基于Internet的工業(yè)空調(diào)智能控制器的軟硬件設(shè)計(jì)

第第頁(yè)基于internet的工業(yè)空調(diào)智能控制器的軟硬件設(shè)計(jì)基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控已經(jīng)成為目前一個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域，如通過(guò)internet對(duì)工業(yè)空調(diào)舉行遙控操作，包括開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、溫度調(diào)整等。除了要完成常規(guī)的功能以外，還要和外部網(wǎng)絡(luò)舉行通信，接收遠(yuǎn)程用戶通過(guò)internet發(fā)送過(guò)來(lái)的命令，分析命令并執(zhí)行相應(yīng)的操作，按照需要返回設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)。在本文中具體的介紹了工業(yè)空調(diào)智能控制器的軟硬件設(shè)計(jì)，控制器通過(guò)串口與網(wǎng)絡(luò)接口模塊通訊，使電器接入internet，完成和外部網(wǎng)絡(luò)的通信。

2工業(yè)空調(diào)的工作原理

圖1工業(yè)空調(diào)制冷原理圖

工業(yè)空調(diào)制冷原理1所示，工業(yè)空調(diào)工作時(shí)，制冷系統(tǒng)內(nèi)的低壓、低溫制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮為高壓、高溫的過(guò)熱蒸汽后排至冷凝器;同時(shí)室外側(cè)風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓、高溫的制冷劑蒸汽凝聚為高壓液體。高壓液體經(jīng)過(guò)節(jié)流毛細(xì)管降壓降溫流入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周?chē)鸁崃?同時(shí)室內(nèi)側(cè)風(fēng)扇使室內(nèi)空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間舉行熱交換，并將放熱后的變冷的氣體送向室內(nèi)。如此，室內(nèi)外空氣不斷循環(huán)流淌，達(dá)到降低溫度的目的。

3控制器硬件具體設(shè)計(jì)

工業(yè)空調(diào)智能控制器的硬件原理框圖2所示。由圖可知，工業(yè)空調(diào)智能控制器的硬件是以at89s52微處理器為核心，主要由電源、面板按鍵、接收電路、溫度檢測(cè)電路、串行通信接口、數(shù)碼顯示電路以及驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。

圖2工業(yè)空調(diào)智能控制器原理框圖

3.1電源電路

囫圇主控板上有三種:ac220v,dc12v和dc5v。ac220v挺直給壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)供電;dc12v和dc5v用于繼電器和微控系統(tǒng)供電。電源電路3所示，電源將溝通電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓髲牟遄鵭1輸入，經(jīng)過(guò)整流橋舉行全波整流，通過(guò)并聯(lián)2200u/35v電解、0.1μf電容組成的濾波電路濾除紋波得到dc12v，再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓管7805將電壓穩(wěn)壓在+5v。

圖3電源電路

3.2溫度檢測(cè)電路

設(shè)計(jì)選用了數(shù)字式溫度ds18b20，溫度測(cè)量范圍為-55℃-+125℃，可編程為9位-12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫辨別率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出;其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采納寄生電源方式產(chǎn)生;它的便利之處在于單線接口設(shè)計(jì)，使處理器只需要接一條數(shù)據(jù)線就能對(duì)它舉行所有的操作，實(shí)現(xiàn)操作命令和測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸，節(jié)約了大量的引線和規(guī)律電路。以上特點(diǎn)使ds18b'20在溫度測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

ds18b20和典型銜接有兩種方式:(1)寄生電源方式，其vdd和gnd端均接地。(2)外接電源方式，vdd端采納3v"5.5v電源供電。本設(shè)計(jì)采納了外接電源方式供電。

3.3數(shù)碼顯示電路

顯示模塊主要由數(shù)碼顯示塊和74hc164構(gòu)成，74hc164為單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。74hc164編程容易，性價(jià)比高。選用單片機(jī)的兩個(gè)i/o口完成與顯示模塊的串行顯示銜接，其中把單片機(jī)的p2.4口作為移位脈沖輸出端，p2.5口作為數(shù)據(jù)輸出端。單片機(jī)的p2.2口接74hc164的clk端，對(duì)單片機(jī)的p2.2口輸出的凹凸電平就是給74hc164數(shù)據(jù)移位的時(shí)鐘脈沖，在74hc164獲得時(shí)鐘脈沖的眨眼，假如數(shù)據(jù)輸入端是高電平，則就會(huì)有一個(gè)1進(jìn)入到74hc164的內(nèi)部，假如數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就會(huì)有一個(gè)0進(jìn)入其內(nèi)部，如此循環(huán)8次即可將一個(gè)8位數(shù)據(jù)傳送至74hc164中。74hc164的輸出(并行輸出)挺直作為數(shù)碼管的段選控制信號(hào)，單片機(jī)的p2.0口和p2.1口驅(qū)動(dòng)輸出顯示的是位選控制信號(hào)。顯示段碼驅(qū)動(dòng)電路4所示。

圖4顯示驅(qū)動(dòng)電路

3.4以太網(wǎng)控制與串行通信模塊設(shè)計(jì)

以太網(wǎng)控制模塊主要是在ethernet/internet和微處理器之間起到一個(gè)橋梁的作用。將微處理器傳出的數(shù)據(jù)打包送到以太網(wǎng)上，或?qū)⒁蕴W(wǎng)上的數(shù)據(jù)接收進(jìn)來(lái)，供主處理器處理。其核心是以太網(wǎng)控制芯片rtl8019as，為使rtl8019as能與8位微處理器一起協(xié)作工作，就要對(duì)它工作時(shí)的模式、狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)作硬件的設(shè)置。

以太網(wǎng)控制芯片rtl8019as實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)媒介拜訪層(mac)和物理層(phy)的功能，包括mac數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、地址識(shí)別、crc編碼/校驗(yàn)曼徹斯特編解碼、接收噪聲抑制、輸出脈沖成形、超時(shí)重傳、鏈路完整性測(cè)試、信號(hào)極性檢測(cè)與訂正等。

串行通信模塊是銜接設(shè)備控制器與嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口模塊的橋梁。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的串行數(shù)據(jù)接口并不是標(biāo)準(zhǔn)的rs-232-c串口，因此用法了maxim公司的max232電平轉(zhuǎn)換芯片將單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)接口與標(biāo)準(zhǔn)的rs-232-c串行接口銜接起來(lái)。max232是一種能夠?qū)崿F(xiàn)rs232與ttl兩種規(guī)律電平互相轉(zhuǎn)換的專(zhuān)用芯片，芯片內(nèi)部包含兩種接收器和驅(qū)動(dòng)器以及一個(gè)電源電壓變換器，并且只需要單一的+5v電源供電。max232芯片的硬件接口非常容易，單片機(jī)的串行接收和發(fā)送端rxd,txd可挺直銜接到max232的相應(yīng)端口上，通過(guò)外接1.0μf的電解電容便可以、使max232輸出rs-232-c串行通信所需要的±10v信號(hào)電平。因?yàn)閙ax232芯片沒(méi)有片選端，在應(yīng)用系統(tǒng)中僅起到電平轉(zhuǎn)換的作用，因此它并不占用單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。

3.5繼電器驅(qū)動(dòng)電路

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量輸出電路主要完成動(dòng)作信號(hào)的輸出，用于控制壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。因?yàn)檩敵鲂盘?hào)不足以驅(qū)動(dòng)繼電器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，在單片機(jī)的信號(hào)輸出口和繼電器之間采納了uln2003a實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大及驅(qū)動(dòng)。uln2003a是由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)以及箱位構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速;，它具有增益高、帶負(fù)載能力強(qiáng)、溫度范圍寬及工作電壓高等特點(diǎn)，適合驅(qū)動(dòng)繼電器、等大功率器件。

繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5所示，單片機(jī)控制信號(hào)經(jīng)p1.0"p1.3端口輸出，并通過(guò)p3.4的控制，將信號(hào)鎖存在74ls273中，74:ls273的輸出再經(jīng)過(guò)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器uln2003a反向放大后加到繼電器的輸入端，使壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)按要求動(dòng)作。74ls273鎖存控制信號(hào)，一方面增強(qiáng)輸出功率，另一方面也防止單片機(jī)復(fù)位時(shí)引起控制的誤動(dòng)作。

圖5繼電器驅(qū)動(dòng)電路

4軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件用c51編寫(xiě)，采納了模塊化的設(shè)計(jì)思想，由主程序模塊、各個(gè)功能子程序模塊和中斷服務(wù)子程序模塊三大部分組成。主程序的功能是系統(tǒng)初始化、控制程序走向和調(diào)用功能子程序;功能子程序包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的控制等子程序;中斷服務(wù)子程序包括遙控接收、定時(shí)中斷處理等。下面向主要程序模塊舉行描述。

主程序是囫圇控制系統(tǒng)軟件的樞紐，通過(guò)主程序有機(jī)地調(diào)用系統(tǒng)中各類(lèi)的子程序及模塊，使它們形成一個(gè)聯(lián)系緊密的整體，有條不紊的完成各項(xiàng)預(yù)定的操作命令。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，系統(tǒng)首先舉行初始化，包括各個(gè)寄存器和芯片的初始化;然后對(duì)室溫舉行采樣及加權(quán)處理;起始串行通信模塊確定是否接收到網(wǎng)關(guān)發(fā)送過(guò)來(lái)的指令和數(shù)據(jù)，若接收到指令和數(shù)據(jù)，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)和標(biāo)記位;調(diào)用