京航空航天大學(xué)出版社6.源程序ORG0000HSJMPMAINORG0003HSJMPUPORG000BHAJMPTIMEORG0013HSJMPDOWN主程序：ORG0030HMAIN:MOVR7, #20HACALLDISPLAYMOVTCON, #05HMOVTMOD, #02HMOVTH0, 0CEHMOVTL0, 0CEHSETBTR0MOVIE, #87HSJMP“$溫度設(shè)定中斷子程序：UP:PUSHACJNER7, #30H,